Aula 7 camada de transporte

Fundamento de Redes de Computadores

Aula 7

Camada de Transporte

Notas da Aula
✔
A avaliação será dia 24 de Abril.
✔
Individual e sem consulta.
●

Fundamentos de Redes de Computadores 2/38

Relembrando as Camadas


Serviços da Camada de Transporte
Oferecem comunicação lógica
entre processos de aplicação aplicação
transporte
rodando em hospedeiros rede
enlace
diferentes física

tra
ns
Protocolos de transporte rodam em

po
sistemas finais

rte
Lado remetente: divide as msgs da

ló
−

gi
aplicação em segmentos, passa à

co
camada de rede

fim
−Lado destinatário: remonta os

a
fim
segmentos em msgs, passa à
camada de aplicação aplicação
transporte
Mais de um protocolo de transporte rede
enlace

disponível às aplicações física

− Internet: TCP e UDP


Camada de Transporte Versus Rede
Camada de rede: Analogia com a família:
comunicação lógica 12 crianças mandando
entre hospedeiros carta a 12 crianças
Camada de transporte: −
Processos = crianças
comunicação lógica −
Msgs da aplicação =
entre processos cartas nos envelopes
−
Conta com e amplia os
−
Hospedeiros = casas
serviços da camada −
Protocolo de transporte
de rede = Ana e Bill
−
Protocolo da camada
de rede = serviço
postal


Protocolos da Camada de Transporte da Internet
Remessa confiável e em
aplicação
ordem (TCP) transporte
rede
−Controle de congestionamento enlace
física

−Controle de fluxo rede

lo
enlace rede

gi
−Estabelecimento da conexão
enlace

ca
física
física

le
Remessa não confiável e

nd
rede

-e
desordenada: UDP enlace

nd
física

tra
−Extensão sem luxo do IP pelo rede

ns
enlace

po
“melhor esforço” física

rt
network
rede
data link
Serviços não disponíveis:
enlace
physical
física
rede aplicação
enlace transporte
−Garantias de atraso física rede
enlace
−Garantias de largura de banda física


Multiplexação / Demultiplexação

demultiplexação no destinatário: multiplexação no remetente:
entregando segmentos colhendo dados de múltiplos
recebidos ao socket correto sockets, envelopando dados
com cabeçalho (usados depois
= socket = processo para demultiplexação)

aplicação P3 P1
P1
aplicação P2 P4 aplicação

transporte transporte transporte

rede rede rede

enlace enlace enlace

física física física

hospedeiro 2 hospedeiro 3
hospedeiro 1


Como Funciona a Demultiplexação
Hospedeiro recebe 32 bits
datagramas IP
# porta origem # porta destino
−Cada datagrama tem
endereço IP de origem,
endereço IP de destino outros campos de cabeçalho
−Cada datagrama carrega 1

segmento da camada de
transporte dados da
−Cada segmento tem número aplicação
de porta de origem, destino (mensagem)
Hospedeiro usa endereços IP
& números de porta para
formato do segmento TCP/UDP
direcionar segmento ao
socket apropriado


Demultiplexação não Orientada para Conexão

Cria sockets com números Quando hospedeiro recebe
de porta: segmento UDP:
−verifica número de porta
−
DatagramSocket
mySocket1 = new de destino no segmento
−direciona segmento UDP
DatagramSocket(12534);
−DatagramSocket para socket com esse
mySocket2 = new número de porta
DatagramSocket(12535); Datagramas IP com
Socket UDP identificado diferentes endereços IP
por tupla de dois de origem e/ou números
elementos: de porta de origem
−
(endereço IP destino, direcionados para o
número porta destino) mesmo socket


DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(6428);

P2 P3 P1
P1

SP: 6428 SP: 6428
DP: 9157 DP: 5775

SP: 9157 SP: 5775
cliente DP: 6428 DP: 6428 Cliente
servidor
IP: A IP: C IP:B

SP oferece “endereço de retorno”


Demultiplexação orientada para conexão
Socket TCP identificado Hospedeiro servidor pode
por tupla de 4 admitir muitos sockets
elementos: TCP simultâneos:
−
Endereço IP de origem − Cada socket identificado
−
Número de porta de por usa própria tupla de 4
origem Servidores Web têm
−
Endereço IP de destino diferentes sockets para
−
Número de porta de cada cliente conectando
destino − HTTP não persistente terá
diferentes sockets para
Hospedeiro destinatário cada requisição
usa todos os quatro
valores para direcionar
segmento ao socket
apropriado

P1 P4 P5 P6 P2 P1
P3

SP: 5775
DP: 80
S-IP: B
D-IP:C

SP: 9157 SP: 9157
cliente DP: 80 DP: 80 cliente
servidor
IP: A S-IP: A IP: C S-IP: B IP:B
D-IP:C D-IP:C


Demultiplexação orientada para conexão: servidor Web
threaded

P1 P4 P2 P1
P3

SP: 5775
DP: 80
S-IP: B
D-IP:C

SP: 9157 SP: 9157
cliente DP: 80 DP: 80 cliente
servidor
IP: A S-IP: A IP: C S-IP: B IP:B
D-IP:C D-IP:C


Transporte não Orientado para Conexão: UDP
UDP: User Datagram Protocol Por que existe um UDP?
[RFC 768] −Sem estabelecimento de
Protocolo de transporte da Internet
conexão (que pode gerar
“sem luxo”, básico
atraso)
Serviço de “melhor esforço”,
−Simples: sem estado de
segmentos UDP podem ser:
−perdidos conexão no remetente,
−entregues à aplicação fora da destinatário
ordem −Cabeçalho de segmento

Sem conexão: pequeno
−sem handshaking entre remetente e −Sem controle de
destinatário UDP
−Cada segmento UDP tratado congestionamento: UDP
independente dos outros pode transmitir o mais
rápido possível


UDP continuando
Normalmente usado para
streaming de aplicações 32 bits
de multimídia
tamanho, # porta origem # porta dest.
−Tolerante a perdas em bytes, do tamanho soma verif.
−Sensível à taxa segmento UDP,
incluindo
Outros usos do UDP cabeçalho
−DNS
−SNMP
dados da
Transferência confiável por aplicação
(mensagem)
UDP: aumenta
confiabilidade na camada
de aplicação formato de segmento UDP
− recuperação de erro
específica da aplicação!


Soma de Verificação UDP
Objetivo: detectar “erros” (ex., bits invertidos) no
segmento transmitido

Remetente: Destinatário:

Trata conteúdo de segmento como Calcula soma de verificação do
sequência de inteiros de 16 bits segmento recebido
Soma de verificação (checksum): Verifica se soma de verificação
adição (soma por complemento de calculada igual ao valor do campo
1) do conteúdo do segmento de soma de verificação:
Remetente coloca valor da soma de NÃO – erro detectado
verificação no campo de soma de
SIM – nenhum erro detectado. Mas
verificação UDP
pode haver erros mesmo assim?
Vamos ver mais pra frente

Lembram do digito verificador de
documentos?

Exemplo de Soma de Verificação da Internet

nota
−
Ao somar números, um carryout do bit mais
significativo precisa ser somado ao resultado

exemplo: somar dois inteiros de 16 bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0
1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

contorna 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1

soma 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0
soma de 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
verificação


Princípios de transferência confiável de dados
●
Importante nas camadas de aplicação,
transporte e enlace
●
Lista dos 10 mais importantes tópicos de redes!
●
Características do canal confiável determinarão
complexidade do protocolo de transferência
confiável (rdt – Reliable Data Transfer)


Transferência confiável de dados: introdução

rdt_send(): chamado de cima, (p. e., deliver_data(): chamado pela
pela apl.). Dados passados para remeter à rdt para remeter dados para cima
camada superior do destinatário

lado lado
remetente destinatário

udt_send(): chamado pela rdt, rdt_rcv(): chamado quando pacote
para transferir pacote por canal chega no lado destinatário do canal
não confiável ao destinatário


vamos:
Desenvolver de forma incremental os lados remetente e destinatário do protocolo
de transferência confiável de dados (rdt)
Considerar apenas a transf. de dados unidirecional
Mas informações de controle fluirão nas duas direções!
●

Usar máquinas de estado finito (FSM) para especificar remetente, destinatário

evento causando transição de estado
ações tomadas sobre transição de estado
estado: quando neste
“estado”, próximo estado estado
estado determinado 1 evento
2
exclusivamente pelo ações
próximo evento


Rdt1.0: Transferência confiável por canal
confiável
Canal subjacente perfeitamente confiável
Sem erros de bit
Sem perda de pacotes
FSMs separadas para remetente e destinatário:
−
remetente envia dados para canal subjacente
−
destinatário lê dados do canal subjacente

Espera rdt_send(dados) Espera rdt_rcv(pacote)
chamada chamada
extract (pacote,
de cima packet = de baixo
dados)
make_pkt(dados)
deliver_data(dados)
udt_send(pacote)
remetente destinatário


Rdt2.0: Canal com erros de bit
Canal subjacente pode inverter bits no pacote
− Soma de verificação para detectar erros de bit
A questão: como recuperar-se dos erros:
−Reconhecimentos (ACKs): destinatário diz explicitamente ao
remetente que o pacote foi recebido OK
−Reconhecimentos negativas (NAKs): destinatário diz

explicitamente ao remetente que o pacote teve erros
−Remetente retransmite pacote ao receber NAK

Novos mecanismos no rdt2.0 (além do rdt1.0):
−Detecção de erro
−Feedback do destinatário: msgs de controle (ACK,NAK)

destinatário->remetente


Rdt2.0: Especificação da FSM (Máquina de Estado
Finito)
rdt_send(dados)
snkpkt = make_pkt(dados,soma_verif)
udt_send(pctenv) destinatário
rdt_rcv(pctrec) &&
Espera Espera isNAK(pctrec)
rdt_rcv(pctrec) &&
chamada ACK ou
de cima
udt_send(pctenv) corrupt(pctrec)
NAK
udt_send(NAK)

rdt_rcv(pctrec) && isACK(pctrec)
Espera
Λ chamada
de baixo
remetente
rdt_rcv(pctrec) &&
notcorrupt(pctrec)
extract(pctrec,dados)
deliver_data(dados)
udt_send(ACK)


Rdt2.0: Operação sem erros

rdt_send(dados)
3 snkpkt = make_pkt(dados,soma_verif)
rdt_rcv(pctrec) &&
Espera Espera isNAK(pctrec)
rdt_rcv(pctrec) &&
chamada ACK ou
de cima
1 NAK udt_send(NAK)

rdt_rcv(pctrec) && isACK(pctrec) 4
Espera
Λ chamada
remetente 2 de baixo
6
rdt_rcv(pctrec) &&
5 notcorrupt(pctrec)
deliver_data(dados)
udt_send(ACK)


rdt2.0: Cenário de erro

rdt_send(dados)
3 snkpkt = make_pkt(dados,soma_verif)
rdt_rcv(pctrec) &&
isNAK(pctrec) 4
Espera Espera rdt_rcv(pctrec) &&
chamada ACK ou
de cima
1 NAK udt_send(NAK)
5
rdt_rcv(pctrec) && isACK(pctrec)
Espera
Λ chamada
6
remetente 2 de baixo

rdt_rcv(pctrec) &&
7
notcorrupt(pctrec)
deliver_data(dados)
udt_send(ACK)


Rdt2.0 tem uma falha fatal!
O que acontece se Tratando de duplicatas:
ACK/NAK for −remetente retransmite
pacote atual se ACK/NAK
corrompido? corrompido
−
remetente não sabe o −remetente acrescenta

que aconteceu no número de sequência a
destinatário! cada pacote
−destinatário descarta (não
−
não pode simplesmente
sobe) pacote duplicado
retransmitir: possível
duplicação
remetente envia um pacote,
depois espera resposta do
destinatário


Rdt2.1: Remetente trata de ACK/NAKs
corrompidos
rdt_send(dados)
pctenv = make_pkt(0, dados, checksum)
udt_send(pctenv) rdt_rcv(pctrec) &&
Espera ( corrupt(pctrec) ||
Espera
chamada 0 ACK ou isNAK(pctrec) )
de cima NAK 0 udt_send(pctenv)
rdt_rcv(pctrec)
rdt_rcv(pctrec)
&& notcorrupt(pctrec)
&& isACK(pctrec)
&& isACK(pctrec)
Λ
Λ
Espera Espera
ACK ou chamada 1
rdt_rcv(pctrec) && NAK 1 de cima
( corrupt(pctrec) ||
rdt_send(dados)
isNAK(pctrec) )
udt_send(pctenv) pctenv = make_pkt(1, dados,
checksum)
udt_send(pctenv)


rdt_rcv(pctrec) && notcorrupt(pctrec)
&& has_seq0(pctrec)
deliver_data(dados)
pctenv = make_pkt(ACK, chksum)
udt_send(pctenv)
rdt_rcv(pctrec) && rdt_rcv(pctrec) &&
(corrupt(pctrec) (corrupt(pctrec)
pctenv = make_pkt(NAK, chksum) pctenv = make_pkt(NAK, chksum)
udt_send(pctenv) udt_send(pctenv)
Espera Espera
rdt_rcv(pctrec) && 0 de 1 de rdt_rcv(pctrec) &&
not corrupt(pctrec) && cima baixo not corrupt(pctrec) &&
has_seq1(pctrec) has_seq0(pctrec)
pctenv = make_pkt(ACK, chksum) pctenv = make_pkt(ACK, chksum)
udt_send(pctenv) udt_send(pctenv)
&& has_seq1(pctrec)
deliver_data(dados)
pctenv = make_pkt(ACK, chksum)
udt_send(pctenv)


Rdt2.1: Discussão
Remetente: Destinatário:
−
# seq acrescentado ao −
deve verificar se pacote
pkt recebido está
−
dois #s seq. (0,1) duplicado
bastarão. Por quê? −
estado indica se 0 ou 1
−
deve verificar se é # seq. esperado do
ACK/NAK recebido foi pacote
corrompido
−
o dobro de estados nota: destinatário não
−
estado de “lembrar” se sabe se seu último
pacote “atual” tem #
seq. 0 ou 1 ACK/NAK foi recebido
OK no remetente


Rdt2.2: Um protocolo sem NAK
Mesma funcionalidade de rdt2.1, usando apenas
ACKs
Em vez de NAK, destinatário envia ACK para
último pacote recebido OK
−
Destinatário precisa incluir explicitamente # seq. do
pacote sendo reconhecido com ACK
ACK duplicado no remetente resulta na mesma
ação de NAK: retransmitir pacote atual


Rdt2.2: Fragmentos do remetente, destinatário

rdt_send(dados)
udt_send(pctenv) rdt_rcv(pctrec) &&
Espera Espera ( corrupt(pctrec) ||
chamada 0 ACK isACK(pctrec,1) )
de cima 0 udt_send(pctenv)
fragmento FSM
do remetente rdt_rcv(pctrec)
rdt_rcv(pctrec) && && isACK(pctrec,0)
(corrupt(pctrec) || Λ
Espera fragmento FSM
0 de
has_seq1(pctrec)) baixo do destinatário
udt_send(pctenv)
&& has_seq1(pctrec)
deliver_data(dados)
pctenv = make_pkt(ACK1, chksum)
udt_send(pctenv)


Rdt3.0: Canais com erros e perda
nova suposição: canal Técnica: remetente espera
quantidade “razoável” de tempo
subjacente também por ACK
pode perder pacotes Retransmite se não chegar ACK
nesse tempo
(dados ou ACKs) Se pct (ou ACK) simplesmente
−
soma de verificação, # atrasado (não perdido):
seq., ACKs, −Retransmissão será duplicada, mas
os #s de seq. já cuidam disso
retransmissões serão −Destinatário deve especificar # seq.

úteis, mas não do pacote sendo reconhecido com
ACK
suficientes Requer contador regressivo


Remetente rdt3.0
rdt_send(dados)
pctenv = make_pkt(0, dados, checksum) rdt_rcv(pctrec) &&
udt_send(pctenv) ( corrupt(pctrec) ||
start_timer isACK(pctrec,1) )
rdt_rcv(pctrec)
Λ
Λ Espera Espera timeout
chamada 0 ACK0 udt_send(pctenv)
de cima
start_timer
rdt_rcv(pctrec)
&& notcorrupt(pctrec) rdt_rcv(pctrec)
&& isACK(pctrec,1) && notcorrupt(pctrec)
stop_timer && isACK(pctrec,0)
stop_timer

Espera Espera
timeout chamada 1
ACK1
udt_send(pctenv) de cima
start_timer rdt_rcv(pctrec)
rdt_send(dados) Λ
rdt_rcv(pctrec) &&
( corrupt(pctrec) || udt_send(pctenv)
isACK(pctrec,0) ) start_timer
Λ


RDT 3.0 em ação


Desempenho do rdt3.0
rdt3.0 funciona, mas com desempenho ruim pois fica
esperando um ack.
ex.: enlace 1 Gbps, 15 ms atraso propriedade, pacote 8000
bits:
L 8000bits
d trans = = 9
= 8 microssegundos
R 10 bps
 U remet: utilização – fração do tempo remet. ocupado
enviando
L/ R 0,008
U = = = 0,00027
remet 30,008
RTT +L / R m icrosec
 onds
Pct. 1 KB cada 30 ms -> 33 kB/s vazão em enlace de 1
Gbps
 protocolo de rede limita uso de recursos físicos!


RDT 3.0: Operação Pare e Espere

L/ R 0,008
U = = = 0,00027
remet 30,008
RTT +L / R microsec
onds


Slides baseados no material do livro Fundamento
de Redes da Pearson Editora.


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