Este documento apresenta um resumo de uma dissertação de mestrado que avalia o desempenho de diferentes algoritmos de controle de congestionamento TCP em diferentes cenários de rede simulados. O documento descreve os objetivos, métodos e principais conclusões da dissertação, que encontrou que o algoritmo TCP Vegas teve o melhor desempenho geral na maioria dos cenários simulados.

1. ALUNO: FELIPEALEX MARTINS DE SOUZA
ORIENTADOR: PROF. MARCOS DANTAS ORTIZ

2.  Motivação
 Introdução
 Objetivos (Geral e especifico)
 ReferencialTeórico
 Procedimentos Metodológicos
 Configuração dos Cenários
 Análise dos cenários
 Conclusão
 Referências
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3.  Auxiliará um administrador de rede na
escolha de qual algoritmo de controle de
congestionamento utilizar.
 melhor desempenho para cada tipo de
congestionamento identificado.
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4.  Aumento de dispositivos = Aumento de demanda
 Criação de protocolos mais sofisticados
 Envio de dados > capacidade de processamento
 Congestionamento
▪ Camada de Rede eTransporte (TCP)
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5.  Identificar entre os algoritmos de
congestionamentoTCP qual algoritmo
apresenta melhor desempenho no controle
de congestionamento em diferentes
cenários.
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6.  Criar cenários de rede com aspectos que podem
afetar ou não a avaliação de desempenho (fatores) e
valores usados para cada um dos fatores (níveis)
diferentes.
 Implantar, configurar e utilizar o ambiente do
simulador NS2 para a execução dos cenários de
rede.
 Avaliar os algoritmos de congestionamentoTCP
através dos resultados obtidos das simulações.
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7.  PROTOCOLOTCP
 CONTROLE DE CONGESTIONAMENTO
 Algoritmos de controle de congestionamentoTCP
▪ TCPTAHOE
▪ TCP RENO
▪ TCPVEGAS
▪ TCP NEWRENO
▪ TCP SACK
▪ TCP FACK
 SIMULAÇÃO
 Simulador Network Simulator (NS-2)
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8.  Orientado a conexão
 Entrega confiável
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9.  Envio de dados > capacidade de processamento
 Timeout, ACKs Duplicados.
 Limitar o Envio de dados pelo emissor diminuindo a sua taxa
de transmissão;
 Criação de Algoritmos de Congestionamento
 TCPTahoe,TCP Reno,TCPVegas,TCP NewReno,TCP
Sack,TCP Fack.
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10.  Primeiro algoritmo de
congestionamento.
 Slow Start(Inicialização
Lenta)
 Janela de Congestionamento
CWND
 Congestionamento
detectado = Slow Start e
Congestion Avoidance
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11.  Resolver problema de
desempenho doTahoe.
 Slow Start, Congestion
Avoidance, Fast Retrasmit e
Fast Recovery.
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12.  Evita congestionamento de forma pró ativa;
 Reenvio no primeiroACK Duplicado
 Aumento exponencial após dois segmentos;
 Utiliza dois temporizadores;
 Primeiro temporizador = fazer calculo do fluxo da rede para saber a
capacidade disponível
 VazãoReal(ValorCWND/tempo. atual) eVazãoEsperada(ValorCWND/
menor temporizador);
 Calculo da diferença das variáveis de forma pró-ativa, depois ajusta janela
CWND pelas mudanças do temporizador
 Temporizador pequeno = aumento da CWND;
 Temporizador grande = rede congestionada e diminui a CWND;
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13.  Segmento é enviado:
 Leitura de relógio interno e armazena instante de tempo
 Recebimento do ACK:
 Leitura de relógio interno = calcula o tempo estimado do
temporizador usando a vazão real e a vazão esperada
 Valor registrado na timestamp
 Utiliza a timestamp, para decisão de retransmissão em duas
situações:
 Quando um ACK duplicado chegar:
▪ Se (tempo atual - tempo armazenado) > timeout
▪ O segmento é retransmitido sem ter que esperar pelo terceiro ACK duplicado ou pelo estouro
de tempo de retransmissão.
 Se um ACK que não é duplicado é reconhecido e se ele for o primeiro
ou o segundo após uma retransmissão:
▪ checa se o tempo desde que ele foi enviado é maior que o tempo do timeout. Se
for maior, o segmento é retransmitido.
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14.  Otimizar oTCP Reno
 Reno com reconhecimentos parciais em uma única janela
CWND = Utiliza muito o Congestion Avoidance.
 Reduzindo a transmissão seguidas vezes
 Reconhecimentos Parciais = pacote perdido
 Retransmissão.
 NewReno Utiliza Fast Recovery de forma diferenciada:
 não espera um estouro de timeout no caso de reconhecimentos
parciais
 Se mantém no Fast Retransmit (reconhecimentos parciais)
 Retransmite todos os pacotes por RTT
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15. 15
 TCP New Reno só sai da fase Fast Recovery
quando recebe a confirmação de todos os
pacotes que foram enviados nesta fase.

16.  Otimizar o Reno
 Perdas de vários segmentos
 Retransmissão fica lenta, muitos reenvios.
 Objetivo de recuperar múltiplos segmentos perdidos
em um RTT.
 Receptor envia no ACK a informação dos segmentos
já recebidos.
 Transmissor sabe exatamente que segmentos foram
perdidos, podendo retransmiti-los.
 Melhora da largura de banda disponível
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17.  O SACK utiliza o campo "Options" do cabeçalhoTCP para
transportar as informações sobre os segmentos recebidos.
 SACK estará em funcionamento apenas em ACKs
Duplicados ou reconhecimentos parciais
 Caso receba um segmento fora de ordem, armazenará os
segmentos em um bloco contíguo e informará ao emissor
o sequencial desses dados pelo campo Options doTCP.
 No campo Acknowledgement Number envia o número de
sequencia recebido + 1, ou seja, oTCP Sack não altera o
valor desse campo noTCP.
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18.  Utiliza informações adicionais doTCP Sack
 Medida do número de dados circulando a rede
 Objetivo é utilizar as informações doTCP Sack para
ter um controle mais preciso para injetar dados na
rede
 TCP Reno eTCP Sack
 CadaAck duplicado é um segmento perdido
 Já oTCP Fack faz a estimativa utilizando duas
variaveis
 snd.fack e retran_data
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19.  snd.fack é atualizada para refletir os dados mantidos pelo receptor
 Atualização é feita pelo número de confirmações no cabeçalho TCP e é o mesmo que a
variável snd.una (indica o número de sequencia do primeiro byte do pacote enviado e ainda
não reconhecido.).
 Algoritmos remetente que tratam de transporte confiável, continuam a usar a variável
snd.una de estado existente.
 Algoritmos remetente que abordam a gestão dos congestionamentos são alteradas para usar
snd.fack, que fornece uma visão mais precisa para o estado da rede
 Durante a recuperação;
 Remetente continua atualizando a variável snd.una do numero de confirmação do cabeçalho TCP
 No mesmo tempo, utiliza-se as informações contidas noTCP Sack para atualizar snd.fack.
Quando um bloco do Sack é recebido, e os reconhecimentos de dados com um número de sequencia mais alto do
que o valor atual de snd.fack, snd.fack é atualizado para refletir o número de sequencia mais alto conhecido
 A variável awnd é a estimativa do remetente da quantidade real de dados em
circulação na rede(Se todos os seg. não confirmados não deixaram a rede).
awnd = snd.nxt - snd.fack
 snd.nxt contém o sequence number do próximo dado a ser transmitido.
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20.  Durante a recuperação(retransmissão de dados)
 Calcula retran_data, que reflete a quantidade de circulação de dados
retransmitidos na rede.
 Segmento Retransmitido = atualiza retran_data, que é aumentada
pelo valor do segmento.
 Segmento Deixando a rede = atualiza retran_data, que é diminuída
pelo valor do segmento
 Portanto estimativaTCP da quantidade de dados pendentes na rede
durante a recuperação é dada por:
awnd = snd.nxt - snd.fack + retran_data
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21.  Reno invoca o Fast Recovery com 3 segmentos duplicados
 Atraso desnecessário(segmentos perdidos antes dos 3 reconhecimentos duplicados)
 TCP Fack o ajuste da cwnd e retransmissão são acionados receptor
informando que a fila de remontagem é maior que 3 segmentos
if ((snd.fack - snd.una) > (3 * MSS) ||(dupacks == 3)) {
...
}
 Se exatamente um segmento é perdido, os dois algoritmos
desencadeiam recuperação exatamente no mesmo reconhecimento
duplicado
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22.  Importante elemento para experimentos em
redes.
 Custo baixo;
 Imita características de redes reais;
 Prevê desempenho, comparação de
arquiteturas;
 Execução em tempo de máquina.
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23.  Código aberto;
 Utilizado em pesquisas acadêmicas;
 Eventos discretos e orientado a objetos;
 Suporte a protocolos de comunicação, comoTCP e
UDP, modelos de tráfego, como CBR eVBR;
algoritmos de roteamento, como DSR e AODV;
alguns protocolos da camada MAC, etc.
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27.  8 passos citados por Hassan e Jain(2004).
 Definição do Objetivo de estudo;
 Modelo de rede e seleção de parâmetros fixos;
▪ Rede RNP; parâmetros fixos:capacidade dos enlaces, retardos.
 Seleção de Métricas de Desempenho;
▪ Descartes, Pacotes Recebidos e Utilização de link.
 Parâmetros variáveis;
▪ Percentual de geradores de tráfego.
 Escolha da técnica de simulação e análise;
 Configurar o software de simulação;
 Executar o programa e coletar os dados;
 Apresentar e interpretar os resultados.
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30.  Modelos
 Parâmetros de Rede
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31.  Cenários de rede que simulam as conexões
das topologias da RNP.
 Todos os enlaces das topologias possuem:
 buffer finito, com pequena capacidade.
 Os enlaces são Full-Duplex e utilizam a disciplina
de fila FIFO (First-In First-Out).
 Executados em simulações de 10 segundos
cada.
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32.  Parâmetros fixos:
 Capacidade dos enlaces
 Retardos
 Parâmetro variável:
 Percentual de geradores de tráfego
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33.  Capacidade dos enlaces
 5Mb e 2Mb com exceção das ligações entre (1) Ceará e Roraima e
(2) Pará e Amapá, que tem capacidade inferior.
 Retardos
 De acordo com as distancias físicas dos enlaces
▪ Ceará e Minas Gerais com 20ms de retardo.
▪ Ceará e Rio Grande do Norte com 10ms de retardo.
 Percentual de geradores de tráfego
 Número de enlaces da topologia (50%, 70%, 80%)
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34.  Rede RNP Antiga
 34 enlaces:
▪ 50% = 17 geradores de tráfego (9 FTP e 8 CBR)
▪ 70 % = 25 geradores de tráfego (13 FTP e 12 CBR)
▪ 80% = 27 geradores de tráfego (14 FTP e 13 CBR)
 Rede RNP ATUAL
 36 enlaces (Ceará com Rio de Janeiro e Ceará com Brasília):
▪ 50% = 18 geradores de tráfego(9 FTP e 9 CBR)
▪ 70% = 25 geradores de tráfego (13 FTP e 12 CBR)
▪ 80% = 29 geradores de tráfego (15 FTP e 14 CBR)
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35.  De acordo com o número de algoritmos de
congestionamento utilizados e o número de parâmetros
variáveis, foram criados 36 cenários de rede (18 cenários
na topologia antiga da RNP e 18 cenários na topologia
atual).
 Os Geradores de tráfego FTP começam a transmitir com 0,1
segundo e os tráfegos CBR começam com 0,5 segundos
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36.  Criação de Scripts em Shell:
 Para Descartes, foi criado um script que foi verificado a quantidade de
pacotes que foram descartados durante os 10 segundos de simulação, em
períodos de 0,5 segundos, verificando os pacotes FTP perdidos.
 Para a taxa de Pacotes Recebidos, script com características parecidas com
o script de descartes
 Para a Utilização do Canal, script para analisar o link entre os nós Goiás e
Distrito Federal, link com 5Mb de capacidade, trafegando dados FTP e
CBR simultaneamente ocorrendo congestionamento mas com poucos
descartes.
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37.  Rede RNP Antiga
 Descartes
 Pacotes Recebidos
 Utilização do link
 Rede RNP Atual
 Descartes
 Pacotes Recebidos
 Utilização do link
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62.  Algoritmos de Controle de CongestionamentoTCP trazem vantagens para o
protocolo mais utilizado na Internet -TCP.
 TCPVegas tem o melhor desempenho comparado aos outros algoritmos nas três
métricas analisadas, tanto na rede antiga da RNP quanto na rede atualmente
utilizada. Isso se deve a sua pró-atividade em monitorar o estado da rede,
utilizando as variáveis vazão real e vazão esperada, controlando o
congestionamento na rede.
 TCPTahoe e os outros algoritmos que se baseiam em alguns mecanismos desta
implementação tiveram um desempenho pior quando comparado aoTCPVegas.
Isso comprova a importância da criação de um algoritmo de controle de
congestionamento que não se baseia na perda de dados para diminuir o envio de
dados, mas sim um algoritmo de controle de congestionamento que se baseia no
resultado de variáveis que informam a situação da rede.
 Melhora na topologia da RNP com sua atualização, que suporta o envio de mais
dados na rede e tem mais opções de redundância com o aumento do número de
links.
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63.  ABED,G. A., ISMAIL, M., & JUMARI, K. A Survey on Performance of Congestion
Control Mechanisms for StandardTCPVersions. Australian Journal of Basic &
Applied Sciences, 5(12), 2011.
 ALLMAN M.; PAXSONV.; STEVENSW. TCP Congestion Control. IETF Request
for Comments (RFC) 2581, 1999.
 BENÍTEZ,CÁCERES, D.B. Aplicação de Algoritmos de Controle para o
tratamento de congestionamento em Redes de Computadores. 2010. 159 f.
Tese de Doutorado (Pós-Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade do
Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010.
 CAVALCANTI, J.L Análise comparativa dos algoritmos de controle de
congestionamento doTCP. 2005. 62 f.Trabalho de Conclusão de Curso
(Bacharelado em Engenharia da Computação) - Universidade Federal de
Pernambuco, Recife, 2005.
 FALL, Kevin;VARADHAN, Kannan. The ns Manual (formerly ns Notes and
Documentation), 2013. Disponível em
<http://www.isi.edu/nsnam/ns/doc/index.html>. Último acesso em 30/10/2013.
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64.  HASSAN, M.; JAIN, R. High PerformanceTCP/IP Networking. 1ª.ed.
India: Pearson, 2004.
 KUROSE, J. F; ROSS, K.W. Redes de computadores e a internet: uma
abordagem top-down. 5ª. ed. São Paulo:Addison-Wesley, 2010.
 MATHIS, M.; MAHDAVI, J. Forward acknowledgement: Refining
TCP congestion control. ACM SIGCOMM Computer
Communication Review, v. 26, n. 4, p. 281-291, 1996.
 OLIFER, N. Redes de computadores: princípios, tecnologias e
protocolos para o projeto de redes. 1ª. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.
 PORTNOI, M.;ARAÚJO, R. Network Simulator –Visão Geral da
Ferramenta de Simulação de Redes. Salvador: UNIFACS, 2003.
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65.  PRETE, L. R; SHINODA,A. A. Análise do Comportamento dasVariações
do Protocolo TCP. In: Congresso Nacional de MatemáticaAplicada e
Computacional, 32. 2009,Cuiabá. Anais do CNMAC,Cuiabá: Editora
Cubo, 2009. p. 7-6.
 TANENBAUM,A. S. Redes de Computadores. 5ª. ed. São Paulo:
Campus, 2011
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66. FIM
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