O documento discute os desafios do protocolo TCP em redes sem fio, como maiores taxas de perda de pacotes e variabilidade na qualidade da conexão. Várias soluções foram propostas, como otimizações nas camadas de transporte e rede para melhor lidar com erros e evitar desnecessariamente acionar mecanismos de controle de congestionamento. Projetos como WTCP, I-TCP e M-TCP buscam aperfeiçoar o desempenho do TCP em redes sem fio.

1. Protocolos de Transporte
para Redes Sem Fio
Redes de computadores
Jaguaraci Silva
Ednara
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2. Roteiro
Introdução
Protocolos de Transporte
Características do TCP
Redes sem fio
Problemas
Redes sem fio
TCP em Redes sem fio
Soluções
Projetos relacionados
Conclusão
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3. Protocolos de Transporte
Aplicação Confiável
Apresentação
Datagramas
Sessão
Transporte TCP UDP
Rede IP
Enlace
Física
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4. Transmission Control Protocol
(TCP) RFC 793
Protocolos confiáveis de transporte
provêm
Gerenciamento de conexão
Controle de fluxo
Controle de congestionamento
Controle de confiabilidade
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5. Transmission Control Protocol
(TCP) RFC 793
Três Fases
Estabelecimento da Conexão
Transmissão de Dados
Encerramento da Conexão
Flags
SYN – solicitação de conexão
FIN – Finalização da Conexão
RST – Reset da Conexão
ACK – Reconhecimento de recebimento
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6. Transmission Control Protocol
(TCP) RFC 793
Garante a entrega de dados livres de
erros e na ordem de envio
A A3 A2 A1
TCP
A3 A2 A1 B
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7. TCP – Mecanismo de ACKs
A B
A1
A2
Timeout
Ack A1
A3
Ack A3
A2
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8. TCP – Round Trip time
Fundamental para estabelecer um
mecanismo de time-out;
Estimativa do tempo total de ida e
volta de pacotes entre receptor e
transmissor;
Monitora as mudanças de rotas para
estabelecer um time-out ideal;
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9. TCP – Tratamento do
Congestionamento
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10. TCP – Slow Start
Testa as condições de rede antes da
transmissão;
Observa a taxa de acks e iguala a
transmissão na mesma proporção;
Utiliza janela de controle de
congestionamento
Mecanismos de RTO (Retransmission
time-out), double acks e ICMP para
identificar perda de pacotes.
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11. TCP – Congestion Avoidance
Usa as estimativas RTT e RTO para
saber se há perda de pacotes;
Perdas podem ser por corrupção ou
congestionamento (buffer cheio);
Controla o tamanho da janela
quando ultrapassa o limite máximo do
Slow start;
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12. TCP – Fast Retransmit e
Recovery
Verifica se acks são de re-ordenação
ou perda de pacotes (<3);
Monitora double acks (> 3)
Ajusta a janela de congestionamento
Uma alternativa ao RTO
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13. Redes sem Fio
São a realidade corporativa e
acadêmica
As redes sem fio diferem das redes
cabeadas em:
Presença da mobilidade
Alto índice de perda de pacotes
Baixa banda passante
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14. Tecnologias sem Fio
Disponíveis
Local Area Network (WLAN)
802.11 (Wi-Fi)
Wide Area Network (WAN)
Espaço dividido em células
Hand-offs entre estações base
Ex: GPRS 115 Kbps: TIM, Claro e OI
Ad-hoc
Ausência de configuração prévia
Uso de algoritmo guloso
Ex: notebooks, palmtops, etc.
Satélites (geoestacionários ou órbitas baixas)
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15. Principais problemas
Intrínsecos às redes sem fio
Maiores taxas de erros, alta variabilidade na
qualidade de conexão, susceptibilidade a
interferências externas, hand-offs e existência de
hidden nodes
Diversidade de implementação
Diferenças de desempenho e de aderência ao
padrão
Pontos deixados em aberto na especificação
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16. Como os problemas são percebidos na
camada de aplicação?
Maiores taxas de perdas de pacotes e maior
incidência de perda de pacotes em rajadas
Maior variação na latência e maior incidência
de entrega de pacotes em rajada
Alta variabilidade e variações abruptas na
qualidade da conexão (menor previsibilidade
das conexões)
Períodos de desconexão mais freqüentes
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17. TCP vs Redes sem Fio
Degradação do desempenho de TCP em
redes sem fio
Não tratamento da mobilidade
Desconhecimento da razão da perda de
pacotes
Tamanho das unidades de transmissão
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18. TCP vs RsF – Perda de
Pacotes
Em redes sem fio é difícil definir a razão
porque um pacote foi perdido
Congestionamento
Corrupção dos dados
Implica acionar o mecanismo de
controle de congestionamento,
reduzindo a janela de transmissão e
degradando o desempenho
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19. TCP vs RsF – Tamanho dos
Pacotes
Pacotes grandes: alto índice de perdas
de pacotes devido a corrupção dos
dados
Pacotes pequenos: alta sobrecarga de
cabeçalhos (overhead)
Consequentemente: perda de
desempenho
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20. TCP vs RsF – TCP Ideal
Retransmissão de pacotes por erro sem
acionar o controle de congestionamento
(Impossivel)
Alternativa
Recuperação da camada de rede
Evitando a percepção da camada de transporte
Os mecanismos de controle de congestionamento
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21. TCP vs RsF – Solução
Fim-a-fim
Os pontos finais da cadeia de comunicação são
modificados. Transmissor e receptor são
otimizados para redes sem fio.
Divisão de conexão
Divide-se a conexão em duas: entre o transmissor
e a radiobase e entre a radiobase e o receptor. A
parte sem fio é otimizada.
Camadas inferiores e superiores
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22. Alguns Projetos
Camadas superiores
WTCP
I-TCP
M-TCP
METP
ESBN
Freeze TCP
Camadas inferiores
Snoop TCP
TULIP
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23. Conclusão
O TCP não pode ser empregado da
mesma forma que nas redes cabeadas;
Aumento na otimização do TCP é
proporcional ao uso das redes sem fio;
IETF (Internet Engineering Task Force)
TCPSAT, MANET, MobileIP e PILC (Link);
Não existe a melhor solução;
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24. Referências
Kon et al. Desenvolvimento de aplicações adaptativas para
redes IEEE 802.11. Simposio Brasileiro de Redes de
Computadores, 2006;
IME USP. TCP sobre redes sem fio.
http://grenoble.ime.usp.br/movel/programacao.html.
Acessado 08 de julho de 2007;
Data Network Resource. Transfer Control Protocol, 3-way
handshake, TCP sliding window.
http://www.rhyshaden.com/tcp.htm. Acessado 08 de julho de
2007;
RNP. TCP sobre ATM.
http://www.rnp.br/newsgen/9909/tcp_atm.html. Acessado 08
de julho de 2007;
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