Fondamenti di Internet e Reti Esercizi sui meccanismi di controllo di errore e sul livello di trasporto

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1 Fondamenti di Internet e Reti sui meccanismi di controllo di errore e sul livello di trasporto. o Go-Back-N and Stop and Wait Si consideri un collegamento ideale (senza errori) con capacità di C=0 [Mb/s], ritardo di propagazione τ=[ms] su cui è attivo un meccanismo di controllo d errore; indicare quale/quali delle seguenti affermazioni è/sono vera/e a. Se il controllo d errore è di tipo Stop and Wait, il rate effettivo di trasferimento dell informazione è sempre strettamente minore di C indipendentemente dalla dimensione delle trame e dei riscontri VERA (paga sempre il ritardo di propagazione) b. Se il controllo d errore è di tipo Stop and Wait, può essere uguale a C nel caso in cui i riscontri abbiano dimensione trascurabile. FALSA (paga sempre il ritardo di propagazione) c. Se il controllo d errore è di tipo Go-Back-N esiste una dimensione della finestra di trasmissione per cui il rate effettivo di trasferimento dell informazione è uguale a C indipendentemente dalla dimensione delle trame e dei riscontri VERO (se la finestra tende all infinito..) d. A parità dei parametri del collegamento (capacità, dimensione delle trame, dimensione dei riscontri, ritardo di propagazione) il protocollo Go-Back-N ha sempre efficienza maggiore del protocollo Stop-and-Wait indipendentemente dalla dimensione della finestra. FALSO (se la finestra è uguale a, i due approcci hanno la stessa efficienza)

2 Fondamenti di Internet e Reti o dimensionamento numerazione trame Supponendo di avere a disposizione k bit per la numerazione delle trame in trasmissione (e relativo riscontro, dire: Quale è il valore della finestra in trasmissione massima nel caso di schema Go-Back-N (versione base) Quale è il valore massimo della finestra in trasmissione e della finestra in ricezione in caso di schema selective repeat.. Soluzione Caso Go-Back-N La finestra in ricezione è unitaria (il Go-Back-N accetta solo trame consegnate in sequenza) La finestra in trasmissione non può eccedere il modulo della numerazione delle trame: W k S Caso Selective Repeat Esempio: k=, La stazione A ha trasmesso 3 0 La stazione B riscontra ACK=, ma il riscontro si perde La stazione A ritrasmette 3 0 La stazione B interpreta 3 0 come trame nuove Le due finestre non possono mai sovrapporsi W + S W r k

3 Fondamenti di Internet e Reti o - Go-Back-N e Stop and Wait Si consideri un canale via satellite della capacità di [Mb/s]. Considerando che il tempo di propagazione attraverso un satellite geostazionario richiede 50 [ms], si chiede di dimensionare la minima finestra di trasmissione di un protocollo Go-BACK-N (versione freeze con time-out) in modo che sia consentita la massima efficienza temporale del canale quando vengano trasmesse trame di 000 [bit] in assenza di errori. Si suppongano gli ACK trascurabili. Si calcoli poi la massima efficienza trasmissiva che si avrebbe nel caso in cui il meccanismo ARQ sia di tipo STOP and WAIT. 3. Soluzione L efficienza del meccanismo Go-BACK-N dipende dal rapporto tra Round Trip Time (RTT) e tempo di invio della finestra di trasmissione. Le figure di seguito rappresentano i due casi in cui la finestra di trasmissione è troppo corta (trasmissione inefficiente) ovvero è abbastanza lunga (trasmissione continua). Nel primo caso, il riscontro relativo alla prima trama della finestra di trasmissione arriva al trasmettitore quando tutte le trame della finestra di trasmissione sono state già trasmesse; il trasmettitore, quindi, si blocca e riprende a trasmettere solo alla ricezione del suddetto riscontro. Nel secondo caso, il riscontro relativo alla prima trama della finestra di trasmissione arriva al trasmettitore mentre lo stesso è ancora impegnato nella trasmissione delle trame della finestra. Alla ricezione di tale riscontro, la finestra di trasmissione scorre a destra andando a coprire nuove trame. 3 N N+ N+ τ Trasmissione Inefficiente RTT>NT 3 N N+ N+ Trasmissione Continua RTT<NT T τ Per avere la massima efficienza il numero di trame N nella finestra deve essere tale che il loro tempo di trasmissione copra il tempo di andata e ritorno (RTT) della prima trama Detti T = [ms] = 000[bit]/[Mb/s], il tempo di trasmissione di un pacchetto e t = 50[ms], il ritardo di propagazione, deve essere NT RTT, da cui: NT T+ t è N + t/t = + x 50/ = 5 Per finestre N 5, la trasmissione risulta continua, dunque l efficienza del meccanismo è. Si noti che nel calcolo dell RTT non è stato considerato il tempo di trasmissione del riscontro ACK dal ricevitore al trasmettitore (come richiesto dal testo). Nel caso di meccanismo STOP&WAIT abbiamo: 3 T τ L efficienza del meccanismo STOP&WAIT si calcola considerando che il meccanismo trasmette trama (durata T = [ms]) ogni RTT=T + t, dunque l efficienza: η = T/(T+t) = /5. 3

4 Fondamenti di Internet e Reti o - Go-Back-N Un sistema GO-BACK-N presenta un ritardo di propagazione pari a 4 volte il tempo di trasmissione di un pacchetto e viene usato per inviare un file di 000 pacchetti. Ipotizzando che tutti i pacchetti ricevuti correttamente siano riscontrati (tempo di trasmissione del riscontro = tempo di trasmissione del pacchetto), si calcoli il numero di pacchetti trasmessi inutilmente (errati o corretti ma scartati dal ricevitore) nel caso in cui la finestra sia lunga W = 00 quando:. si sbaglia il primo pacchetto del file. si sbagliano il primo e il 00-esimo pacchetto del file 3. si sbaglia l ACK del primo pacchetto del file 4. si sbaglia l ACK del primo e del 00-esimo pacchetto del file 4. Soluzione Tempo di ritorno dell ACK, RTT = T + 4T + T + 4 T = 50T Caso Finestra: (-00) (,0) (3,0) pacchetti ignorati dal ricevitore ACK= ACK=3 Trasmetto inutilmente i pacchetti dal a 00 Caso (,0) (3,0) pacchetti ignorati dal ricevitore ACK= ACK=3 Come nel caso precedente trasmetto inutilmente i pacchetti dal a 00 Caso 3 (3,0)(4,03) Finestra: (-00) I pacchetti,,... sono tutti ricevuti correttamente e viene inviato l ACK. L ACK del riscontra implicitamente anche il pacchetto e pertanto non si ritrasmette NESSUN pacchetto. 4

5 Fondamenti di Internet e Reti Caso 4 Finestra: (-00) (4,03) (3,0) (5,5) (5,50) Anche in questo caso la perdita del 00-esimo ACK non ha effetto. 5

6 Fondamenti di Internet e Reti o Stop and Wait Un canale sbaglia la trasmissione di pacchetti in ragione di ogni 0, mentre non sbaglia il ritorno degli ACK. Si calcoli l efficienza del meccanismo in termini di numero di pacchetti corretti/numero totale pacchetti trasmessi nel caso in cui si usi STOP and WAIT con time-out minimo. Si calcoli poi l efficienza trasmissiva temporale totale (tempo usato per trasmettere pacchetti corretti/tempo totale) nel caso in cui il tempo di propagazione sia pari a n volte il tempo di trasmissione di un pacchetto T e il tempo di trasmissione dell ACK sia pari a T. 5. Soluzione Con lo STOP and WAIT, ogni 0 pacchetti, ne sbaglio. Dunque l efficienza è η = 9/0 = 0.9 Time out Time out Per quanto visto prima si trasmettono 9 pacchetti corretti (durata 9T) ogni 0 round trip time. Un round trip time è pari a RTT=T+nT. Dunque: η tot = 9T / 0T( + n) = 9 / 0( + n) 6

7 Fondamenti di Internet e Reti o Stop and Wait Due stazioni A e B colloquiano attraverso da due collegamenti in cascata con velocità rispettivamente di 00 e 00 [Mb/s] e ritardo di propagazione di 500 [µs] su ciascun collegamento. Il forwarding fra i due collegamenti sia di tipo Store and Forward senza ritardo di processing. Un file di 50 [Mbyte] viene trasferito fra i due nodi suddividendolo in pacchetti di 0000 [bit] con header trascurabile. Si calcoli il ritardo con cui viene ricevuto l ultimo bit del file in B nei seguenti casi in cui:. I pacchetti vengano trasmessi sulle linee alla velocità massima. I pacchetti vengano trasferiti attraverso un meccanismo di ARQ Stop and Wait applicato end-to-end. 3. I pacchetti vengano trasferiti attraverso un meccanismo di ARQ Stop and Wait applicato su ciascuno dei due collegamenti separatamente Si ipotizzi che le trasmissioni sono senza errori e che la lunghezza degli ACK sia pari a quella dei pacchetti. 6. Soluzione Il numero di pacchetti da trasmettere è pari a N = ( ) / 0000 = 0 6 pacchetti Il tempo di trasmissione sul primo link è T =0000 [bit] / 00 [Mbps] = 00 [µs], mentre sul secondo link è T = T /= 50 [µs], infatti la velocità di trasmissione è doppia. Caso A X T t T Il tempo totale di trasferimento è T tot = NT + t + T = [µs] + 500[µs] + 50 [µs] = [s] B Caso Δ Δ/ N- N Il tempo fra due trasmissioni consecutive sul primo link è pari a Δ=T + t + T + t + T + t + T + t = T + T + 4t =.3 ms L ultimo bit sul secondo link viene ricevuto dopo il tempo (N-) Δ + Δ/ = NΔ - Δ/ = 300 [s] [s] = s 7

8 Fondamenti di Internet e Reti Caso 3 Il tempo fra due trasmissioni consecutive sulla prima tratta è pari a D = T + t =.[ms], mentre il tempo fra due trasmissioni consecutive sulla seconda tratta è pari a D = T + t =.[ms]. Dunque i pacchetti non fanno coda sul primo link (quando arriva il secondo pacchetto sul primo link, il primo pacchetto è già partito sul secondo link). Δ Δ 3 4 N- N La trasmissione dell ACK sul primo link avviene contemporaneamente alla trasmissione del pacchetto sul secondo link, le interfacce coinvolte sono diverse. Il tempo totale di trasferimento è pari a (N-) Δ + Δ = (N-) Δ + Δ / + T + t = NΔ - Δ / + T + t = ND - D / + T + t = [ms] [ms] [ms] [ms] = s 8

9 Fondamenti di Internet e Reti o - Go-Back-N Si consideri il protocollo Go-BACK-N con N = 4 e time-out pari a 5 volte il tempo di trasmissione di un pacchetto. Si completi la figura in accordo alle regole del protocollo A B 7. Soluzione 0 A B

10 Fondamenti di Internet e Reti o - Go-Back-N Si consideri il protocollo Go-BACK-N con N = 3. Si completi la figura in accordo alle regole del protocollo A B 8. Soluzione 0 A B

11 Fondamenti di Internet e Reti o - Go-Back-N Si consideri il protocollo Go-BACK-N con N = 4. L esempio in figura è corretto? Se no perché? A B Soluzione A B L esempio è errato l SN = 0 (AàB) non è stato riscontrato, infatti l unico ACK arrivato ha RN = 0 (il ricevitore si aspetta di ricevere SN = 0). Infatti, SN = 0 (AàB) è stato finito di ricevere dopo l inizio della trasmissione dell ACK RN = 0 (BàA). 4

12 Fondamenti di Internet e Reti L esempio corretto è: A B

13 Fondamenti di Internet e Reti o Controllo di flusso Si consideri la rete in figura dove sono indicate due sorgenti di traffico (S ed S) e una sola destinazione (D); i link, 3 hanno tutti la stessa capacità ( [Mbit/s]) e lo stesso ritardo di propagazione (τ=5[ms]); tra S ed R e tra S ed R è attivo un meccanismo di controllo di flusso a finestra, mentre tra R e D non vi è alcun controllo; il traffico generato per le relazioni S-D e S-D è caratterizzato da pacchetti di lunghezza L=000[bit]. Trascurando il tempo di trasmissione degli ACK e assumendo assenza di errori si indichi: a) se il meccanismo a finestra è in grado di prevenire la congestione in rete per qualsiasi valore del traffico offerto λ e λ nel caso in cui W=5 b) il valore massimo di W max che garantisce l assenza di congestione λ S Link : C= [Mbit/s] τ=5 [ms] R Link 3: C= [Mbit/s] τ=5 [ms] D λ S Link : C= [Mbit/s] τ=5 [ms] 0. Soluzione Trascurando il tempo di trasmissione degli ACK ed assumendo assenza di errori (come richiesto nel testo), il massimo rate di trasferimento di informazione tra S ed R e tra S ed R è dato dalla seguente formula: WL R = min C, τ + T p dove T p è il tempo per trasmettere un pacchetto di L bit. In sostanza, dobbiamo verificare se il controllo di flusso limita o meno il ritmo di trasferimento dell informazione sui due link. Essendo T p = L/C =0,5[ms], si ha R=min([Mb/s],,4[Mbit/s]) =,4[Mb/s]. Ci troviamo, quindi, nel caso rappresentato dalla figura qui sotto in cui il controllo di flusso limita il rate di trasferimento dell informazione rispetto al rate nominale consentito. T=T p +τ Il valore della finestra di trasmissione W=5 non garantisce quindi l assenza di congestione sul link R-D in quanto, nel caso peggiore, i due link S-R ed S-R portano in ingresso al link R-D un flusso di dati con rate complessivo maggiore del rate del link R-D,,4[Mb/s]+,4[Mb/s] > [Mb/s]. Per non avere congestione sul link R-D, si deve imporre che i singoli flussi S-R ed S-R abbiano in rate di trasferimento dell informazione minore di Rmax=[Mb/s]. In formule, R #$% = ( ) *+, /0 6 quindi W #$% > *+,(-. /0) =0,5 ( 3

14 Fondamenti di Internet e Reti o - TCP Una connessione TCP è attiva tra due host A e B. Sapendo che il link tra A e B è caratterizzato dai seguenti parametri (C=Mb/s, τ= ms), e che la connessione trasferisce segmenti di 00 [byte], dire quale è il massimo rate di trasferimento dell informazione possibile e trovare la dimensione minima della finestra di trasmissione che massimizza tale rate di trasferimento dell informazione.. Soluzione Il rate massimo raggiungibile è ovviamente pari a C La finestra minima che consente di raggiungere rate pari a C sarà data dalla solita espressione: W min T > RTT quindi: W min =3.5 4

15 Fondamenti di Internet e Reti o - TCP Una connessione TCP tra due end users direttamente collegati è caratterizzata dai seguenti parametri: C = 0 Mb/s MSS = 00 byte RCWND = 4 MSS e RCWND<< CWND Ritardo di propagazione τ = ms Dire qual è il ritmo medio di trasmissione (bit/s) della connessione TCP. Ripetere il conto nel caso in cui MSS=000 byte. Soluzione Il tempo di trasmissione di un segmento TCP ed il round trip time della connessione TCP sono: T = 00x8/0 7 = 0.08 ms RTT= 00x8/0 7 + τ =.08[ms] da cui si ha che 4 T < RTT, per cui la trasmissione è discontinua. In questo caso la connessione TCP smaltisce 4 MSS per ogni RTT, per cui il rate medio sarà: R = 4 x 00 x 8 / RTT =,53 Mb/s (circa) Nel secondo caso si ha invece: T = 0.8 ms per cui 4 x T = 3, ms, da cui 4T > RTT, quindi la trasmissione è continua e la connessione TCP sfrutta appieno la capacità del link. In conclusione, R = C = 0 Mb/s 5

16 Fondamenti di Internet e Reti o - TCP Si consideri il collegamento in figura tra i due host A e B. A deve trasferire una sequenza di 00 segmenti di lunghezza massima usando TCP. Si calcoli il tempo necessario supponendo: MSS = 000 [bit] lunghezza degli header di tutti i livelli trascurabile la connessione viene aperta da A e la lunghezza dei segmenti di apertura della connessione è trascurabile la lunghezza degli ACK è trascurabile SSTHRESH è pari a 5 MSS 3. Soluzione TX continua MSS MSS 4 MSS 5 MSS 6 MSS 7 MSS Il tempo di trasmissione T=000 [bit] / [Mb/s] = [ms], mentre RTT = 6. [ms] + T = 7.[ms] La trasmissione è dunque discontinua fino a che WT < RTT, cioè fino a che W = 8. Il tempo totale di trasferimento è pari a: τ (setup connessione) + 6 RTT (Primi 5 MSS) + 75 T (75 MSS in trasmissione continua) + τ (ritorno ACK dell ultimo MSS) = 30.6[ms] 6

17 Fondamenti di Internet e Reti o - TCP Si consideri la rete in figura in cui tra l host A e l host B sia attivata una connessione TCP. Si calcoli l istante di tempo dall attivazione della connessione oltre il quale la trasmissione sul link risulta continua, supponendo header trascurabili link bidirezionali e simmetrici RCWND = 4000 [byte] e SSTHRESH = 400 [byte] dimensione segmenti MSS = 00 [byte] dimensione ACK = dimensione segmenti per apertura della connessione = trascurabile Quanto tempo occorre per trasferire un file da [kbyte] sulla connessione TCP sopra specificata (dall istante di trasmissione del primo segmento all istante di ricezione dell ACK dell ultimo segmento)? 4. Soluzione A C =40 Mb/s τ = us R C =80 Mb/s τ = us B RTT RTT TX continua sul link La trasmissione è continua sul link WT >RTT, quindi W > RTT/T Si ha: RTT = T + T + 4τ = 0 [μs] + 0 [μs] + 4 [μs] = 34 μs T =00 8 [bit] / 40 [Mb/s] = 0 μs E dunque W > RTT / T =.7 La trasmissione risulta continua sul link dopo un RTT, infatti dopo un RTT si ha W =. Il file è composto da [kbyte] / 00 [byte] = 0 MSS Dunque il tempo totale di trasferimento è: T tot = RTT (Primo RTT) + 8 T (Segmenti in trasmissione continua) + RTT (Ultimo pacchetto e ritorno dell ACK) = 8[µs] 7

18 Fondamenti di Internet e Reti o - TCP All istante 0 viene attivata una connessione TCP tra l host A e l host B. Si calcoli l istante di tempo oltre il quale la trasmissione sul link risulta continua, supponendo header trascurabili link bidirezionali e simmetrici RCWND = 4000 [byte] e SSTHRESH = 400 [byte] dimensione segmenti MSS = 00 [byte] dimensione ACK = dimensione segmenti per apertura della connessione = 0 [byte] connessione aperta dal terminale A Quanto tempo occorre per trasferire un file da [kbyte] (dall istante di trasmissione del primo segmento all istante di ricezione dell ACK dell ultimo segmento)? A C =5 Kb/s τ =5ms R C =50 Kb/s τ =5ms R C 3 =00 Kb/s τ 3 =5ms B 5. Soluzione Cominciamo calcolando i tempi di trasmissione sui vari link, il RTT end-to-end ed il tempo di setup: T =00 8 [bit] / 5 [kbit/s] = 64 ms, T = ½ T = 3 ms, T 3 = ½ T = 6 ms RTT = T + T + T 3 + (τ + τ + τ 3 ) + (T ack + T ack + T ack3 ) = 3. ms T setup = (T ack + T ack + T ack3 ) + (τ +τ +τ 3 ) =.4 ms Il link più lento è il link, che sarà il collo di bottiglia, cioè il primo a saturarsi. Dunque la trasmissione è continua sul link quando: WT > RTT. Vale a dire W > RTT / T = 3.3 L istante in cui la trasmissione diventa continua è quando la finestra vale 4 MSS, cioè T c = T setup + 3 RTT =.4 [ms] [ms] = 75[ms] Il file da trasferire è di [kbyte], equivalenti a 0 MSS. Il tempo per trasferire 0 MSS è: T tot = T setup + 4 RTT + 3 T =.5[s] 8

19 Fondamenti di Internet e Reti o - TCP Si consideri il collegamento in figura A C =80 kbit/s τ =0 ms R C =? τ =? B A vuole conoscere la capacità e il ritardo di propagazione del link e allo scopo invia a B due messaggi di echo: M di lunghezza l = 000[byte], ed M di lunghezza l =500[byte]; per ognuno di essi misura un Round-Trip-Time (RTT) pari a 780[ms] e 30[ms], rispettivamente. Nella risposta, B utilizza messaggi con le stesse lunghezze. Calcolare C e τ nell ipotesi che le lunghezze degli header siano trascurabili. 6. Soluzione Secondo lo scambio in figura, impostiamo un sistema di due equazioni (una per pacchetto) in due incognite (C e τ ) m RTT = C RTT Inserendo i valori numerici abbiamo E risolvendo m = C m + τ + C m + τ + C + τ + τ = τ = τ 80 C C = τ = τ 80 C C τ = = C = ; C = + C C τ = C = 3 kbit/s = 30 ms 9

20 Fondamenti di Internet e Reti o - TCP Una connessione TCP è usata per trasmettere un file da 39.5 [kbyte] utilizzando i seguenti parametri: o MSS = 500 [byte] o RTT = 500 [ms] o timeout pari a RTT. Si assuma che le condizioni iniziali delle finestre siano: o RCWND = [kbyte] o SSTHRESH = 8 [kbyte] o CWND = 500 [byte] E che inoltre: o si verifichi un errore sulla connessione all istante 3 s (tutti i segmenti in trasmissione vengano persi) o al tempo 4.5 [s] il ricevitore segnali RCWND = [kbyte] Si tracci l andamento nel tempo di: o CWND o SSTHRESH o RCWND Si calcoli il tempo di trasmissione del file utilizzando multipli di RTT come base temporale 7. Soluzione Conviene ragionare in numero di segmenti trasmessi Dimensione File (in MSS) = 39.5 [Kbyte] / 500 [byte] = 79 MSS Dobbiamo trovare il tempo necessario per trasferire 79 MSS, possiamo farlo utilizzando il seguente grafico RCWND = [Kbyte] / 500 [byte] = 4 MSS SSTHRESH = 8 [Kbyte] / 500 [byte] = 6 MSS Timeout = [s] 30 5 RCWND 0 SSTHRESH MSS CWND Secondi Il tempo di trasferimento del file è T = 8.5 [s], alle fine dell RTT che inizia al 8 [s] 0

21 Fondamenti di Internet e Reti o - TCP Attraverso il collegamento in figura si vuole aprire una connessione TCP e trasferire un file da byte. La connessione è caratterizzata dai seguenti parametri: MSS = 00 [byte] Lunghezza header TCP, HTCP = 40 [byte] Lunghezza totale header inferiori a TCP, HINF = 60 [byte] Lunghezza ACK, L A = 350 [byte] (inclusi tutti gli header) SSTHRESH = [byte], RCWND molto grande Si chiede di indicare:. Se la trasmissione diventerà mai continua. Se sì, a partire da quale istante?. Il tempo totale di trasferimento del file in assenza di errori (fino alla ricezione dell ultimo ACK alla sorgente). 3. Il tempo totale di trasferimento del file in assenza di errori, nel caso in cui il ricevitore comunichi RCWND = 6000 [byte] all istante 88 [ms] della sorgente. 4. Come al punto 3, ma con errore di trasmissione di entrambi gli ultimi due segmenti e timeout minimo. 8. Soluzione Punto Il file è composto da 50 MSS byte, dunque i segmenti di lunghezza massima sono lunghi L = = 400 byte = 00 bit mentre l ultimo segmento è lungo L = = 050 byte = 8400 bit I tempi di trasmissione sono T = L / C = 0 ms, T = L/C = 4 ms T ACK = L A /C =5 ms, T ACK = L A /C = ms T = L /C = 5 ms, T = L /C = 3 ms Abbiamo dunque RTT = T + T + T ACK + T ACK + 4 τ = 50 ms La trasmissione è continua quando W c = RTT / T = 7.5 => 8 MSS (W=, W=, W=4, continua) Considerando il tempo di setup T open = T ACK + T ACK + 4 τ = 3 ms L instante in cui la trasmissione è continua T continua = T open + 3RTT = 58 ms Punto Vengono inviati 7 MSS prima che la trasmissione diventi continua, dunque abbiamo 50-7 = 43 MSS in trasmissione continua + ultimo segmento più corto Il RTT del segmento più corto è diverso dagli altri RTT = T + T + T ACK + T ACK + 4 τ = 44[ms] Dunque il tempo totale è T tot = T continua + 43 T + RTT = 586[ms]

22 Fondamenti di Internet e Reti Punto 3 Vediamo la perdita dei segmenti sui diagrammi temporali SSHTHRESH = [byte]/00 [byte] = 50 MSS Quindi il tempo totale è T tot = T open + 3RTT + 5T +.5T + 5RTT + 3T + RTT = = 88[ms] +.5T + 5RTT + 3T + RTT = 866[ms]

23 Fondamenti di Internet e Reti Punto 4 T tot = 88 [ms] +.5T + 5RTT + T + RTT + RTT + RTT = 46[ms] 3

24 Fondamenti di Internet e Reti o - TCP Nella rete in figura è attiva una connessione TCP tra il dispositivo A ed il dispositivo B. I parametri iniziali della connessione TCP siano i seguenti: MSS=500 [byte], RCWND=0MSS, SSTHRESH=8MSS Dimensione segmenti di riscontro trascurabile Sapendo che: i segmenti 8, 9 e 0 in trasmissione vanno persi il valore del time out iniziale sia tout=500 [ms] all istante di tempo t=50,3 [ms] a partire dall invio del primo segmento, il dispositivo B segnala un campo di window nei segmenti di riscontro pari a 000[byte] A& B&. Dire se la trasmissione sulla connessione TCP arriva a saturare la capacità del collegamento e, in caso positivo, indicare il tempo oltre cui la trasmissione diventa continua sul collegamento.. Indicare quali segmenti sono trasmessi inutilmente sulla connessione TCP (errati e fuori sequenza) 3. Indicare i valori dei parametri della connessione TCP RCWND ed SSTHRESH al variare del tempo 4. Trovare il tempo di trasferimento di un file di 505 [Mbyte]. 9. Soluzione I parametri della connessione sono: T = 500[byte] 50[Mb/s] = 80[µs] T = T 3 = 40[µs] C =50&Mb/s& τ =&400&[μs] & Calcoliamo il Round trip Time per la connessione TCP: C =00&Mb/s& τ =&400&[μs] & La trasmissione diventa continua sul collegamento quando: C 3 =00&Mb/s& τ 3 =&400&[μs] & RT T = T + + T + + T = T + T + T 3 +6 =, 56[ms] W RT T = 3 T Occorre verificare se la connessione TCP arriva ad avere una finestra di trasmissione di 3 MSS. La figura sotto mostra l andamento temporale della trasmissione sulla connessione TCP. 4

25 Fondamenti di Internet e Reti t= t - t - t 3- A partire dall inizio della connessione TCP, il tempo in cui scade il primo time out è: t =3RT T + T + t out = 507, 76[ms] Dopo lo scadere del time out, il nuovo valore del parametro SSTHRESH è 4MSS. All istante t, il ricevitore segnala un campo di window pari a 000[byte]=4 MSS, quindi il nuovo valore del parametro RCWND diventa 4 MSS. Dall istante di tempo t 3 in poi la finestra di trasmissione rimane vincolata dal parametro RCWND=4MSS. Fino all istante t 3, sono stati trasferiti 0 segmenti correttamente. Il file è composto da 00 segmenti, quindi occorre trasferire altri 000 segmenti. Ogni RTT vengono trasferiti 4 segmenti, quindi, il tempo di trasferimento complessivo è: t tot = t +RT T + 50RT T +3T = = 507, 76[ms] + 5, [ms] + 640[ms] + 0.4[ms] =, 53[s] In conclusione: La trasmissione non diventa mai continua sul collegamento I segmenti trasmessi inutilmente sono tutti quelli dall 8 al 5 RCWND e SSTHRESH vengono modificati come sopra riportato 5

26 Fondamenti di Internet e Reti o - TCP Si consideri il collegamento il figura tra i due host A e B. A deve trasferire una sequenza di 00 segmenti di lunghezza massima usando TCP. Si calcoli il tempo necessario supponendo MSS=000 [bit] Lunghezza degli header di tutti i livelli trascurabile La connessione viene aperta da A e la lunghezza dei segmenti di apertura della connessione è trascurabile La lunghezza degli ACK è trascurabile SSTHRESH è pari a 5 MSS 0. Soluzione T=000 [bit] / [Mb/s] = [ms] RTT = 6. [ms] + T = 7. [ms] La trasmissione è discontinua fino a che WT < RTT, cioè fino a che W=8 MSS MSS 4 MSS 5 MSS 6 MSS 7 MSS TX continua T transfer = 6.[ms] + 6 RTT + 75 T + 6. [ms] =30.6 [ms] ACK ultimo MSS Set up Primi 5 MSS Ultimi 75 MSS 6

27 Fondamenti di Internet e Reti o - TCP All istante 0 è attivata una connessione TCP tra l host A e l host B. Si calcoli l istante di tempo oltre il quale la trasmissione sul link risulta continua, supponendo o header trascurabili o link bidirezionali e simmetrici o RCWND = 4000 [byte] e SSTHRESH = 400 [byte] o dimensione segmenti MSS = 00 [byte] o dimensione ACK=dimensione segmenti per apertura della connessione = 0 [byte] o Connessione aperta dal terminale A Quanto tempo occorre per trasferire un file da [kbyte] (dall istante di trasmissione del primo segmento all istante di ricezione dell ACK dell ultimo segmento)? n (N.B. byte = 8 bit, kbyte= 000 byte = 8000 bit) A C =5 Kb/s τ =5ms R C =50 Kb/s τ =5ms R C 3 =00 Kb/s τ 3 =5ms B. Soluzione Calcoliamo un po di numeri: o T =00 x 8 [bit] / 5 [kbit/s] =64 ms, T =½ T =3 ms, T 3 = ½ T = 6 ms o RTT= T + T +T 3 + (τ +τ +τ 3 )+ (Tack + Tack + Tack3) = 3.ms o T setup = (Tack + Tack + Tack3) + (τ +τ +τ 3 ) =.4 ms Il link è il collo di bottiglia, trasmissione è continua sul link quando: o WT > RTT quindi o W > RTT/ T =3,3 L istante in cui la trasmissione diventa continua è (vedi figura sopra) o T c = T setup + 3 RTT =.4 [ms] [ms] = 75 [ms] Il file da trasferire è di [kbyte], equivalenti a 0 MSS. Il tempo per trasferire 0 MSS è (vedi figura sotto) T c = T setup + 4 RTT + 3 T =.5 [s] 7

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29 Fondamenti di Internet e Reti o - TCP Nella rete sotto, il terminale A vuole stabilire una connessione TCP con il terminale B. Sapendo che: l gli header sono trascurabili ed i link sono bidirezionali l I riscontri sono di dimensione trascurabile l MSS = 00 [byte] l RCWND = 00 [byte] and SSTHRESH = 800 [byte] l Il primo ed il secondo segmento in trasmissione vengono persi Rispondere ai seguenti quesiti: l La trasmissione diventa mai continua sul link? Se sì, trovare il tempo dopo cui la trasmissione diventa continua. l Trovare il tempo totale di trasferimento da A a B di un file di 0 [kbyte]. l Disegnare un grafico che rappresenti l andamento nel tempo del data rate della connessione TCP (usare l RTT come unità di misura temporale) l Trovare il data rate medio di trasferimento dell informazione da A a B. ( [byte] = 8 [bit], [kbyte] = 000 [byte] = 8000 [bit]) A C =5 Mbit/s τ =ms R C =0 Mbit/s τ =ms B. Soluzione Calcoliamo il Round Trip Time (RTT) RTT = T MSS + T MSS + τ + τ Sapendo che: T MSS = 00[ byte]/ 5[ Mb / s] = 60[ µ s] e T MSS = 80[ µ s] Si ha: RTT = T + T MSS + τ + τ MSS = 4.4[ ms] La trasmissione sarà continua sul link quando: W>6.5 (finestra di trasmissione del TCP maggiore di 6.5 MSS) Vediamo quindi l evoluzione temporale della connessione TCP (vedi figura sotto). I primi due segmenti inviati sono persi. La connessione spreca due time out per un tempo totale pari a T s 9

30 Fondamenti di Internet e Reti Tout() Tout() Ts Dopo il primo time-out, CWND =, SSTHRESH=MSS Dopo il secondo time-out, CWND=, SSTHRESH=MSS La connessione TCP lavora sempre in congestion avoidance. L evoluzione della finestra di trasmissione della connessione TCP a partire da T s è riportata nella figura sotto. Come si vede, dopo RTT da T s, CWND=RCWND, quindi da qui in poi la connessione TCP è limitata dal controllo di flusso MS MS 3MS 4MS 5MS 6MS 7MS 8MS 9MS 0MS MS MS MS Dopo RTT la connessione ha trasferito 66MS I restanti 34MS vengono trasferiti in RTT (blocchi di MS), quindi: T=T out ()+T out ()+3RTT+T MSS con T out ()=3[s] e T out ()=6[s] T=3[s]+6[s]+97.5[ms]+.76[ms]=9.098[s] A regime il data rate medio è.64 [Mb/s]. La figura qui sopra riporta l andamento del data rate medio della connessione TCP nel tempo. Si apprezza l incremento lineare del data rate dovuto alla fase di congestion avoidance e la saturazione del data rate dovuta al controllo di flusso. 30