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Fundamento de Redes de Computadores

              Aula 8

      Camada de Transporte II
Notas da Aula
✔
    .
●




        Fundamentos de Redes de Computadores   2/27
Relembrando as Camadas




     Fundamentos de Redes de Computadores   3/27
Transporte orientado para conexão: TCP
TCP: Visão geral (RFCs: 793,
 1122, 1323, 2018, 2581)
                                               dados full duplex:
ponto a ponto:                                      −dados bidirecionais fluem na
  −   um remetente, um destinatário
                                                      mesma conexão
cadeia de bytes confiável, em                       −MSS: tamanho máximo do
  ordem:
  −   sem “limites de mensagem”                       segmento
paralelismo:                                   orientado a conexão:
  −   congestionamento TCP e controle               −   apresentação (troca de msgs
       de fluxo definem tamanho da                       de controle) inicia estado do
       janela                                            remetente e destinatário
buffers de envio & recepção                              antes da troca de dados
                                               fluxo controlado:
                                                    −   remetente não sobrecarrega
                                                          destinatário

                            Fundamentos de Redes de Computadores                         4/27
Estrutura do Segmento TCP
                                          32 bits
URG: dados urgentes                                              contagem por
  (quase não usado)      porta origem            porta destino   bytes de dados
                                                                 (não segmentos!)
       ACK: # ACK               número sequência
             válido        número reconhecimento
                       compr.não
                       cab. usado   UAP R S F janela recepção        # bytes
PSH: empurrar dados                                                  destinatário
   agora (quase não    soma verificação ponteiro dados urg.
                                                                     pode aceitar
              usado)
     RST, SYN, FIN:       opções (tamanho variável)
      estab. conexão
   (comandos setup,
           teardown)
                                 dados da
           soma de
                                 aplicação
        verificação
        da Internet              (tamanho variável)
    (como em UDP)




                        Fundamentos de Redes de Computadores                        5/27
Número de Sequência e Acks do TCP
#’s de sequência:
  −
      “número” na cadeia de
        bytes do 1º byte nos
        dados do segmento
ACKs:
  −
    # seq do próximo byte
     esperado do outro lado
  −
    ACK cumulativo
ex.: como o destinatário
  trata segmentos fora
  de ordem
ex.: TCP não diz – a
  critério do
  implementador
                     Fundamentos de Redes de Computadores   6/27
Tempo de ida e volta e timeout do TCP
Como definir o valor de               Como estimar o RTT?
 timeout do TCP?
                                      SampleRTT: tempo medido
                                       da transmissão do
maior que RTT                          segmento até receber o
  −
   mas RTT varia                       ACK
muito curto: timeout                       −   ignora retransmissões
 prematuro                            SampleRTT variará;
  −
   retransmissões                      queremos RTT estimado
     desnecessárias                    “mais estável”
                                           −   média de várias medições
muito longo: baixa                              recentes, não apenas
 reação a perda de                              SampleRTT atual
 segmento

                   Fundamentos de Redes de Computadores                   7/27
EstimatedRTT = (1- α)*EstimatedRTT +
 α*SampleRTT

média móvel exponencial ponderada
influência da amostra passada diminui
  exponencialmente rápido
valor típico: α = 0,125




                Fundamentos de Redes de Computadores   8/27
Amostras de RTT Estimados




      Fundamentos de Redes de Computadores   9/27
Transferência confiável de dados no TCP
TCP cria serviço rdt em
●                                  ●
                                       retransmissões são
 cima do serviço não                    disparadas por:
 confiável do IP                         −
                                          eventos de timeout
                                         −
                                          ACKs duplicados
segmentos em paralelo
●                                  ●
                                       inicialmente, considera
                                        remetente TCP
ACKs cumulativos
●                                       simplificado:
                                         −
                                          ignora ACKs
                                            duplicados
TCP usa único
●
                                         −
                                          ignora controle de
 temporizador de                            fluxo, controle de
 retransmissão                              congestionamento


                Fundamentos de Redes de Computadores             10/27
Eventos de remetente TCP:
dados recebidos da apl.:                 timeout:
                                               −
                                                retransmite segmento
cria segmento com # seq
                                                  que causou timeout
# seq # é número da cadeia de
  bytes do primeiro byte de
                                               −
                                                reinicia temporizador
  dados no segmento                      ACK recebido:
inicia temporizador, se ainda                  −
                                                 Reconhecem-se
  não tiver iniciado (pense nele                  segmentos sem ACK
  como para o segmento mais
  antigo sem ACK)
                                                  anteriores
                                                     ●
                                                       atualiza o que
intervalo de expiração:
                                                         sabidamente tem ACK
  TimeOutInterval                                    ●
                                                       inicia temporizador se
                                                         houver segmentos
                                                         pendentes


                      Fundamentos de Redes de Computadores                      11/27
TCP: cenários de retransmissão
               Hosp. A              Hosp. B                                              Hosp. A           Hosp. B
                 Seq =                                                                    Seq =
                       92, 8                                                                    92, 8
                             by     tes da                                                            bytes
                                                                                                               dados




                                                                      Seq = 92 timeout
                                             dos                                         Seq =
                                                                                               100,
                                                                                                    20 by
                                                                                                          t e s da
     timeout




                                                                                                                   dos
                                    =     100
                                ACK                                                                           00
                      X                                                                                K =1
                                                                                                                 =
                    loss                                                                            AC ACK
                                                                                          Seq =            120
                Seq =                                                                           92, 8
                      92, 8                             Sendbase                                      bytes
                            by   tes da                                                                        dados




                                                                      Seq = 92 timeout
                                          dos
                                                        = 100
                                                        SendBase
                                                         = 120                                             K=
                                =                                                                       AC
                         AC K                                                                            120
                          100
SendBase
= 100                                                    SendBase
                                                         = 120                                 Timeout prematuro
     tempo                                                      tempo
        Cenário de ACK perdido


                                       Fundamentos de Redes de Computadores                                              12/27
Host A                Host B
                       Seq =
                             92, 8
                                   by   tes da
                                                 dos

                                                100
           timeout




                      Seq =
                            100, 2       AC  K=
                                  0    bytes
                                             dados
                              X
                         perda

SendBase                      ACK
                                   =
= 120                          120




           tempo
               Cenário ACK cumulativo




                                         Fundamentos de Redes de Computadores   13/27
TCP Geração de Ack




   Fundamentos de Redes de Computadores   14/27
Retransmissão Rápida
período de timeout
●                                          ●
                                             se remetente recebe 3
 relativamente grande:
    longo atraso antes de reenviar
    −
                                              ACKs para os
      pacote perdido                          mesmos dados, ele
detecta segmentos perdidos
●
                                              supõe que segmento
 por meio de ACKs                             após dados com ACK
 duplicados
    −remetente geralmente envia
                                              foi perdido:
       muitos segmentos um após o                −
                                                   retransmissão rápida:
       outro                                         reenvia segmento
    −se segmento for perdido,
                                                     antes que o
       provavelmente haverá muitos
       ACKs duplicados para esse                     temporizador expire
       segmento




                        Fundamentos de Redes de Computadores               15/27
Hosp. A                              Hosp. B


         seq # x1
         seq # x2
         seq # x3                                          ACK x1
         seq # x4                                   X
         seq # x5
                                                           ACK x1
                                                           ACK x1
                                                           ACK x1
     ACKs
duplicados
três vezes                     reenv
                                     ia   se q X
                                                2
             timeout




                       tempo




                               Fundamentos de Redes de Computadores   16/27
Controle de Fluxo TCP
   lado receptor da conexão controle de fluxo
     TCP tem um buffer de
     recepção:               remetente não estourará
                                                                buffer do destinatário
                                                             transmitindo muitos dados
                                                                 muito rapidamente
           espaço
datagramas de buffer      dados TCP      processo da
IP         (atualmente)
           não usado
                          (no buffer)    aplicação         serviço de compatibilização
                                                             de velocidades:
                                                             compatibiliza a taxa de
   processo da aplicação                                     envio do remetente com a
     pode ser lento na                                       de leitura da aplicação
     leitura do buffer                                       receptora


                                        Fundamentos de Redes de Computadores             17/27
Controle de fluxo TCP: como funciona
                                              destinatário: anuncia
           espaço
datagramas de buffer    dados TCP processo da
           (atualmente) (no buffer) aplicação
                                                espaço de buffer não
IP         não usado                            usado incluindo valor
                                                de rwnd no cabeçalho
                                                do segmento
   (suponha que destinatário
     TCP descarte segmentos remetente: limita # de
     fora de ordem)                             bytes com ACKa rwnd
   espaço de buffer não usado: garante que buffer do
    = rwnd                                      destinatário não
    = RcvBuffer-[LastByteRcvd                   estoura
    - LastByteRead]



                         Fundamentos de Redes de Computadores           18/27
Gerenciamento da conexão TCP
lembre-se: Remetente e         apresentação de 3 vias:
  destinatário TCP estabelecem etapa 1: hosp. cliente envia
  “conexão” antes que troquem    segmento SYN do TCP ao
  segmentos dados                servidor
                                                 −especifica # seq. inicial
                                                 −sem dados
inicializa variáveis TCP:
   −
    #s seq.:                                etapa 2: hosp. servidor recebe
   −
    buffers, informação de                    SYN, responde com
      controle de fluxo (p. e.                segmento SYNACK
      RcvWindow)                                 −servidor aloca buffers
cliente: inicia a conexão                        −especifica # seq. inicial do

   −
       Socket clientSocket = new                   servidor
        Socket("hostname","port #"); etapa 3: cliente recebe
servidor: contactado pelo cliente              SYNACK, responde com
   −
       Socket connectionSocket =               segmento ACK, que pode
        welcomeSocket.accept();                conter dados
                         Fundamentos de Redes de Computadores                    19/27
Gerenciamento da conexão TCP
fechando uma conexão:

cliente fecha socket:                                               cliente         servidor
    clientSocket.close();                              fecha
                                                                              FIN

etapa 1: sistema final do cliente envia
   segmento de controle TCP FIN ao
   servidor                                                                                    fecha
                                                               ACK
etapa 2: servidor recebe FIN,




                                                      temporizada
                                                      espera
   responde com ACK. Fecha                                     FIN
   conexão, envia FIN.                                                        ACK
etapa 3: cliente recebe FIN, responde
   com ACK
     −
      entra em “espera temporizada” –
        responderá com ACK aos FINs
                                                 fechado
        recebidos
etapa 4: servidor recebe ACK -
   conexão fechada
Nota: Com pequena modificação, pode
   tratar de FINs simultâneos.
                             Fundamentos de Redes de Computadores                                      20/27
Princípios de controle de congestionamento
Congestionamento:

informalmente: “muitas fontes enviando muitos
  dados muito rápido para a rede tratar”
diferente de controle de fluxo!
manifestações:
  −
   pacotes perdidos (estouro de buffer nos roteadores)
  −
   longos atrasos (enfileiramento nos buffers do
     roteador)
um dos maiores problemas da rede!



                  Fundamentos de Redes de Computadores   21/27
Causas/custos do congestionamento: cenário 1

dois remetentes,
  dois destinatários
um roteador,
  infinitos buffers
sem retransmissão


grandes atrasos
  quando
  congestionado
vazão máxima
  alcançável
                  Fundamentos de Redes de Computadores   22/27
Causas/custos do congestionamento: cenário 2
um roteador, buffers finitos
retransmissão do pacote perdido pelo remetente




“custos” do congestionamento:
mais trabalho (retransmissão) para determinada “vazão”
retransmissões desnecessárias: enlace transporta várias
  cópias do pacote
                    Fundamentos de Redes de Computadores   23/27
Causas/custos do congestionamento: cenário 3

quatro remetentes
caminhos com vários
  saltos
timeout/retransmissão




                Fundamentos de Redes de Computadores   24/27
sempre: λin = λout (vazão)
      retransmissão “perfeita” apenas quando há perda: λ'in > λout


      retransmissão do pacote adiado (não pedido) torna λin maior (que o caso
         perfeito ) para o mesmo λout
      R/2                       R/2                                  R/2


                                R/3
λ




                          λ




                                                               λ
                                                                     R/4
out




                          out




                                                               out
                    R/2                                R/2                         R/2
              λin                             λin                            λin


              a.                              b.                             c.




                                      Fundamentos de Redes de Computadores               25/27
Técnicas para controle de congestionamento
duas técnicas amplas para             controle de
  controle de                           congestionamento
  congestionamento:                     assistido pela rede:
controle de
  congestionamento fim a
                                      ●
                                          roteadores oferecem
  fim:                                      feedback aos
                                            sistemas finais
●
  nenhum feedback explícito                 −
                                              único bit indicando
    da rede                                     congestionamento
●
  congestionamento                              (SNA, DECbit, TCP/IP
    deduzido da perda e                         ECN, ATM)
    atraso observados do                    −
                                              taxa explícita que o
    sistema final                               remetente deve enviar
●
  técnica tomada pelo TCP                       no enlace de saída
                   Fundamentos de Redes de Computadores                 26/27
Slides baseados no material do livro Fundamento
          de Redes da Pearson Editora.




               Fundamentos de Redes de Computadores   27/27

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  • 1. Fundamento de Redes de Computadores Aula 8 Camada de Transporte II
  • 2. Notas da Aula ✔ . ● Fundamentos de Redes de Computadores 2/27
  • 3. Relembrando as Camadas Fundamentos de Redes de Computadores 3/27
  • 4. Transporte orientado para conexão: TCP TCP: Visão geral (RFCs: 793, 1122, 1323, 2018, 2581) dados full duplex: ponto a ponto: −dados bidirecionais fluem na − um remetente, um destinatário mesma conexão cadeia de bytes confiável, em −MSS: tamanho máximo do ordem: − sem “limites de mensagem” segmento paralelismo: orientado a conexão: − congestionamento TCP e controle − apresentação (troca de msgs de fluxo definem tamanho da de controle) inicia estado do janela remetente e destinatário buffers de envio & recepção antes da troca de dados fluxo controlado: − remetente não sobrecarrega destinatário Fundamentos de Redes de Computadores 4/27
  • 5. Estrutura do Segmento TCP 32 bits URG: dados urgentes contagem por (quase não usado) porta origem porta destino bytes de dados (não segmentos!) ACK: # ACK número sequência válido número reconhecimento compr.não cab. usado UAP R S F janela recepção # bytes PSH: empurrar dados destinatário agora (quase não soma verificação ponteiro dados urg. pode aceitar usado) RST, SYN, FIN: opções (tamanho variável) estab. conexão (comandos setup, teardown) dados da soma de aplicação verificação da Internet (tamanho variável) (como em UDP) Fundamentos de Redes de Computadores 5/27
  • 6. Número de Sequência e Acks do TCP #’s de sequência: − “número” na cadeia de bytes do 1º byte nos dados do segmento ACKs: − # seq do próximo byte esperado do outro lado − ACK cumulativo ex.: como o destinatário trata segmentos fora de ordem ex.: TCP não diz – a critério do implementador Fundamentos de Redes de Computadores 6/27
  • 7. Tempo de ida e volta e timeout do TCP Como definir o valor de Como estimar o RTT? timeout do TCP? SampleRTT: tempo medido da transmissão do maior que RTT segmento até receber o − mas RTT varia ACK muito curto: timeout − ignora retransmissões prematuro SampleRTT variará; − retransmissões queremos RTT estimado desnecessárias “mais estável” − média de várias medições muito longo: baixa recentes, não apenas reação a perda de SampleRTT atual segmento Fundamentos de Redes de Computadores 7/27
  • 8. EstimatedRTT = (1- α)*EstimatedRTT + α*SampleRTT média móvel exponencial ponderada influência da amostra passada diminui exponencialmente rápido valor típico: α = 0,125 Fundamentos de Redes de Computadores 8/27
  • 9. Amostras de RTT Estimados Fundamentos de Redes de Computadores 9/27
  • 10. Transferência confiável de dados no TCP TCP cria serviço rdt em ● ● retransmissões são cima do serviço não disparadas por: confiável do IP − eventos de timeout − ACKs duplicados segmentos em paralelo ● ● inicialmente, considera remetente TCP ACKs cumulativos ● simplificado: − ignora ACKs duplicados TCP usa único ● − ignora controle de temporizador de fluxo, controle de retransmissão congestionamento Fundamentos de Redes de Computadores 10/27
  • 11. Eventos de remetente TCP: dados recebidos da apl.: timeout: − retransmite segmento cria segmento com # seq que causou timeout # seq # é número da cadeia de bytes do primeiro byte de − reinicia temporizador dados no segmento ACK recebido: inicia temporizador, se ainda − Reconhecem-se não tiver iniciado (pense nele segmentos sem ACK como para o segmento mais antigo sem ACK) anteriores ● atualiza o que intervalo de expiração: sabidamente tem ACK TimeOutInterval ● inicia temporizador se houver segmentos pendentes Fundamentos de Redes de Computadores 11/27
  • 12. TCP: cenários de retransmissão Hosp. A Hosp. B Hosp. A Hosp. B Seq = Seq = 92, 8 92, 8 by tes da bytes dados Seq = 92 timeout dos Seq = 100, 20 by t e s da timeout dos = 100 ACK 00 X K =1 = loss AC ACK Seq = 120 Seq = 92, 8 92, 8 Sendbase bytes by tes da dados Seq = 92 timeout dos = 100 SendBase = 120 K= = AC AC K 120 100 SendBase = 100 SendBase = 120 Timeout prematuro tempo tempo Cenário de ACK perdido Fundamentos de Redes de Computadores 12/27
  • 13. Host A Host B Seq = 92, 8 by tes da dos 100 timeout Seq = 100, 2 AC K= 0 bytes dados X perda SendBase ACK = = 120 120 tempo Cenário ACK cumulativo Fundamentos de Redes de Computadores 13/27
  • 14. TCP Geração de Ack Fundamentos de Redes de Computadores 14/27
  • 15. Retransmissão Rápida período de timeout ● ● se remetente recebe 3 relativamente grande: longo atraso antes de reenviar − ACKs para os pacote perdido mesmos dados, ele detecta segmentos perdidos ● supõe que segmento por meio de ACKs após dados com ACK duplicados −remetente geralmente envia foi perdido: muitos segmentos um após o − retransmissão rápida: outro reenvia segmento −se segmento for perdido, antes que o provavelmente haverá muitos ACKs duplicados para esse temporizador expire segmento Fundamentos de Redes de Computadores 15/27
  • 16. Hosp. A Hosp. B seq # x1 seq # x2 seq # x3 ACK x1 seq # x4 X seq # x5 ACK x1 ACK x1 ACK x1 ACKs duplicados três vezes reenv ia se q X 2 timeout tempo Fundamentos de Redes de Computadores 16/27
  • 17. Controle de Fluxo TCP lado receptor da conexão controle de fluxo TCP tem um buffer de recepção: remetente não estourará buffer do destinatário transmitindo muitos dados muito rapidamente espaço datagramas de buffer dados TCP processo da IP (atualmente) não usado (no buffer) aplicação serviço de compatibilização de velocidades: compatibiliza a taxa de processo da aplicação envio do remetente com a pode ser lento na de leitura da aplicação leitura do buffer receptora Fundamentos de Redes de Computadores 17/27
  • 18. Controle de fluxo TCP: como funciona destinatário: anuncia espaço datagramas de buffer dados TCP processo da (atualmente) (no buffer) aplicação espaço de buffer não IP não usado usado incluindo valor de rwnd no cabeçalho do segmento (suponha que destinatário TCP descarte segmentos remetente: limita # de fora de ordem) bytes com ACKa rwnd espaço de buffer não usado: garante que buffer do = rwnd destinatário não = RcvBuffer-[LastByteRcvd estoura - LastByteRead] Fundamentos de Redes de Computadores 18/27
  • 19. Gerenciamento da conexão TCP lembre-se: Remetente e apresentação de 3 vias: destinatário TCP estabelecem etapa 1: hosp. cliente envia “conexão” antes que troquem segmento SYN do TCP ao segmentos dados servidor −especifica # seq. inicial −sem dados inicializa variáveis TCP: − #s seq.: etapa 2: hosp. servidor recebe − buffers, informação de SYN, responde com controle de fluxo (p. e. segmento SYNACK RcvWindow) −servidor aloca buffers cliente: inicia a conexão −especifica # seq. inicial do − Socket clientSocket = new servidor Socket("hostname","port #"); etapa 3: cliente recebe servidor: contactado pelo cliente SYNACK, responde com − Socket connectionSocket = segmento ACK, que pode welcomeSocket.accept(); conter dados Fundamentos de Redes de Computadores 19/27
  • 20. Gerenciamento da conexão TCP fechando uma conexão: cliente fecha socket: cliente servidor clientSocket.close(); fecha FIN etapa 1: sistema final do cliente envia segmento de controle TCP FIN ao servidor fecha ACK etapa 2: servidor recebe FIN, temporizada espera responde com ACK. Fecha FIN conexão, envia FIN. ACK etapa 3: cliente recebe FIN, responde com ACK − entra em “espera temporizada” – responderá com ACK aos FINs fechado recebidos etapa 4: servidor recebe ACK - conexão fechada Nota: Com pequena modificação, pode tratar de FINs simultâneos. Fundamentos de Redes de Computadores 20/27
  • 21. Princípios de controle de congestionamento Congestionamento: informalmente: “muitas fontes enviando muitos dados muito rápido para a rede tratar” diferente de controle de fluxo! manifestações: − pacotes perdidos (estouro de buffer nos roteadores) − longos atrasos (enfileiramento nos buffers do roteador) um dos maiores problemas da rede! Fundamentos de Redes de Computadores 21/27
  • 22. Causas/custos do congestionamento: cenário 1 dois remetentes, dois destinatários um roteador, infinitos buffers sem retransmissão grandes atrasos quando congestionado vazão máxima alcançável Fundamentos de Redes de Computadores 22/27
  • 23. Causas/custos do congestionamento: cenário 2 um roteador, buffers finitos retransmissão do pacote perdido pelo remetente “custos” do congestionamento: mais trabalho (retransmissão) para determinada “vazão” retransmissões desnecessárias: enlace transporta várias cópias do pacote Fundamentos de Redes de Computadores 23/27
  • 24. Causas/custos do congestionamento: cenário 3 quatro remetentes caminhos com vários saltos timeout/retransmissão Fundamentos de Redes de Computadores 24/27
  • 25. sempre: λin = λout (vazão) retransmissão “perfeita” apenas quando há perda: λ'in > λout retransmissão do pacote adiado (não pedido) torna λin maior (que o caso perfeito ) para o mesmo λout R/2 R/2 R/2 R/3 λ λ λ R/4 out out out R/2 R/2 R/2 λin λin λin a. b. c. Fundamentos de Redes de Computadores 25/27
  • 26. Técnicas para controle de congestionamento duas técnicas amplas para controle de controle de congestionamento congestionamento: assistido pela rede: controle de congestionamento fim a ● roteadores oferecem fim: feedback aos sistemas finais ● nenhum feedback explícito − único bit indicando da rede congestionamento ● congestionamento (SNA, DECbit, TCP/IP deduzido da perda e ECN, ATM) atraso observados do − taxa explícita que o sistema final remetente deve enviar ● técnica tomada pelo TCP no enlace de saída Fundamentos de Redes de Computadores 26/27
  • 27. Slides baseados no material do livro Fundamento de Redes da Pearson Editora. Fundamentos de Redes de Computadores 27/27