TCP: Panoramica RFC: 793, 1122, 1323, 2018, 2581

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1 TCP: Panoamica FC: 793, 1122, 1323, 2018, 2581 socket doo punto-punto: m un mittente, un destinataio flusso di byte affidabile e odinato potocollo pipeline: m il contollo di flusso e di congestione definisce la dimensione della window buffe send & eceive application wites data TCP send buffe segment application eads data TCP eceive buffe dati full duplex : socket doo m Flusso bi-diezionale nella stessa connessione m MSS: maximum segment size connection-oiented: m handshaking pe inizializzae lo stato del mittente e destinataio flusso contollato: m Il mittente non sovaccaica il destinataio Il Livello Taspoto 3b-1 TCP: stuttua del segmento UG: dati ugenti (solitam. non usato) ACK: ACK # valido PSH: push data now (solitam. non usato) ST, SYN, FIN: connessione stabilita (comandi di setup, tea down) Intenet checksum (come in UDP) 32 bits souce pot # dest pot # head len sequence numbe acknowledgement numbe not used UAP SF cv window size checksum pt ugent data Options (vaiable length) application data (vaiable length) counteggio dei byte di dati (non segmenti!) # bytes che dest. vuole accettae Il Livello Taspoto 3b-2

2 TCP: Connessione icodate: nel TCP si stabilisce una connessione pima di scambiae segmenti dati inizializzae vaiabili TCP: m seq. # m info buffes, contollo m flusso (es., cvwindow) client: avvia connessione Socket clientsocket = new Socket("hostname","pot numbe"); seve: contattato da client Socket connectionsocket = welcomesocket.accept(); Thee way handshake: Passo 1: il client invia un SYN al seve m SYN=1, specifica il seq # iniziale Passo 2: il seve iceve SYN, isponde SYNACK m m alloca buffes ACK del SYN, specifica seve-> seq. # iniziale Passo 3: client ic. SYNACK m alloca buffes m invia isconto (SYN = 0, seq# =iniziale+1, ACK del seq# seve+1) Il Livello Taspoto 3b-3 TCP: Connessione (cont.) Chiusua connessione: client seve client closes socket: clientsocket.close(); close FIN Passo 1: il client invia FIN al seve Passo 2: il seve iceve FIN, eplica con ACK. Chiude la connessione, invia FIN. timed wait ACK FIN ACK close closed Il Livello Taspoto 3b-4

3 TCP: Connessione (cont.) Passo 3: il client iceve FIN, eplica con ACK. m Enta in attesa isponde con ACK ai FIN icevuti Passo 4: seve, iceve ACK. chiude la connessione closing client FIN ACK FIN seve closing Nota: con poche modifiche, può gestie FIN simultanei timed wait ACK closed closed Il Livello Taspoto 3b-5 TCP: Connessione (cont) Ciclo di vita seve TCP Ciclo di vita client TCP Il Livello Taspoto 3b-6

4 TCP seq. # e ACK 0 999, , TCP: fonisce isconti cumulativi TCP: non ci sono egole fisse nello standad pe i segmenti fuoi odine. Il Livello Taspoto 3b-7 TCP seq. # e ACK Seq. #: m numeo del pimo byte nei dati del segmento (pimo # scelto a caso) ACK: m seq # del possimo byte atteso m ACK cumulativi D: come il destinataio tatta i segmenti fuoi odine? m : le specifiche del TCP non lo dicono, dipende dalla implementazione L utente digita C L host isconta l eco Host A Host B Seq=42, ACK=79, data = C Seq=79, ACK=43, data = C Seq=43, ACK=80 L host isconta C, fa eco Di C Un semplice scenaio telnet tempo Il Livello Taspoto 3b-8

5 TCP: tasfeimento affidabile evento: icezione dati dall applicazione cea e invia un segmento mittente semplice, assumendo tasfeimento one way nessun contollo di flusso o congestione wait attesa fo evento evento: timeout pe il segmento con seq # y itasmette segmento evento: ACK icevuto con ACK # y Esamina ACK Il Livello Taspoto 3b-9 TCP: tasfeim affidabile mittente TCP semplificato 00 sendbase = initial_sequence numbe 01 nextseqnum = initial_sequence numbe loop (foeve) { 04 switch(event) 05 event: data eceived fom application above 06 ceate TCP segment with sequence numbe nextseqnum 07 stat time fo segment nextseqnum 08 pass segment to IP 09 nextseqnum = nextseqnum + length(data) 10 event: time timeout fo segment with sequence numbe y 11 etansmit segment with sequence numbe y 12 compue new timeout inteval fo segment y 13 estat time fo sequence numbe y 14 event: ACK eceived, with ACK field value of y 15 if (y > sendbase) { /* cumulative ACK of all data up to y */ 16 cancel all times fo segments with sequence numbes < y 17 sendbase = y 18 } 19 else { /* a duplicate ACK fo aleady ACKed segment */ 20 incement numbe of duplicate ACKs eceived fo y 21 if (numbe of duplicate ACKS eceived fo y == 3) { 22 /* TCP fast etansmit */ 23 esend segment with sequence numbe y 24 estat time fo segment y 25 } 26 } /* end of loop foeve */ Il Livello Taspoto 3b-10

6 TCP: geneaz. ACK [FC 1122, FC 2581] Evento aivo odinato segmenti, non ci sono buchi, tutto il esto già iscontato aivo odinato segmenti, non ci sono buchi, un ACK itadato sospeso aivo segmento fuoi odine seq. # maggioe di quello atteso ilevato un buco (gap) aivo di un segmento che colma patialmente o completamente il gap azioni del destinataio TCP ACK itadato. Attendi 500ms pe possimo segmento. Se non aiva, Invia ACK Invia immediatamente un singolo ACK cumulativo invia ACK duplicato che indica il seq. # del possimo byte atteso ACK immediato se il segmento inizia all estemoinfeioe del gap Il Livello Taspoto 3b-11 TCP: itasmissione Host A Host B Host A Host B Seq=92, 8 bytes data timeout Seq=92, 8 bytes data X loss ACK=100 Seq=92, 8 bytes data Seq=100 timeout Seq=92 timeout Seq=100, 20 bytes data ACK=100 ACK=120 Seq=92, 8 bytes data ACK=100 ACK=120 tempo Scenaio di ACK peso tempo timeout pematuo, ACK cumulativi Il Livello Taspoto 3b-12

7 TCP: Contollo Flusso flow contol il mittente non sovac. il buffe del destin. tansmettendo toppo, toppo in fetta cvbuffe = dimensione TCP eceive Buffe cvwindow = quantità di spazio imasto nelbuffe LastBytecvd LastByteead <= cvbuffe cvwindow = cvbuffe [LastBytecvd LastByteead] Destinat.: infoma esplicitam. mittente dello spazio disponibile (cambia dinamicam.) m campo cvwindow nel segmento TCP Mittente: fa si che i dati tasmessi ma non iscontati < del più ecente cvwindow icevuto Buffe destinataio LastByteSent LastByteAcked <= cvwindow Il Livello Taspoto 3b-13 TCP ound Tip Time e Timeout D: come si stabilisce il valoe del timeout? Maggioe di TT m nota: TT vaia Toppo beve: timeout pematuo m itasmissioni inutili Toppo lungo: eazione lenta allo smaimento di segmenti D: Come stimae TT? SampleTT: misua del tempo dalla tasmissione del segmento fino alla icezione dell ACK m ignoa itasmissioni, ACK cumulativi SampleTT vaia, occoe stimae TT in maniea oppotuna m media di molte misue ecenti e non solo del SampleTT coente Il Livello Taspoto 3b-14

8 TCP ound Tip Time e Timeout EstimatedTT = (1-x)*EstimatedTT + x*samplett media vaiabile pesata esponenzialmente influenza di un dato campione diminuisce esponenzialm. Valoe tipico di x: 0.1 Impostazione del timeout EstimatedTT più magine di sicuezza Ampie vaiazioni EstimatedTT -> magine di sicuezza maggioe Timeout = EstimatedTT + 4*Deviation Deviation = (1-x)*Deviation + x* SampleTT-EstimatedTT Il Livello Taspoto 3b-15 TT campionati e TT stimani Il Livello Taspoto 3b-16

9 Pincipi di Contollo Congestione Congestione: infomalmente: toppe sogenti che inviano toppi dati toppo in fetta peché la ete sia in gado di gestili È diveso dal contollo di flusso! effetti: m Pacchetti pesi (a causa dell oveflow del buffe ai oute) m itadi lunghi (a causa delle code nei buffe dei oute) Un poblema nella top-10! Il Livello Taspoto 3b-17 Appocci pe il contollo congestione Due appocci pincipali: Contollo end-to-end : Non c è feedback esplicito dalla ete stato congestione icavato dai livelli di pedita e itado ossevati agli endsystem L appoccio del TCP Contollo netwok-assisted: I oute foniscono feedback agli end system m Un bit indica la congestione (SNA, DECbit, TCP/IP ECN, ATM) m Viene specificato esplicitamente a quale velocità il mittente deve tasmettee Il Livello Taspoto 3b-18

10 Contollo Congestione del TCP contollo end-to-end (niente feedback da netwok) La velocità tansmissiva è limitata dalla dimensione della finesta di congestione, Congwin, sui segmenti: Congwin w segmenti, ciascuno invia MSS bytes in un TT: thoughput = w * MSS TT Bytes/sec Il Livello Taspoto 3b-19 Cause/costi congestione: scenaio 1 Due mittenti, due destinatai un oute, buffe infinito No itasmissioni gossi itadi in caso congestione massimo thoughput ottenibile Il Livello Taspoto 3b-20

11 Cause/costi congestione: scenaio 2 un oute, buffe finito itasmissione dei pacchetti pesi Il Livello Taspoto 3b-21 Cause/costi congestione: scenaio 2 sempe: λ = λ (goodput) in out itasmissione pefetta solo quando: λ > λ in out itasmissione dei pacchetti itadati (non pesi) ende λ più in lungo (del caso pefetto) pe alcuni λ out costi della congestione: più lavoo (itasm) pe un dato goodput itasmissioni non necessaie: più copie del pkt sul link Il Livello Taspoto 3b-22

12 Cause/costi congestione: scenaio 3 quatto mittenti Pecosi multihop timeout/etansmit D: cosa succede se λ e in aumentano? λ in Il Livello Taspoto 3b-23 Cause/costi congestione: scenaio 3 Un alto costo della congestione: Quando un pacchetto viene scatato, ogni capacità di tasmissione upsteam usata pe il pacchetto viene specata! Il Livello Taspoto 3b-24

13 Studio di un Caso: contollo congestione dell ATM (AB) AB: available bit ate: sevizio elastico se il pecoso del mittente è scaico : m Il mittende deve usae la banda disponibile se il pecoso mittente è congestionato : m Il mittente viene ipotata ad una velocità minima gaantita celle di M (esouce management) : Il mittente le mischia con le celle dati bits nella cella M scitti dagli switch ( netwok-assisted ) m NI bit: non aumentae la velocità (mild congestion) m CI bit: congestion indication Le celle M vengono estituite dal destinataio con i bit inalteati Il Livello Taspoto 3b-25 Studio di un Caso: contollo congestione dell ATM (AB) campo di due-byte E (explicit ate) nella cella M m uno switch in congestione può diminuie il valoe di E nelle celle dati c è il bit EFCI: posto a 1 negli switch congestionati m se la cella dati che pecede la cella M ha EFCI, il mittente pone il bit CI a 1 nella cella M di itono Il Livello Taspoto 3b-26

14 Contollo Congestione del TCP: sondando la disponibilità di banda: m idealmente: tasmetti il più velocmente possibile (Congwin il più ampia possibile) senza pedite m incementa Congwin finché iniziano le pedite(congestione) m congestione: decementa Congwin, poi inizia a sondae di nuovo due fasi m slow stat m congestion avoidance vaiabili impotanti: m Congwin m theshold: definisce la soglia ta le due fasi di slow stat e congestion contol Il Livello Taspoto 3b-27 TCP Slowstat algoitmo Slowstat initialize: Congwin = 1 fo (each segment ACKed) Congwin++ until (loss event O CongWin > theshold) TT Host A Host B one segment two segments fou segments Incemento esponenziale (pe TT) nel window size (non è poi così lento!) evento loss : timeout (Tahoe TCP) and/o te ACK duplicati (eno TCP) time Il Livello Taspoto 3b-28

15 TCP Congestion Avoidance Congestion avoidance /* slowstat is ove */ /* Congwin> theshold */ Until (loss event) { evey w segments ACKed: Congwin++ } theshold = Congwin/2 Congwin = 1 1 pefom slowstat 1: TCP eno salta lo slowstat (fast ecovey) dopo te ACK duplicati Il Livello Taspoto 3b-29 AIMD TCP congestion avoidance: AIMD: additive incease, multiplicative decease m Aumenta la window di 1 pe TT m Decementa la window di un fattoe 2 se c è congestione TCP: Equità (Fainess) obiettivi della Fainess: se N sessioni TCP condividono lo stesso link, ciascuna deve ottenee 1/N della capacità del link TCP connection 1 TCP connection 2 bottleneck oute capacity Il Livello Taspoto 3b-30

16 Pechè il TCP è equo? Due sessioni in competizione: L additive incease da pendenza 1, se il thoughput cesce Il multiplicative decease iduce il thoughput popozionalmente thoughput Connessione 2 Equa condivisione della banda thoughput Connessione 1 loss: iduce la window di un fattoe 2 congestion avoidance: additive incease loss: iduce la window di un fattoe 2 congestion avoidance: additive incease Il Livello Taspoto 3b-31 TCP: modello di latenza D: Quanto tempo occoe pe icevee un oggetto da un Web seve dopo ave inviato una ichiesta? Stabilie una connessione TCP itado tasfeimento dati due casi da consideae: Notazioni, assunzioni: Un solo link ta client e seve di velocità Window di congestione fissa, W segmenti S: MSS (bits) O: object size (bits) no itasmissioni (no loss, no couption) WS/ > TT + S/: ACK del pimo segmento nella window tona pima WS/ < TT + S/: aspetta ACK dopo ave spedito il valoe della finesta dati inviata Il Livello Taspoto 3b-32

17 TCP latency Modeling K:= O/WS Case 1: latency = 2TT + O/ Case 2: latency = 2TT + O/ + (K-1)[S/ + TT - WS/] Il Livello Taspoto 3b-33 TCP Latency Modeling: Slow Stat Now suppose window gows accoding to slow stat. Will show that the latency of one object of size O is: O S P S Latency = 2TT + + P TT (2 1) + whee P is the numbe of times TCP stalls at seve: P = min{ Q, K 1} - whee Q is the numbe of times the seve would stall if the object wee of infinite size. - and K is the numbe of windows that cove the object. Il Livello Taspoto 3b-34

18 TCP Latency Modeling: Slow Stat (cont.) Example: O/S = 15 segments K = 4 windows Q = 2 P = min{k-1,q} = 2 initiate TCP connection equest object TT fist window = S/ second window = 2S/ thid window = 4S/ Seve stalls P=2 times. fouth window = 8S/ object deliveed time at client time at seve complete tansmission Il Livello Taspoto 3b-35 TCP Latency Modeling: Slow Stat (cont.) S + TT = timefom whenseve statstosendsegment untilseve eceives acknowledgement k S 2 1 = time totansmit thekthwindow initiate TCP connection equest object fist window = S/ + S k S TT = stall timeafte thekthwindow TT second window = 2S/ thid window = 4S/ latency = = = O + 2TT + O O P p= 1 stalltime P S k + 2TT + [ + TT 2 k = 1 S + 2TT + P[ TT + ] (2 p 1 P S ] S 1) object deliveed time at client time at seve fouth window = 8S/ complete tansmission Il Livello Taspoto 3b-36

19 Chapte 3: Summay pinciples behind tanspot laye sevices: m multiplexing/demultiplexing m eliable data tansfe m flow contol m congestion contol instantiation and implementation in the Intenet m UDP m TCP Next: leaving the netwok edge (application tanspot laye) into the netwok coe Il Livello Taspoto 3b-37