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

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1 socket door : Panoramica FC: 793, 1122, 1323, 2018, 2581 punto-punto: un mittente, un destinatario flusso di byte affidabile e ordinato protocollo pipeline: il controllo di flusso e di congestione definisce la dimensione della window buffer send & receive application writes data send buffer segment application reads data receive buffer dati full duplex : Flusso bi-direzionale nella stessa connessione MSS: maximum segment size connection-oriented: handshaking per inizializzarelo stato del mittente e destinatario flusso controllato: Il mittente non sovraccarica il destinatario socket door Il LivelloTrasporto 3b-1 : struttura del segmento UG: dati urgenti (solitam. non usato) : # valido PSH: push data now (solitam. non usato) ST, SYN, : connessione stabilita (comandi di setup, tear down) Internet checksum (come in UDP) 32 bits source port # dest port # sequence number acknowledgement number head not UA P S F rcvr window size len used checksum ptr urgent data Options (variable length) application data (variable length) counteggio dei byte di dati (non segmenti!) # bytes che dest. vuole accettare Il LivelloTrasporto 3b-2 : Connessione icordate: nel si stabilisce una connessione prima di scambiare segmenti dati inizializzarevariabili : seq. # info buffers, controllo flusso (es., cvwindow) : avvia connessione Socket Socket = new Socket("hostname","port number"); :contattato da Socket connectionsocket = welcomesocket.accept(); Three way handshake: Passo 1: il invia un SYN al SYN=1, specifica il seq # iniziale Passo 2: il riceve SYN, risponde SYN alloca buffers del SYN, specifica -> seq. # iniziale Passo 3: ric. SYN alloca buffers invia riscontro (SYN = 0, seq# =iniziale1, del seq# 1) : Connessione (cont.) Chiusura connessione: closes socket: Socket.close(); Passo 1: il invia al Passo 2: il riceve, replica con. Chiudela connessione, invia. close timed wait closed close Il LivelloTrasporto 3b-3 Il LivelloTrasporto 3b-4 : Connessione (cont.) : Connessione (cont) Passo 3: il riceve, replica con. Entra in attesa risponde con ai ricevuti Passo 4:, riceve. chiudela connessione Nota: con poche modifiche, può gestire simultanei closing timed wait closed closing closed Ciclo di vita Ciclo di vita Il LivelloTrasporto 3b-5 Il LivelloTrasporto 3b-6

2 seq. # e 0 999, , : fornisce riscontri cumulativi : non ci sono regole fisse nello standard per i segmenti fuori ordine. Il LivelloTrasporto 3b-7 seq. # e Seq. #: numero del primo byte nei dati del segmento (primo # scelto a caso) : seq # del prossimo byte atteso cumulativi D: come il destinatario tratta i segmenti fuori ordine? : le specifiche del non lo dicono, dipende dalla implementazione L utente digita C L host riscontra l eco Host A Host B Seq=42, =79, data = C Seq=79, =43, data = C Seq=43, =80 L host riscontra C, fa eco Di C Un semplice scenario telnet tempo Il LivelloTrasporto 3b-8 : trasferimentoaffidabile evento: ricezione dati dall applicazione crea e invia un segmento wait attesa for evento evento: ricevuto con # y Esamina evento: timeout per il segmento con seq # y ritrasmette segmento mittente semplice, assumendo trasferimento one way nessun controllo di flusso o congestione Il LivelloTrasporto 3b-9 : trasferim affidabile mittente semplificato 00 sendbase = initial_sequence number 01 nextseqnum = initial_sequence number loop (forever) { 04 switch(event) 05 event: data received from application above 06 create segment with sequence number nextseqnum 07 start timer for segment nextseqnum 08 pass segment to IP 09 nextseqnum = nextseqnum length(data) 10 event: timer timeout for segment with sequence number y 11 retransmit segment with sequence number y 12 compue new timeout interval for segment y 13 restart timer for sequence number y 14 event: received, with field value of y 15 if (y > sendbase) { /* cumulative of all data up to y */ 16 cancel all timers for segments with sequence numbers < y 17 sendbase = y 18 } 19 else { /* a duplicate for already ed segment */ 20 increment number of duplicate s received for y 21 if (number of duplicate S received for y == 3) { 22 /* fast retransmit */ 23 resend segment with sequence number y 24 restart timer for segment y 25 } 26 } /* end of loop forever */ Il LivelloTrasporto 3b-10 : generaz. [FC 1122, FC 2581] : ritrasmissione Evento arrivo ordinato segmenti, non ci sono buchi, tutto il resto già riscontrato arrivo ordinato segmenti, non ci sono buchi, un ritardato sospeso azioni del destinatario ritardato. Attendi 500ms per prossimo segmento. Se non arriva, Invia Invia immediatamente un singolo cumulativo timeout Host A Host B X loss =100 Seq=100 timeout Seq=92 timeout Host A Host B Seq=100, 20 bytes data =100 =120 arrivo segmento fuori ordine seq. # maggiore di quello atteso rilevato un buco (gap) invia duplicato che indica il seq. # del prossimo byte atteso =100 =120 arrivo di un segmento che colma partialmente o completamente il gap immediato se il segmento inizia all estremo inferiore del gap tempo Scenario di perso tempo timeout prematuro, cumulativi Il LivelloTrasporto 3b-11 Il LivelloTrasporto 3b-12

3 : ControlloFlusso flow control il mittente non sovrac. il buffer del destin. transmettendo troppo, troppo in fretta cvbuffer = dimensione eceive Buffer cvwindow = quantitàdi spazio rimasto nel Buffer LastBytecvd LastByteead <= cvbuffer cvwindow = cvbuffer [LastBytecvd LastByteead] Destinat.: informa esplicitam. mittentedello spazio disponibile(cambia dinamicam.) campo cvwindow nel segmento Mittente: fa si che i dati trasmessi ma non riscontrati < del più recente cvwindow ricevuto ound Trip Time e Timeout D: come si stabilisce il valoredel timeout? Maggiore di TT nota: TT varia Troppo breve: timeout prematuro itrasmissioni inutili Troppo lungo: reazione lenta allo smarrimento di segmenti D: Come stimare TT? SampleTT: misura del tempo dalla trasmissione del segmento fino alla ricezionedell ignora ritrasmissioni, cumulativi SampleTT varia, occorre stimarett in maniera opportuna media di moltemisurerecenti e non solo del SampleTT corrente Buffer destinatario LastByteSent LastByteAcked <= cvwindow Il LivelloTrasporto 3b-13 Il LivelloTrasporto 3b-14 ound Trip Time e Timeout TT campionati e TT stimani EstimatedTT = (1-x)*EstimatedTT x*samplett media variabile pesata esponenzialmente influenza di un dato campione diminuisce esponenzialm. Valore tipicodi x: 0.1 Impostazione del timeout EstimatedTT più margine di sicurezza Ampie variazioni EstimatedTT -> margine di sicurezza maggiore Timeout = EstimatedTT 4*Deviation Deviation = (1-x)*Deviation x* SampleTT-EstimatedTT Il LivelloTrasporto 3b-15 Il LivelloTrasporto 3b-16 Principi di Controllo Congestione Congestione: informalmente: troppe sorgenti che inviano troppi dati troppo in fretta perché la rete siain grado di gestirli È diverso dal controllo di flusso! effetti : Pacchetti persi (a causa dell overflow del buffer ai router) itardi lunghi (a causa delle code nei buffer dei router) Un problema nella top-10! Il LivelloTrasporto 3b-17 Approcci per il controllo congestione Due approcci principali: Controllo end-to-end : Non c è feedback esplicito dalla rete stato congestione ricavato dai livelli di perdita e ritardoosservati agli endsystem L approcciodel Controllo network-assisted: I router forniscono feedback agli end system Un bit indicala congestione (SNA, DECbit, /IP ECN, ATM) Vienespecificato esplicitamentea quale velocità il mittente deve trasmettere Il LivelloTrasporto 3b-18

4 Controllo Congestione del controllo end-to-end (nientefeedback da network) La velocità transmissiva è limitata dalla dimensione della finestra di congestione, Congwin, sui segmenti: Congwin w segmenti, ciascuno inviamss bytes in un TT: throughput = w * MSS TT Bytes/sec Cause/costi congestione: scenario 1 Due mittenti, due destinatari un router, buffer infinito No ritrasmissioni grossi ritardi in caso congestione massimo throughput ottenibile Il LivelloTrasporto 3b-19 Il LivelloTrasporto 3b-20 Cause/costi congestione: scenario 2 un router, buffer finito itrasmissione dei pacchetti persi Cause/costi congestione: scenario 2 sempre: λ = λ (goodput) in out ritrasmissione perfetta solo quando: λ > in λ out ritrasmissione dei pacchetti ritardati (non persi) rende λ più in lungo (del caso perfetto) per alcuni λ out Il LivelloTrasporto 3b-21 costi della congestione: più lavoro (ritrasm) per un dato goodput ritrasmissioni non necessarie: più copiedel pkt sul link Il LivelloTrasporto 3b-22 Cause/costi congestione: scenario 3 quattro mittenti Percorsi multihop timeout/retransmit D: cosa succedese λ in e aumentano? λ in Cause/costi congestione: scenario 3 Un altro costo della congestione: Quando un pacchetto viene scartato, ogni capacità di trasmissione upstream usata per il pacchetto viene sprecata! Il LivelloTrasporto 3b-23 Il LivelloTrasporto 3b-24

5 Studio di un Caso: controllo congestione dell ATM (AB) Studio di un Caso: controllo congestione dell ATM (AB) AB: available bit rate: servizio elastico se il percorso del mittente è scarico : Il mittendedeve usarela banda disponibile se il percorso mittente è congestionato : Il mittenteviene riportata ad una velocità minima garantita celle di M (resource management) : Il mittente le mischia con le celle dati bits nella cella M scritti dagli switch ( network-assisted ) NI bit: non aumentare la velocità (mild congestion) CI bit:congestion indication Le cellem vengono restituite dal destinatario con i bit inalterati Il LivelloTrasporto 3b-25 campo di due-byte E (explicit rate) nella cella M uno switch in congestione può diminuireilvaloredi E nelle celle dati c èil bit EFCI: posto a 1 negli switch congestionati se la cella dati cheprecede la cella M ha EFCI, il mittente pone il bit CI a 1 nella cella M di ritorno Il LivelloTrasporto 3b-26 Controllo Congestione del : Slowstart sondando la disponibilità di banda: idealmente: trasmetti il più velocmente possibile (Congwin il più ampia possibile) senza perdite incrementa Congwin finché iniziano le perdite(congestione) congestione: decrementacongwin, poi inizia a sondare di nuovo due fasi slow start congestion avoidance variabili importanti: Congwin threshold: definisce la soglia tra le due fasi di slow start e congestion control algoritmo Slowstart initialize: Congwin = 1 for (each segment ed) Congwin until (loss event O CongWin > threshold) Incremento esponenziale (per TT) nel window size (non è poi così lento!) evento loss : timeout (Tahoe ) and/or tre duplicati (eno ) TT Host A Host B one segment two segments four segments time Il LivelloTrasporto 3b-27 Il LivelloTrasporto 3b-28 Congestion Avoidance Congestion avoidance /* slowstart is over */ /* Congwin > threshold */ Until (loss event) { every w segments ed: Congwin } threshold = Congwin/2 Congwin = 1 1 perform slowstart 1: eno salta lo slowstart (fast recovery) dopo tre duplicati Il LivelloTrasporto 3b-29 AIMD congestion avoidance: AIMD: additive increase, multiplicative decrease Aumenta la window di 1 per TT Decrementa la window di un fattore 2 se c è congestione : Equità (Fairness) obiettivi della Fairness: se N sessioni condividono lo stesso link, ciascuna deve ottenere 1/N della capacità del link connection 1 connection 2 bottleneck router capacity Il LivelloTrasporto 3b-30

6 Perchè il è equo? Due sessioni in competizione: L additive increase da pendenza1, se il throughput cresce Il multiplicative decreaseriduceilthroughput proporzionalmente throughput Connessione 2 Equa condivisione della banda throughput Connessione 1 loss: riduce la window di un fattore 2 congestion avoidance: additive increase loss: riduce la window di un fattore 2 congestion avoidance: additive increase Il LivelloTrasporto 3b-31 : modello di latenza D: Quanto tempo occorre per ricevereun oggetto da un Web dopo aver inviato una richiesta? Stabilireuna connessione itardotrasferimento dati Notazioni, assunzioni : Un solo link tra e di velocità Window di congestione fissa, W segmenti S: MSS (bits) O: size (bits) no ritrasmissioni (no loss, no corruption) due casi da considerare: WS/ > TT S/: del primo segmento nella window torna prima WS/ < TT S/: aspetta dopo aver spedito ilvaloredella finestra dati inviata Il LivelloTrasporto 3b-32 latency Modeling K:= O/WS Latency Modeling: Slow Start Now suppose window grows according to slow start. Will show that the latency of one of size O is: O S P S Latency= 2TT P TT (2 1) where P is the number of times stalls at : P = min{ Q, K 1} - where Q is the number of times the would stall if the were of infinite size. Case 1:latency = 2TT O/ Case 2: latency = 2TT O/ (K-1)[S/ TT - WS/] - and K is the number of windows that cover the. Il LivelloTrasporto 3b-33 Il LivelloTrasporto 3b-34 Latency Modeling: Slow Start (cont.) initiate connection Example: request O/S = 15 segments first window = S/ K = 4 windows TT second window = 2S/ Q = 2 third window P = min{k-1,q} = 2 = 4S/ Server stalls P=2 times. fourth window = 8S/ complete transmission delivered Il LivelloTrasporto 3b-35 Latency Modeling: Slow Start (cont.) S TT = time from when starts tosendsegment until receives acknowledgement k 2 1 S = time to transmit thekthwindow S k 2 1 S TT = stall time after thekth window O latency = 2TT O = 2TT p P = 1 P k= 1 stalltime S k [ TT 2 S ] O S P S = 2TT P[ TT ] (2 1) p 1 initiate connection request TT delivered first window = S/ Il LivelloTrasporto 3b-36 second window = 2S/ third window = 4S/ fourth window = 8S/ complete transmission

7 Chapter 3: Summary principles behind transport layer services: multiplexing/demultiplexing reliable data transfer flow control congestion control instantiation and implementation in the Internet UDP Next: leaving the network edge (application transport layer) into the network core Il LivelloTrasporto 3b-37