capítulo 3: camada de transporte - cin.ufpe.brsuruagy/cursos/redes/cap3-kurose.pdf · conteúdo do...
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Capiacutetulo 3 Camada de TransporteMetas do capiacutetulo entender os
princiacutepios atraacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia
confiaacutevel de dados controle de fluxo controle de
congestionamento
aprender sobre os protocolos da camada de transporte da Internet UDP transporte natildeo
orientado a conexotildees TCP transporte
orientado a conexotildees Controle de
congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 1
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 2
Serviccedilos e protocolos de transporte
fornecem comunicaccedilatildeo loacutegica entre processos de aplicaccedilatildeo executando em diferentes hospedeiros
os protocolos de transporte satildeo executados nos sistemas finais lado transmissor quebra as
mensagens da aplicaccedilatildeo em segmentos repassa-os para a camada de rede
lado receptor remonta as mensagens a partir dos segmentos repassa-as para a camada de aplicaccedilatildeo
existe mais de um protocolo de transporte disponiacutevel para as aplicaccedilotildees Internet TCP e UDP
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
3 Camada de Transporte 3
Camadas de Transporte x rede
camada de redecomunicaccedilatildeo loacutegica entre hospedeiros
camada de transportecomunicaccedilatildeo loacutegica entre os processos depende de estende
serviccedilos da camada de rede
Analogia domeacutestica12 crianccedilas na casa de Ana
enviando cartas para 12 crianccedilas na casa de Bill
hospedeiros = casas processos = crianccedilas mensagens da apl = cartas nos
envelopes protocolo de transporte = Ana
e Bill que demultiplexam para suas crianccedilas
protocolo da camada de rede = serviccedilo postal
3 Camada de Transporte 4
Protocolos da camada de transporte Internet
entrega confiaacutevel ordenada (TCP) controle de
congestionamento controle de fluxo estabelecimento de conexatildeo
(ldquosetuprdquo) entrega natildeo confiaacutevel natildeo
ordenada UDP extensatildeo sem ldquogordurasrdquo do
ldquomelhor esforccedilordquo do IP serviccedilos natildeo disponiacuteveis
garantias de atraso maacuteximo garantias de largura de
banda miacutenima
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
3 Camada de Transporte 5
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 6
Multiplexaccedilatildeodemultiplexaccedilatildeo
Usa info do cabeccedilalho para entregar os segmentos recebidos aos sockets corretos
Demultiplexaccedilatildeo no receptorreuacutene dados de muitos sockets adiciona o cabeccedilalho de transporte (usado posteriormente para a demultiplexaccedilatildeo)
Multiplexaccedilatildeo no transm
processo
sockettransporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P2P1
transporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P4transporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P3
3 Camada de Transporte 7
computador recebe os datagramas IP cada datagrama possui
os endereccedilos IP da origem e do destino
cada datagramatransporta um segmento da camada de transporte
cada segmento possui nuacutemeros das portas origem e destino
O hospedeiro usa os endereccedilos IP e os nuacutemeros das portas para direcionar o segmento ao socket apropriado
Como funciona a demultiplexaccedilatildeo
porta origem porta destino
32 bits
dados daaplicaccedilatildeo
(mensagempayload)
outros campos do cabeccedilalho
formato de segmentoTCPUDP
3 Camada de Transporte 8
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees Lembrete socket criado possui
nuacutemero de porta local ao hostDatagramSocket mySocket1 = new
DatagramSocket(12534)
Datagramas IP com mesmo no de porta destino masdiferentes endereccedilos IP origem eou nuacutemeros de porta origem podem ser encaminhados para o mesmo socket no destino
3 Camada de Transporte 9
Quando o hospedeiro recebe o segmento UDP verifica no da porta de
destino no segmento encaminha o segmento UDP
para o socket com aquele no de porta
Lembrete ao criar um datagrama para enviar para um socket UDP deve especificar Endereccedilo IP de destino Nuacutemero da porta de destino
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees exemplo
DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(6428)
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
network
P1
transport
application
physicallink
network
P4
DatagramSocket mySocket1 = new DatagramSocket (5775)
DatagramSocketmySocket2 = new DatagramSocket(9157)
source port 9157dest port 6428
source port 6428dest port 9157
source port dest port
source port dest port
3 Camada de Transporte 10
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees
Socket TCP identificado pela quaacutedrupla endereccedilo IP origem nuacutemero da porta origem endereccedilo IP destino nuacutemero da porta destino
Demultiplexaccedilatildeo receptor usa todos os quatro valores para direcionar o segmento para o socket apropriado
Servidor pode dar suporte a muitos sockets TCP simultacircneos cada socket eacute identificado
pela sua proacutepria quaacutedrupla Servidores Web tecircm sockets
diferentes para cada conexatildeo de cliente HTTP natildeo persistente teraacute
sockets diferentes para cada pedido
3 Camada de Transporte 11
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees exemplo
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
P4
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
network
P6P5P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
trecircs segmentos todos destinados ao endereccedilo IP Bdest port 80 satildeo demultiplexados para sockets distintos
server IP address B
3 Camada de Transporte 12
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees Servidor Web com Threads
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
server IP address B
network
P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
P4
Servidor com threads
3 Camada de Transporte 13
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 14
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 2
Serviccedilos e protocolos de transporte
fornecem comunicaccedilatildeo loacutegica entre processos de aplicaccedilatildeo executando em diferentes hospedeiros
os protocolos de transporte satildeo executados nos sistemas finais lado transmissor quebra as
mensagens da aplicaccedilatildeo em segmentos repassa-os para a camada de rede
lado receptor remonta as mensagens a partir dos segmentos repassa-as para a camada de aplicaccedilatildeo
existe mais de um protocolo de transporte disponiacutevel para as aplicaccedilotildees Internet TCP e UDP
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
3 Camada de Transporte 3
Camadas de Transporte x rede
camada de redecomunicaccedilatildeo loacutegica entre hospedeiros
camada de transportecomunicaccedilatildeo loacutegica entre os processos depende de estende
serviccedilos da camada de rede
Analogia domeacutestica12 crianccedilas na casa de Ana
enviando cartas para 12 crianccedilas na casa de Bill
hospedeiros = casas processos = crianccedilas mensagens da apl = cartas nos
envelopes protocolo de transporte = Ana
e Bill que demultiplexam para suas crianccedilas
protocolo da camada de rede = serviccedilo postal
3 Camada de Transporte 4
Protocolos da camada de transporte Internet
entrega confiaacutevel ordenada (TCP) controle de
congestionamento controle de fluxo estabelecimento de conexatildeo
(ldquosetuprdquo) entrega natildeo confiaacutevel natildeo
ordenada UDP extensatildeo sem ldquogordurasrdquo do
ldquomelhor esforccedilordquo do IP serviccedilos natildeo disponiacuteveis
garantias de atraso maacuteximo garantias de largura de
banda miacutenima
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
3 Camada de Transporte 5
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 6
Multiplexaccedilatildeodemultiplexaccedilatildeo
Usa info do cabeccedilalho para entregar os segmentos recebidos aos sockets corretos
Demultiplexaccedilatildeo no receptorreuacutene dados de muitos sockets adiciona o cabeccedilalho de transporte (usado posteriormente para a demultiplexaccedilatildeo)
Multiplexaccedilatildeo no transm
processo
sockettransporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P2P1
transporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P4transporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P3
3 Camada de Transporte 7
computador recebe os datagramas IP cada datagrama possui
os endereccedilos IP da origem e do destino
cada datagramatransporta um segmento da camada de transporte
cada segmento possui nuacutemeros das portas origem e destino
O hospedeiro usa os endereccedilos IP e os nuacutemeros das portas para direcionar o segmento ao socket apropriado
Como funciona a demultiplexaccedilatildeo
porta origem porta destino
32 bits
dados daaplicaccedilatildeo
(mensagempayload)
outros campos do cabeccedilalho
formato de segmentoTCPUDP
3 Camada de Transporte 8
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees Lembrete socket criado possui
nuacutemero de porta local ao hostDatagramSocket mySocket1 = new
DatagramSocket(12534)
Datagramas IP com mesmo no de porta destino masdiferentes endereccedilos IP origem eou nuacutemeros de porta origem podem ser encaminhados para o mesmo socket no destino
3 Camada de Transporte 9
Quando o hospedeiro recebe o segmento UDP verifica no da porta de
destino no segmento encaminha o segmento UDP
para o socket com aquele no de porta
Lembrete ao criar um datagrama para enviar para um socket UDP deve especificar Endereccedilo IP de destino Nuacutemero da porta de destino
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees exemplo
DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(6428)
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
network
P1
transport
application
physicallink
network
P4
DatagramSocket mySocket1 = new DatagramSocket (5775)
DatagramSocketmySocket2 = new DatagramSocket(9157)
source port 9157dest port 6428
source port 6428dest port 9157
source port dest port
source port dest port
3 Camada de Transporte 10
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees
Socket TCP identificado pela quaacutedrupla endereccedilo IP origem nuacutemero da porta origem endereccedilo IP destino nuacutemero da porta destino
Demultiplexaccedilatildeo receptor usa todos os quatro valores para direcionar o segmento para o socket apropriado
Servidor pode dar suporte a muitos sockets TCP simultacircneos cada socket eacute identificado
pela sua proacutepria quaacutedrupla Servidores Web tecircm sockets
diferentes para cada conexatildeo de cliente HTTP natildeo persistente teraacute
sockets diferentes para cada pedido
3 Camada de Transporte 11
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees exemplo
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
P4
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
network
P6P5P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
trecircs segmentos todos destinados ao endereccedilo IP Bdest port 80 satildeo demultiplexados para sockets distintos
server IP address B
3 Camada de Transporte 12
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees Servidor Web com Threads
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
server IP address B
network
P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
P4
Servidor com threads
3 Camada de Transporte 13
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 14
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Serviccedilos e protocolos de transporte
fornecem comunicaccedilatildeo loacutegica entre processos de aplicaccedilatildeo executando em diferentes hospedeiros
os protocolos de transporte satildeo executados nos sistemas finais lado transmissor quebra as
mensagens da aplicaccedilatildeo em segmentos repassa-os para a camada de rede
lado receptor remonta as mensagens a partir dos segmentos repassa-as para a camada de aplicaccedilatildeo
existe mais de um protocolo de transporte disponiacutevel para as aplicaccedilotildees Internet TCP e UDP
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
3 Camada de Transporte 3
Camadas de Transporte x rede
camada de redecomunicaccedilatildeo loacutegica entre hospedeiros
camada de transportecomunicaccedilatildeo loacutegica entre os processos depende de estende
serviccedilos da camada de rede
Analogia domeacutestica12 crianccedilas na casa de Ana
enviando cartas para 12 crianccedilas na casa de Bill
hospedeiros = casas processos = crianccedilas mensagens da apl = cartas nos
envelopes protocolo de transporte = Ana
e Bill que demultiplexam para suas crianccedilas
protocolo da camada de rede = serviccedilo postal
3 Camada de Transporte 4
Protocolos da camada de transporte Internet
entrega confiaacutevel ordenada (TCP) controle de
congestionamento controle de fluxo estabelecimento de conexatildeo
(ldquosetuprdquo) entrega natildeo confiaacutevel natildeo
ordenada UDP extensatildeo sem ldquogordurasrdquo do
ldquomelhor esforccedilordquo do IP serviccedilos natildeo disponiacuteveis
garantias de atraso maacuteximo garantias de largura de
banda miacutenima
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
3 Camada de Transporte 5
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 6
Multiplexaccedilatildeodemultiplexaccedilatildeo
Usa info do cabeccedilalho para entregar os segmentos recebidos aos sockets corretos
Demultiplexaccedilatildeo no receptorreuacutene dados de muitos sockets adiciona o cabeccedilalho de transporte (usado posteriormente para a demultiplexaccedilatildeo)
Multiplexaccedilatildeo no transm
processo
sockettransporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P2P1
transporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P4transporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P3
3 Camada de Transporte 7
computador recebe os datagramas IP cada datagrama possui
os endereccedilos IP da origem e do destino
cada datagramatransporta um segmento da camada de transporte
cada segmento possui nuacutemeros das portas origem e destino
O hospedeiro usa os endereccedilos IP e os nuacutemeros das portas para direcionar o segmento ao socket apropriado
Como funciona a demultiplexaccedilatildeo
porta origem porta destino
32 bits
dados daaplicaccedilatildeo
(mensagempayload)
outros campos do cabeccedilalho
formato de segmentoTCPUDP
3 Camada de Transporte 8
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees Lembrete socket criado possui
nuacutemero de porta local ao hostDatagramSocket mySocket1 = new
DatagramSocket(12534)
Datagramas IP com mesmo no de porta destino masdiferentes endereccedilos IP origem eou nuacutemeros de porta origem podem ser encaminhados para o mesmo socket no destino
3 Camada de Transporte 9
Quando o hospedeiro recebe o segmento UDP verifica no da porta de
destino no segmento encaminha o segmento UDP
para o socket com aquele no de porta
Lembrete ao criar um datagrama para enviar para um socket UDP deve especificar Endereccedilo IP de destino Nuacutemero da porta de destino
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees exemplo
DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(6428)
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
network
P1
transport
application
physicallink
network
P4
DatagramSocket mySocket1 = new DatagramSocket (5775)
DatagramSocketmySocket2 = new DatagramSocket(9157)
source port 9157dest port 6428
source port 6428dest port 9157
source port dest port
source port dest port
3 Camada de Transporte 10
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees
Socket TCP identificado pela quaacutedrupla endereccedilo IP origem nuacutemero da porta origem endereccedilo IP destino nuacutemero da porta destino
Demultiplexaccedilatildeo receptor usa todos os quatro valores para direcionar o segmento para o socket apropriado
Servidor pode dar suporte a muitos sockets TCP simultacircneos cada socket eacute identificado
pela sua proacutepria quaacutedrupla Servidores Web tecircm sockets
diferentes para cada conexatildeo de cliente HTTP natildeo persistente teraacute
sockets diferentes para cada pedido
3 Camada de Transporte 11
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees exemplo
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
P4
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
network
P6P5P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
trecircs segmentos todos destinados ao endereccedilo IP Bdest port 80 satildeo demultiplexados para sockets distintos
server IP address B
3 Camada de Transporte 12
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees Servidor Web com Threads
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
server IP address B
network
P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
P4
Servidor com threads
3 Camada de Transporte 13
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 14
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Camadas de Transporte x rede
camada de redecomunicaccedilatildeo loacutegica entre hospedeiros
camada de transportecomunicaccedilatildeo loacutegica entre os processos depende de estende
serviccedilos da camada de rede
Analogia domeacutestica12 crianccedilas na casa de Ana
enviando cartas para 12 crianccedilas na casa de Bill
hospedeiros = casas processos = crianccedilas mensagens da apl = cartas nos
envelopes protocolo de transporte = Ana
e Bill que demultiplexam para suas crianccedilas
protocolo da camada de rede = serviccedilo postal
3 Camada de Transporte 4
Protocolos da camada de transporte Internet
entrega confiaacutevel ordenada (TCP) controle de
congestionamento controle de fluxo estabelecimento de conexatildeo
(ldquosetuprdquo) entrega natildeo confiaacutevel natildeo
ordenada UDP extensatildeo sem ldquogordurasrdquo do
ldquomelhor esforccedilordquo do IP serviccedilos natildeo disponiacuteveis
garantias de atraso maacuteximo garantias de largura de
banda miacutenima
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
3 Camada de Transporte 5
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 6
Multiplexaccedilatildeodemultiplexaccedilatildeo
Usa info do cabeccedilalho para entregar os segmentos recebidos aos sockets corretos
Demultiplexaccedilatildeo no receptorreuacutene dados de muitos sockets adiciona o cabeccedilalho de transporte (usado posteriormente para a demultiplexaccedilatildeo)
Multiplexaccedilatildeo no transm
processo
sockettransporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P2P1
transporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P4transporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P3
3 Camada de Transporte 7
computador recebe os datagramas IP cada datagrama possui
os endereccedilos IP da origem e do destino
cada datagramatransporta um segmento da camada de transporte
cada segmento possui nuacutemeros das portas origem e destino
O hospedeiro usa os endereccedilos IP e os nuacutemeros das portas para direcionar o segmento ao socket apropriado
Como funciona a demultiplexaccedilatildeo
porta origem porta destino
32 bits
dados daaplicaccedilatildeo
(mensagempayload)
outros campos do cabeccedilalho
formato de segmentoTCPUDP
3 Camada de Transporte 8
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees Lembrete socket criado possui
nuacutemero de porta local ao hostDatagramSocket mySocket1 = new
DatagramSocket(12534)
Datagramas IP com mesmo no de porta destino masdiferentes endereccedilos IP origem eou nuacutemeros de porta origem podem ser encaminhados para o mesmo socket no destino
3 Camada de Transporte 9
Quando o hospedeiro recebe o segmento UDP verifica no da porta de
destino no segmento encaminha o segmento UDP
para o socket com aquele no de porta
Lembrete ao criar um datagrama para enviar para um socket UDP deve especificar Endereccedilo IP de destino Nuacutemero da porta de destino
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees exemplo
DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(6428)
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
network
P1
transport
application
physicallink
network
P4
DatagramSocket mySocket1 = new DatagramSocket (5775)
DatagramSocketmySocket2 = new DatagramSocket(9157)
source port 9157dest port 6428
source port 6428dest port 9157
source port dest port
source port dest port
3 Camada de Transporte 10
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees
Socket TCP identificado pela quaacutedrupla endereccedilo IP origem nuacutemero da porta origem endereccedilo IP destino nuacutemero da porta destino
Demultiplexaccedilatildeo receptor usa todos os quatro valores para direcionar o segmento para o socket apropriado
Servidor pode dar suporte a muitos sockets TCP simultacircneos cada socket eacute identificado
pela sua proacutepria quaacutedrupla Servidores Web tecircm sockets
diferentes para cada conexatildeo de cliente HTTP natildeo persistente teraacute
sockets diferentes para cada pedido
3 Camada de Transporte 11
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees exemplo
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
P4
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
network
P6P5P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
trecircs segmentos todos destinados ao endereccedilo IP Bdest port 80 satildeo demultiplexados para sockets distintos
server IP address B
3 Camada de Transporte 12
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees Servidor Web com Threads
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
server IP address B
network
P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
P4
Servidor com threads
3 Camada de Transporte 13
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 14
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Protocolos da camada de transporte Internet
entrega confiaacutevel ordenada (TCP) controle de
congestionamento controle de fluxo estabelecimento de conexatildeo
(ldquosetuprdquo) entrega natildeo confiaacutevel natildeo
ordenada UDP extensatildeo sem ldquogordurasrdquo do
ldquomelhor esforccedilordquo do IP serviccedilos natildeo disponiacuteveis
garantias de atraso maacuteximo garantias de largura de
banda miacutenima
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
3 Camada de Transporte 5
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 6
Multiplexaccedilatildeodemultiplexaccedilatildeo
Usa info do cabeccedilalho para entregar os segmentos recebidos aos sockets corretos
Demultiplexaccedilatildeo no receptorreuacutene dados de muitos sockets adiciona o cabeccedilalho de transporte (usado posteriormente para a demultiplexaccedilatildeo)
Multiplexaccedilatildeo no transm
processo
sockettransporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P2P1
transporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P4transporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P3
3 Camada de Transporte 7
computador recebe os datagramas IP cada datagrama possui
os endereccedilos IP da origem e do destino
cada datagramatransporta um segmento da camada de transporte
cada segmento possui nuacutemeros das portas origem e destino
O hospedeiro usa os endereccedilos IP e os nuacutemeros das portas para direcionar o segmento ao socket apropriado
Como funciona a demultiplexaccedilatildeo
porta origem porta destino
32 bits
dados daaplicaccedilatildeo
(mensagempayload)
outros campos do cabeccedilalho
formato de segmentoTCPUDP
3 Camada de Transporte 8
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees Lembrete socket criado possui
nuacutemero de porta local ao hostDatagramSocket mySocket1 = new
DatagramSocket(12534)
Datagramas IP com mesmo no de porta destino masdiferentes endereccedilos IP origem eou nuacutemeros de porta origem podem ser encaminhados para o mesmo socket no destino
3 Camada de Transporte 9
Quando o hospedeiro recebe o segmento UDP verifica no da porta de
destino no segmento encaminha o segmento UDP
para o socket com aquele no de porta
Lembrete ao criar um datagrama para enviar para um socket UDP deve especificar Endereccedilo IP de destino Nuacutemero da porta de destino
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees exemplo
DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(6428)
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
network
P1
transport
application
physicallink
network
P4
DatagramSocket mySocket1 = new DatagramSocket (5775)
DatagramSocketmySocket2 = new DatagramSocket(9157)
source port 9157dest port 6428
source port 6428dest port 9157
source port dest port
source port dest port
3 Camada de Transporte 10
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees
Socket TCP identificado pela quaacutedrupla endereccedilo IP origem nuacutemero da porta origem endereccedilo IP destino nuacutemero da porta destino
Demultiplexaccedilatildeo receptor usa todos os quatro valores para direcionar o segmento para o socket apropriado
Servidor pode dar suporte a muitos sockets TCP simultacircneos cada socket eacute identificado
pela sua proacutepria quaacutedrupla Servidores Web tecircm sockets
diferentes para cada conexatildeo de cliente HTTP natildeo persistente teraacute
sockets diferentes para cada pedido
3 Camada de Transporte 11
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees exemplo
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
P4
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
network
P6P5P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
trecircs segmentos todos destinados ao endereccedilo IP Bdest port 80 satildeo demultiplexados para sockets distintos
server IP address B
3 Camada de Transporte 12
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees Servidor Web com Threads
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
server IP address B
network
P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
P4
Servidor com threads
3 Camada de Transporte 13
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 14
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 6
Multiplexaccedilatildeodemultiplexaccedilatildeo
Usa info do cabeccedilalho para entregar os segmentos recebidos aos sockets corretos
Demultiplexaccedilatildeo no receptorreuacutene dados de muitos sockets adiciona o cabeccedilalho de transporte (usado posteriormente para a demultiplexaccedilatildeo)
Multiplexaccedilatildeo no transm
processo
sockettransporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P2P1
transporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P4transporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P3
3 Camada de Transporte 7
computador recebe os datagramas IP cada datagrama possui
os endereccedilos IP da origem e do destino
cada datagramatransporta um segmento da camada de transporte
cada segmento possui nuacutemeros das portas origem e destino
O hospedeiro usa os endereccedilos IP e os nuacutemeros das portas para direcionar o segmento ao socket apropriado
Como funciona a demultiplexaccedilatildeo
porta origem porta destino
32 bits
dados daaplicaccedilatildeo
(mensagempayload)
outros campos do cabeccedilalho
formato de segmentoTCPUDP
3 Camada de Transporte 8
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees Lembrete socket criado possui
nuacutemero de porta local ao hostDatagramSocket mySocket1 = new
DatagramSocket(12534)
Datagramas IP com mesmo no de porta destino masdiferentes endereccedilos IP origem eou nuacutemeros de porta origem podem ser encaminhados para o mesmo socket no destino
3 Camada de Transporte 9
Quando o hospedeiro recebe o segmento UDP verifica no da porta de
destino no segmento encaminha o segmento UDP
para o socket com aquele no de porta
Lembrete ao criar um datagrama para enviar para um socket UDP deve especificar Endereccedilo IP de destino Nuacutemero da porta de destino
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees exemplo
DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(6428)
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
network
P1
transport
application
physicallink
network
P4
DatagramSocket mySocket1 = new DatagramSocket (5775)
DatagramSocketmySocket2 = new DatagramSocket(9157)
source port 9157dest port 6428
source port 6428dest port 9157
source port dest port
source port dest port
3 Camada de Transporte 10
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees
Socket TCP identificado pela quaacutedrupla endereccedilo IP origem nuacutemero da porta origem endereccedilo IP destino nuacutemero da porta destino
Demultiplexaccedilatildeo receptor usa todos os quatro valores para direcionar o segmento para o socket apropriado
Servidor pode dar suporte a muitos sockets TCP simultacircneos cada socket eacute identificado
pela sua proacutepria quaacutedrupla Servidores Web tecircm sockets
diferentes para cada conexatildeo de cliente HTTP natildeo persistente teraacute
sockets diferentes para cada pedido
3 Camada de Transporte 11
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees exemplo
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
P4
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
network
P6P5P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
trecircs segmentos todos destinados ao endereccedilo IP Bdest port 80 satildeo demultiplexados para sockets distintos
server IP address B
3 Camada de Transporte 12
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees Servidor Web com Threads
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
server IP address B
network
P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
P4
Servidor com threads
3 Camada de Transporte 13
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 14
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Multiplexaccedilatildeodemultiplexaccedilatildeo
Usa info do cabeccedilalho para entregar os segmentos recebidos aos sockets corretos
Demultiplexaccedilatildeo no receptorreuacutene dados de muitos sockets adiciona o cabeccedilalho de transporte (usado posteriormente para a demultiplexaccedilatildeo)
Multiplexaccedilatildeo no transm
processo
sockettransporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P2P1
transporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P4transporte
aplicaccedilatildeo
fiacutesicaenlacerede
P3
3 Camada de Transporte 7
computador recebe os datagramas IP cada datagrama possui
os endereccedilos IP da origem e do destino
cada datagramatransporta um segmento da camada de transporte
cada segmento possui nuacutemeros das portas origem e destino
O hospedeiro usa os endereccedilos IP e os nuacutemeros das portas para direcionar o segmento ao socket apropriado
Como funciona a demultiplexaccedilatildeo
porta origem porta destino
32 bits
dados daaplicaccedilatildeo
(mensagempayload)
outros campos do cabeccedilalho
formato de segmentoTCPUDP
3 Camada de Transporte 8
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees Lembrete socket criado possui
nuacutemero de porta local ao hostDatagramSocket mySocket1 = new
DatagramSocket(12534)
Datagramas IP com mesmo no de porta destino masdiferentes endereccedilos IP origem eou nuacutemeros de porta origem podem ser encaminhados para o mesmo socket no destino
3 Camada de Transporte 9
Quando o hospedeiro recebe o segmento UDP verifica no da porta de
destino no segmento encaminha o segmento UDP
para o socket com aquele no de porta
Lembrete ao criar um datagrama para enviar para um socket UDP deve especificar Endereccedilo IP de destino Nuacutemero da porta de destino
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees exemplo
DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(6428)
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
network
P1
transport
application
physicallink
network
P4
DatagramSocket mySocket1 = new DatagramSocket (5775)
DatagramSocketmySocket2 = new DatagramSocket(9157)
source port 9157dest port 6428
source port 6428dest port 9157
source port dest port
source port dest port
3 Camada de Transporte 10
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees
Socket TCP identificado pela quaacutedrupla endereccedilo IP origem nuacutemero da porta origem endereccedilo IP destino nuacutemero da porta destino
Demultiplexaccedilatildeo receptor usa todos os quatro valores para direcionar o segmento para o socket apropriado
Servidor pode dar suporte a muitos sockets TCP simultacircneos cada socket eacute identificado
pela sua proacutepria quaacutedrupla Servidores Web tecircm sockets
diferentes para cada conexatildeo de cliente HTTP natildeo persistente teraacute
sockets diferentes para cada pedido
3 Camada de Transporte 11
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees exemplo
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
P4
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
network
P6P5P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
trecircs segmentos todos destinados ao endereccedilo IP Bdest port 80 satildeo demultiplexados para sockets distintos
server IP address B
3 Camada de Transporte 12
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees Servidor Web com Threads
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
server IP address B
network
P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
P4
Servidor com threads
3 Camada de Transporte 13
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 14
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
computador recebe os datagramas IP cada datagrama possui
os endereccedilos IP da origem e do destino
cada datagramatransporta um segmento da camada de transporte
cada segmento possui nuacutemeros das portas origem e destino
O hospedeiro usa os endereccedilos IP e os nuacutemeros das portas para direcionar o segmento ao socket apropriado
Como funciona a demultiplexaccedilatildeo
porta origem porta destino
32 bits
dados daaplicaccedilatildeo
(mensagempayload)
outros campos do cabeccedilalho
formato de segmentoTCPUDP
3 Camada de Transporte 8
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees Lembrete socket criado possui
nuacutemero de porta local ao hostDatagramSocket mySocket1 = new
DatagramSocket(12534)
Datagramas IP com mesmo no de porta destino masdiferentes endereccedilos IP origem eou nuacutemeros de porta origem podem ser encaminhados para o mesmo socket no destino
3 Camada de Transporte 9
Quando o hospedeiro recebe o segmento UDP verifica no da porta de
destino no segmento encaminha o segmento UDP
para o socket com aquele no de porta
Lembrete ao criar um datagrama para enviar para um socket UDP deve especificar Endereccedilo IP de destino Nuacutemero da porta de destino
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees exemplo
DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(6428)
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
network
P1
transport
application
physicallink
network
P4
DatagramSocket mySocket1 = new DatagramSocket (5775)
DatagramSocketmySocket2 = new DatagramSocket(9157)
source port 9157dest port 6428
source port 6428dest port 9157
source port dest port
source port dest port
3 Camada de Transporte 10
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees
Socket TCP identificado pela quaacutedrupla endereccedilo IP origem nuacutemero da porta origem endereccedilo IP destino nuacutemero da porta destino
Demultiplexaccedilatildeo receptor usa todos os quatro valores para direcionar o segmento para o socket apropriado
Servidor pode dar suporte a muitos sockets TCP simultacircneos cada socket eacute identificado
pela sua proacutepria quaacutedrupla Servidores Web tecircm sockets
diferentes para cada conexatildeo de cliente HTTP natildeo persistente teraacute
sockets diferentes para cada pedido
3 Camada de Transporte 11
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees exemplo
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
P4
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
network
P6P5P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
trecircs segmentos todos destinados ao endereccedilo IP Bdest port 80 satildeo demultiplexados para sockets distintos
server IP address B
3 Camada de Transporte 12
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees Servidor Web com Threads
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
server IP address B
network
P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
P4
Servidor com threads
3 Camada de Transporte 13
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 14
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees Lembrete socket criado possui
nuacutemero de porta local ao hostDatagramSocket mySocket1 = new
DatagramSocket(12534)
Datagramas IP com mesmo no de porta destino masdiferentes endereccedilos IP origem eou nuacutemeros de porta origem podem ser encaminhados para o mesmo socket no destino
3 Camada de Transporte 9
Quando o hospedeiro recebe o segmento UDP verifica no da porta de
destino no segmento encaminha o segmento UDP
para o socket com aquele no de porta
Lembrete ao criar um datagrama para enviar para um socket UDP deve especificar Endereccedilo IP de destino Nuacutemero da porta de destino
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees exemplo
DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(6428)
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
network
P1
transport
application
physicallink
network
P4
DatagramSocket mySocket1 = new DatagramSocket (5775)
DatagramSocketmySocket2 = new DatagramSocket(9157)
source port 9157dest port 6428
source port 6428dest port 9157
source port dest port
source port dest port
3 Camada de Transporte 10
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees
Socket TCP identificado pela quaacutedrupla endereccedilo IP origem nuacutemero da porta origem endereccedilo IP destino nuacutemero da porta destino
Demultiplexaccedilatildeo receptor usa todos os quatro valores para direcionar o segmento para o socket apropriado
Servidor pode dar suporte a muitos sockets TCP simultacircneos cada socket eacute identificado
pela sua proacutepria quaacutedrupla Servidores Web tecircm sockets
diferentes para cada conexatildeo de cliente HTTP natildeo persistente teraacute
sockets diferentes para cada pedido
3 Camada de Transporte 11
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees exemplo
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
P4
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
network
P6P5P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
trecircs segmentos todos destinados ao endereccedilo IP Bdest port 80 satildeo demultiplexados para sockets distintos
server IP address B
3 Camada de Transporte 12
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees Servidor Web com Threads
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
server IP address B
network
P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
P4
Servidor com threads
3 Camada de Transporte 13
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 14
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Demultiplexaccedilatildeo natildeo orientada a conexotildees exemplo
DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(6428)
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
network
P1
transport
application
physicallink
network
P4
DatagramSocket mySocket1 = new DatagramSocket (5775)
DatagramSocketmySocket2 = new DatagramSocket(9157)
source port 9157dest port 6428
source port 6428dest port 9157
source port dest port
source port dest port
3 Camada de Transporte 10
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees
Socket TCP identificado pela quaacutedrupla endereccedilo IP origem nuacutemero da porta origem endereccedilo IP destino nuacutemero da porta destino
Demultiplexaccedilatildeo receptor usa todos os quatro valores para direcionar o segmento para o socket apropriado
Servidor pode dar suporte a muitos sockets TCP simultacircneos cada socket eacute identificado
pela sua proacutepria quaacutedrupla Servidores Web tecircm sockets
diferentes para cada conexatildeo de cliente HTTP natildeo persistente teraacute
sockets diferentes para cada pedido
3 Camada de Transporte 11
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees exemplo
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
P4
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
network
P6P5P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
trecircs segmentos todos destinados ao endereccedilo IP Bdest port 80 satildeo demultiplexados para sockets distintos
server IP address B
3 Camada de Transporte 12
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees Servidor Web com Threads
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
server IP address B
network
P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
P4
Servidor com threads
3 Camada de Transporte 13
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 14
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees
Socket TCP identificado pela quaacutedrupla endereccedilo IP origem nuacutemero da porta origem endereccedilo IP destino nuacutemero da porta destino
Demultiplexaccedilatildeo receptor usa todos os quatro valores para direcionar o segmento para o socket apropriado
Servidor pode dar suporte a muitos sockets TCP simultacircneos cada socket eacute identificado
pela sua proacutepria quaacutedrupla Servidores Web tecircm sockets
diferentes para cada conexatildeo de cliente HTTP natildeo persistente teraacute
sockets diferentes para cada pedido
3 Camada de Transporte 11
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees exemplo
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
P4
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
network
P6P5P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
trecircs segmentos todos destinados ao endereccedilo IP Bdest port 80 satildeo demultiplexados para sockets distintos
server IP address B
3 Camada de Transporte 12
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees Servidor Web com Threads
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
server IP address B
network
P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
P4
Servidor com threads
3 Camada de Transporte 13
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 14
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees exemplo
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
P4
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
network
P6P5P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
trecircs segmentos todos destinados ao endereccedilo IP Bdest port 80 satildeo demultiplexados para sockets distintos
server IP address B
3 Camada de Transporte 12
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees Servidor Web com Threads
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
server IP address B
network
P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
P4
Servidor com threads
3 Camada de Transporte 13
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 14
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Demultiplexaccedilatildeo Orientada a Conexotildees Servidor Web com Threads
transport
application
physicallink
network
P3transport
application
physicallink
transport
application
physicallink
network
P2
source IPport A9157dest IP port B80
source IPport B80dest IPport A9157
host IP address A
host IP address C
server IP address B
network
P3
source IPport C5775dest IPport B80
source IPport C9157dest IPport B80
P4
Servidor com threads
3 Camada de Transporte 13
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 14
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 14
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
UDP User Datagram Protocol [RFC 768]
Protocolo de transporte da Internet miacutenimo ldquosem gordurasrdquo
Serviccedilo ldquomelhor esforccedilordquo segmentos UDP podem ser perdidos entregues agrave aplicaccedilatildeo fora
de ordem sem conexatildeo
natildeo haacute saudaccedilatildeo inicial entre o remetente e o receptor UDP
tratamento independente para cada segmento UDP
Uso do UDP aplicaccedilotildees de streaming
multimiacutedia (tolerante a perdas sensiacutevel a taxas)
DNS SNMP
transferecircncia confiaacutevel sobre UDP adiciona confiabilidade na
camada de aplicaccedilatildeo recuperaccedilatildeo de erros
especiacutefica da aplicaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 15
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
UDP Cabeccedilalho do segmento
porta origem porta dest
32 bits
Dados de aplicaccedilatildeo
(mensagem)
Formato do segmento UDP
comprimento checksum
Comprimento em bytes dosegmento UDP
incluindo cabeccedilalho Por quecirc existe um UDP elimina estabelecimento de
conexatildeo (que pode causar retardo)
simples natildeo manteacutem ldquoestadordquo da conexatildeo nem no remetente nem no receptor
cabeccedilalho de segmento reduzido
Natildeo haacute controle de congestionamento UDP pode transmitir tatildeo raacutepido quanto desejado (e possiacutevel)
3 Camada de Transporte 16
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Soma de Verificaccedilatildeo (checksum)UDP
Transmissor trata conteuacutedo do
segmento como sequecircncia de inteiros de 16-bits
checksum soma (adiccedilatildeo usando complemento de 1) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca complemento do valor da soma no campo checksumdo UDP
Receptor calcula checksum do
segmento recebido verifica se o checksum
calculado bate com o valor recebido NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro
detectado Mas ainda pode ter erros Veja depois hellip
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido
3 Camada de Transporte 17
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Exemplo do Checksum Internet Note que
Ao adicionar nuacutemeros o transbordo (vai um) do bit mais significativo deve ser adicionado ao resultado
Exemplo adiccedilatildeo de dois inteiros de 16-bits
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
transbordo
somasoma de
verificaccedilatildeo 3 Camada de Transporte 18
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 19
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Princiacutepios de Transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt) importante nas
camadas de transporte e de enlace
na lista dos 10 toacutepicos mais importantes em redes
caracteriacutesticas do canal natildeo confiaacutevel determinam a complexidade de um protocolo de transferecircncia confiaacutevel de dados (rdt)
3 Camada de Transporte 20
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partida
ladotransmissor
ladoreceptor
rdt_send() chamada de cima (ex pela apl) Passa dados p serem
entregues agrave camada sup do receptor
udt_send() chamada pelo rdt para transferir um pacotes para o receptor sobre um canal natildeo
confiaacutevel
rdt_rcv() chamada quando pacote chega no lado receptor do
canal
deliver_data() chamada pelordt para entregar dados p camada
superior
3 Camada de Transporte 21
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Transferecircncia confiaacutevel o ponto de partidaIremos desenvolver incrementalmente os lados transmissor e receptor
de um protocolo confiaacutevel de transferecircncia de dados (rdt) considerar apenas fluxo unidirecional de dados
mas info de controle flui em ambos os sentidos Usar maacutequinas de estados finitos (FSM) p especificar os
protocolos transmissor e receptor
estado1
estado2
evento causador da transiccedilatildeo de estadoaccedilotildees executadas na transiccedilatildeo de estado
estado neste ldquoestadordquo o proacuteximo estado eacute
determinado unicamente pelo proacuteximo evento
eventoaccedilotildees
3 Camada de Transporte 22
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt10 transferecircncia confiaacutevel sobre canais confiaacuteveis
canal de transmissatildeo perfeitamente confiaacutevel natildeo haacute erros de bits natildeo haacute perda de pacotes
FSMs separadas para transmissor e receptor transmissor envia dados
pelo canal subjacente receptor lecirc os dados do
canal subjacente
3 Camada de Transporte 23
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembrete checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
Como as pessoas recuperam ldquoerrosrdquodurante uma conversa
3 Camada de Transporte 24
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt20 canal com erros de bits canal subjacente pode trocar valores dos bits num pacote
lembre-se checksum UDP pode detectar erros de bits a questatildeo como recuperar esses erros
reconhecimentos (ACKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote foi recebido corretamente
reconhecimentos negativos (NAKs) receptor avisa explicitamente ao transmissor que o pacote tinha erros
transmissor reenvia o pacote ao receber um NAK novos mecanismos no rdt20 (em relaccedilatildeo ao rdt10)
detecccedilatildeo de erros Realimentaccedilatildeo (feedback) mensagens de controle (ACKNAK) do
receptor para o transmissor
3 Camada de Transporte 25
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt20 especificaccedilatildeo da FSM
3 Camada de Transporte 26
Animaccedilatildeo no slide
seguinte
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt20 operaccedilatildeo com ausecircncia de erros
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 27
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt20 cenaacuterio de erro
Wait for call from above
sndpkt = make_pkt(data checksum)udt_send(sndpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)udt_send(ACK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampampisNAK(rcvpkt)
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp corrupt(rcvpkt)
Wait for ACK or
NAK
Wait for call from
below
rdt_send(data)
L
3 Camada de Transporte 28
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt20 tem uma falha fatalO que acontece se o
ACKNAK for corrompido
Transmissor natildeo sabe o que se passou no receptor
natildeo pode apenas retransmitir possibilidade de pacotes duplicados
Lidando c duplicatas transmissor retransmite o
uacuteltimo pacote se ACKNAK chegar com erro
transmissor inclui nuacutemero de sequecircncia em cada pacote
receptor descarta (natildeo entrega a aplicaccedilatildeo) pacotes duplicados
Transmissor envia um pacotee entatildeo aguarda respostado receptor
pare e espera
3 Camada de Transporte 29
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt21 transmissor trata ACKNAKs corrompidos
3 Camada de Transporte 30
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt21 receptor trata ACKNAKs corrompidos
Esperar 0 de baixo
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq0(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
Esperar 1 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq0(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp not corrupt(rcvpkt) ampamphas_seq1(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK chksum)udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(NAK chksum)udt_send(sndpkt)
3 Camada de Transporte 31
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt21 discussatildeo
Transmissor no de seq no pacote bastam dois nos de
seq (01) Por quecirc deve verificar se
ACKNAK recebidos estatildeo corrompidos
duplicou o no de estados estado deve ldquolembrarrdquo
se pacote ldquoesperadordquo deve ter no de seq 0 ou 1
Receptor deve verificar se o
pacote recebido eacute uma duplicata estado indica se no de
seq esperado eacute 0 ou 1 nota receptor natildeo tem
como saber se uacuteltimo ACKNAK foi recebido bem pelo transmissor
3 Camada de Transporte 32
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt22 um protocolo sem NAKs
mesma funcionalidade do rdt21 usando apenas ACKs
ao inveacutes de NAK receptor envia ACK para uacuteltimo pacote recebido sem erro receptor deve incluir explicitamente no de seq
do pacote reconhecido ACKs duplicados no transmissor resultam
na mesma accedilatildeo do NAK retransmissatildeo do pacote atual
3 Camada de Transporte 33
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt22 fragmentos do transmissor e receptor
aguarda chamada 0
de cima
sndpkt = make_pkt(0 data checksum)udt_send(sndpkt)
rdt_send(data)
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp ( corrupt(rcvpkt) ||
isACK(rcvpkt1) )
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp isACK(rcvpkt0)
aguarda ACK
0fragmento FSMdo transmissor
aguarda0 de baixo
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp notcorrupt(rcvpkt) ampamp has_seq1(rcvpkt)
extract(rcvpktdata)deliver_data(data)sndpkt = make_pkt(ACK1 chksum)udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) ampamp (corrupt(rcvpkt) ||
has_seq1(rcvpkt))
udt_send(sndpkt)fragmento FSM
do receptor
L
3 Camada de Transporte 34
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt30 canais com erros e perdas
Nova hipoacutetese canal de transmissatildeo tambeacutem pode perder pacotes (dados ou ACKs) checksum no de seq
ACKs retransmissotildees podem ajudar mas natildeo satildeo suficientes
Abordagem transmissor aguarda um tempo ldquorazoaacutevelrdquo pelo ACK
retransmite se nenhum ACK for recebido neste intervalo
se pacote (ou ACK) estiver apenas atrasado (e natildeo perdido) retransmissatildeo seraacute
duplicata mas uso de no de seq jaacute cuida disto
receptor deve especificar no de seq do pacote sendo reconhecido
requer temporizador3 Camada de Transporte 35
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Transmissor rdt30
3 Camada de Transporte 36
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt30 em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 37
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt30 em accedilatildeo
rcv pkt1send ack1
(detect duplicate)
pkt1
Remetente Destinataacuterio
rcv pkt1
send ack0rcv ack0
send pkt1
send pkt0rcv pkt0
pkt0
ack0
(d) retransmissatildeo prematura
pkt1timeout
resend pkt1
ack1
send ack1
ignorarcv ack1
ack1send pkt0rcv ack1 pkt0
rcv pkt0send ack0ack0
3 Camada de Transporte 38
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Desempenho do rdt30
rdt30 funciona poreacutem seu desempenho eacute sofriacutevel Exemplo enlace de 1 Gbps retardo fim a fim de 15
ms pacote de 8000 bits
pac de 1KB a cada 30 mseg -gt vazatildeo de 33kBseg num enlace de 1 Gbps
protocolo limita uso dos recursos fiacutesicos
U sender =
00088 30008
= 000027 microseconds
L R RTT + L R
=
dosmicrosegun8bps10bits8000
9 ===RLdtrans
3 Camada de Transporte 39
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
rdt30 operaccedilatildeo pare e espere
000270008300080
RTT
tx ==+
=RL
RLU
3 Camada de Transporte 40
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Protocolos com paralelismo (pipelining)Paralelismo (pipelining) transmissor envia vaacuterios
pacotes em sequecircncia todos esperando para serem reconhecidos faixa de nuacutemeros de sequecircncia deve ser aumentada Armazenamento no transmissor eou no receptor
Duas formas geneacutericas de protocolos com paralelismo Go-back-N retransmissatildeo seletiva
(a) operaccedilatildeo do protocolo pare e espere (a) operaccedilatildeo do protocolo com paralelismo
3 Camada de Transporte 41
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Paralelismo aumento da utilizaccedilatildeo
000810008300240
RTT3
tx ==+
acute=
RLRLU
Aumenta a utilizaccedilatildeopor um fator de 3
3 Camada de Transporte 42
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Protocolos com ParalelismoGo-back-N O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia apenas ackscumulativos Natildeo reconhece pacote se
houver falha de seq Transmissor possui um
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite todos os pacotes ainda natildeo reconhecidos
Retransmissatildeo seletiva O transmissor pode ter ateacute N
pacotes natildeo reconhecidos no ldquotubordquo
Receptor envia acksindividuais para cada pacote
Transmissor possui um temporizador para cada pacote ainda natildeo reconhecido Se o temporizador
estourar retransmite apenas o pacote correspondente
3 Camada de Transporte 43
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Go-back-N (GBN)Transmissor no de seq de k-bits no cabeccedilalho do pacote admite ldquojanelardquo de ateacute N pacotes consecutivos natildeo
reconhecidos
ACK(n) reconhece todos pacotes ateacute e inclusive no de seq n -ldquoACKreconhecimento cumulativordquo pode receber ACKs duplicados (veja receptor)
temporizador para o pacote mais antigo ainda natildeo confirmado Estouro do temporizador retransmite todos os pacotes
pendentes3 Camada de Transporte 44
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
GBN FSM estendida para o transmissor
If getacknum(rcvpkt)gt=base
3 Camada de Transporte 45
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
GBN FSM estendida para o receptor
receptor simples usa apenas ACK sempre envia
ACK para pacote recebido corretamente com o maior no de seq em-ordem pode gerar ACKs duplicados soacute precisa se lembrar do
expectedseqnum
pacotes fora de ordem descarta (natildeo armazena) -gt
receptor natildeo usa buffers reconhece pacote com o
nuacutemero de sequecircncia mais alto em-ordem
3 Camada de Transporte 46
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
send pkt0send pkt1send pkt2send pkt3
(wait)
sender receiver
receive pkt0 send ack0receive pkt1 send ack1
receive pkt3 discard (re)send ack1rcv ack0 send pkt4
rcv ack1 send pkt5
timeoutsend pkt2send pkt3send pkt4send pkt5
Xloss
receive pkt4 discard (re)send ack1
receive pkt5 discard (re)send ack1
rcv pkt2 deliver send ack2rcv pkt3 deliver send ack3rcv pkt4 deliver send ack4rcv pkt5 deliver send ack5
ignore duplicate ACK
0 1 2 3 4 5 6 7 8
sender window (N=4)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 Camada de Transporte 47
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Retransmissatildeo seletiva
receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente armazena pacotes no buffer conforme necessaacuterio para
posterior entrega em-ordem agrave camada superior transmissor apenas reenvia pacotes para os quais
um ACK natildeo foi recebido temporizador de remetente para cada pacote sem ACK
janela do transmissatildeo N nuacutemeros de sequecircncia consecutivos outra vez limita nuacutemeros de sequecircncia de pacotes
enviados mas ainda natildeo reconhecidos
3 Camada de Transporte 48
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Retransmissatildeo seletiva janelas do transmissor e do receptor
reconhecido
3 Camada de Transporte 49
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Retransmissatildeo seletiva
dados de cima se proacutex no de seq (n)
disponiacutevel estiver na janela envia o pacote e liga temporizador(n)
estouro do temporizador(n) reenvia pacote n reinicia
temporizador(n)ACK(n) em [sendbasesendbase+N] marca pacote n como
ldquorecebidordquo se n for menor pacote natildeo
reconhecido avanccedila base da janela ao proacutex no de seq natildeo reconhecido
pacote n em [rcvbase rcvbase+N-1]
envia ACK(n) fora de ordem armazena em ordem entrega (tb
entrega pacotes armazenados em ordem) avanccedila janela p proacutexima pacote ainda natildeo recebido
pacote n em [rcvbase-Nrcvbase-1]
ACK(n)senatildeo ignora
receptortransmissor
3 Camada de Transporte 50
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Retransmissatildeo seletiva em accedilatildeo
3 Camada de Transporte 51
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Retransmissatildeo seletiva dilemaExemplo nos de seq 0 1 2 3 tam de janela =3
receptor natildeo vecirc diferenccedila entre os dois cenaacuterios
incorretamente passa dados duplicados como novos em (a)
P qual a relaccedilatildeo entre tamanho de no de seq e tamanho de janela
3 Camada de Transporte 52
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 53
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
TCP Visatildeo geral RFCs 793 1122 1323 2018 2581
transmissatildeo full duplex fluxo de dados bi-direcional
na mesma conexatildeo MSS tamanho maacuteximo de
segmento orientado a conexatildeo
handshaking (troca de msgsde controle) inicia estado do transmissor e do receptor antes da troca de dados
fluxo controlado receptor natildeo seraacute afogado
pelo transmissor
ponto a ponto um transmissor um receptor
fluxo de bytes ordenados confiaacutevel natildeo estruturado em msgs
com paralelismo (pipelined) tam da janela ajustado por
controle de fluxo e congestionamento do TCP
3 Camada de Transporte 54
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Estrutura do segmento TCP
URG dados urgentes (pouco usado)
ACK campo de ACKeacute vaacutelido
PSH produz envio dedados (pouco usado)
RST SYN FINestabelec de conexatildeo
(comandos de criaccedilatildeo e teacutermino)
Internetchecksum
(como no UDP)
nuacutemero de bytes receptor estaacutepronto para aceitar
contagem porbytes de dados(natildeosegmentos)
3 Camada de Transporte 55
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
TCP nos de seq e ACKs
Nos de seq ldquonuacutemerordquodentro do
fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento
ACKs no de seq do proacutex byte
esperado do outro lado ACK cumulativo
P como receptor trata segmentos fora da ordem R espec do TCP omissa
- deixado ao implementador
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento que chega ao ldquotransmissorrdquo
A
sent ACKed
sent not-yet ACKed(ldquoin-flightrdquo)
usablebut not yet sent
not usable
window sizeN
sender sequence number space
source port dest port
sequence numberacknowledgement number
checksum
rwndurg pointer
segmento de saiacuteda do ldquotransmissorrdquo
3 Camada de Transporte 56
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
TCP nos de seq e ACKs
cenaacuterio telnet simples
3 Camada de Transporte 57
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
TCP tempo de viagem de ida e volta (RTT ndashRound Trip Time) e Temporizaccedilatildeo
P como escolher o valor do temporizador TCP
maior que o RTT mas o RTT varia
muito curto temporizaccedilatildeo prematura retransmissotildees
desnecessaacuterias muito longo reaccedilatildeo
demorada agrave perda de segmentos
P como estimar RTT SampleRTT tempo medido entre
a transmissatildeo do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissotildees
SampleRTT varia de forma raacutepida eacute desejaacutevel um ldquoamortecedorrdquo para a estimativa do RTT usa vaacuterias mediccedilotildees recentes
natildeo apenas o uacuteltimo SampleRTT obtido
3 Camada de Transporte 58
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
TCP Tempo de Resposta (RTT) e TemporizaccedilatildeoEstimatedRTT = (1-a) EstimatedRTT + aSampleRTT
meacutedia moacutevel exponencialmente ponderada influecircncia de cada amostra diminui exponencialmente com o
tempo valor tiacutepico de a = 0125
3 Camada de Transporte 59
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
TCP Tempo de Resposta (RTT) e Temporizaccedilatildeo
Escolhendo o intervalo de temporizaccedilatildeo EstimatedRTT mais uma ldquomargem de seguranccedilardquo
grandes variaccedilotildees no EstimatedRTT-gt maior margem de seguranccedila
primeiro estimar o quanto a SampleRTT se desvia do EstimatedRTT
Entatildeo ajusta o temporizador paraTimeoutInterval = EstimatedRTT + 4DevRTT
DevRTT = (1-b) DevRTT +b|SampleRTT - EstimatedRTT|
(valor tiacutepico de b = 025)
3 Camada de Transporte 60
RTT estimado ldquomargem de seguranccedilardquo
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 61
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Transferecircncia de dados confiaacutevel do TCP O TCP cria um serviccedilo
rdt sobre o serviccedilo natildeo confiaacutevel do IP Segmentos transmitidos
em ldquoparalelordquo (pipelined) Acks cumulativos O TCP usa um uacutenico
temporizador para retransmissotildees
As retransmissotildees satildeo disparadas por estouros de
temporizaccedilatildeo acks duplicados
Considere inicialmente um transmissor TCP simplificado ignore acks duplicados ignore controles de
fluxo e de congestionamento
3 Camada de Transporte 62
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Eventos do transmissor TCP
Dados recebidos da aplicaccedilatildeo Cria segmento com no de
sequecircncia (nseq) nseq eacute o nuacutemero de
sequecircncia do primeiro byte de dados do segmento
Liga o temporizador se jaacute natildeo estiver ligado (temporizaccedilatildeo do segmento mais antigo ainda natildeo reconhecido)
Valor do temporizador calculado anteriormente
Estouro do temporizador Retransmite o segmento
que causou o estouro do temporizador
Reinicia o temporizadorRecepccedilatildeo de Ack Se reconhecer segmentos
ainda natildeo reconhecidos atualizar informaccedilatildeo sobre
o que foi reconhecido religa o temporizador se
ainda houver segmentos pendentes (natildeo reconhecidos)
3 Camada de Transporte 63
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Transmissor TCP (simplificado)
3 Camada de Transporte 64
waitfor
event
NextSeqNum = InitialSeqNumSendBase = InitialSeqNum
L
create segment seq NextSeqNumpass segment to IP (ie ldquosendrdquo)NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) if (timer currently not running)
start timer
data received from application above
retransmit not-yet-acked segment with smallest seq
start timer
timeout
if (y gt SendBase) SendBase = y SendBasendash1 last cumulatively ACKed byte if (there are currently not-yet-acked segments)
start timerelse stop timer
ACK received with ACK field value y
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo
Cenaacuterio com perdado ACK
Temporizaccedilatildeo prematuraACKs cumulativos
Religatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
Religatemporizaccedilatildeo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 65
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
TCP cenaacuterios de retransmissatildeo (mais)
Cenaacuterio de ACK cumulativo
Desligatemporizaccedilatildeo
3 Camada de Transporte 66
Seq=120 15 bytes of data
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
TCP geraccedilatildeo de ACKs [RFCs 1122 2581]
Evento no Receptor
chegada de segmento em ordemsem lacunasanteriores jaacute reconhecidos
chegada de segmento em ordemsem lacunasum ACK retardado pendente
chegada de segmento fora de ordem com no de seq maiorque esperado -gt lacuna
chegada de segmento que preenche a lacuna parcial oucompletamente
Accedilatildeo do Receptor TCP
ACK retardado Espera ateacute 500mspelo proacutex segmento Se natildeo chegarsegmento envia ACK
envia imediatamente um uacutenicoACK cumulativo
envia ACK duplicado indicando no de seqdo proacuteximo byte esperado
ACK imediato se segmento comeccedila no iniacutecio da lacuna
3 Camada de Transporte 67
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Retransmissatildeo raacutepida do TCP
O intervalo do temporizador eacute frequentemente bastante longo longo atraso antes de
retransmitir um pacote perdido
Detecta segmentos perdidos atraveacutes de ACKsduplicados O transmissor
normalmente envia diversos segmentos
Se um segmento se perder provavelmente haveraacute muitos ACKsduplicados
3 Camada de Transporte 68
se o transmissor receber 3 ACKs para os mesmos dados (ldquotrecircs ACKs duplicadosrdquo)retransmite segmentos natildeo reconhecidos com menores nos de seqsect provavelmente o
segmento natildeo reconhecido se perdeu natildeo eacute preciso esperar o temporizador
retx raacutepida do TCP
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Retransmissatildeo de um segmento apoacutes trecircs ACKs duplicados
X
Host BHost A
Seq=92 8 bytes of data
ACK=100
ACK=100
ACK=100ACK=100
Seq=100 20 bytes of data
Seq=100 20 bytes of data
timeo
ut
3 Camada de Transporte 69
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 70
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Controle de Fluxo do TCP
o receptor controla o transmissor de modo que este natildeo inunde o buffer do receptor transmitindo muito e rapidamente
Controle de fluxo
processode aplicaccedilatildeo
Buffers de recepccedilatildeodo socket TCP
TCPcode
IPcode
aplicaccedilatildeoSO
pilha de protocolos no receptor
a aplicaccedilatildeo pode remover dados dos buffers do socket TCP hellip
hellip mais devagar do que o receptor TCP
estaacute entregando(transmissor estaacute
enviando)
do transmissor
3 Camada de Transporte 71
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Controle de Fluxo do TCP como funciona
O receptor ldquoanunciardquo o espaccedilo livre do buffer incluindo o valor da rwndnos cabeccedilalhos TCP dos segmentos que saem do receptor para o transmissor Tamanho do RcvBuffer eacute
configurado atraveacutes das opccedilotildees do socket (o valor default eacute de 4096 bytes)
muitos sistemas operacionais ajustam RcvBuffer automaticamente
O transmissor limita a quantidade os dados natildeo reconhecidos ao tamanho do rwnd recebido
Garante que o buffer do receptor natildeo transbordaraacute
dados armazenados
espaccedilo livrerwnd
RcvBuffer
carga dos segmentos TCP
para processo de aplicaccedilatildeo
armazenamento no lado do receptor
3 Camada de Transporte 72
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP estrutura do segmento transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo gerenciamento da conexatildeo
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 73
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
TCP Gerenciamento de Conexotildeesantes de trocar dados transmissor e receptor TCP dialogam concordam em estabelecer uma conexatildeo (cada um sabendo
que o outro quer estabelecer a conexatildeo) concordam com os paracircmetros da conexatildeo
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
estado conexatildeo ESTABvariaacuteveis conexatildeoNoseq cliente-p-servidor
servidor-p-clientetamanho rcvBuffer
no servidorcliente
aplicaccedilatildeo
network
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
3 Camada de Transporte 74
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
P a apresentaccedilatildeo em duas vias sempre funciona em redes
atrasos variaacuteveis mensagens retransmitidas
(ex req_conn(x)) devido agrave perda de mensagem
reordenaccedilatildeo de mensagens natildeo consegue ver o outro lado
Apresentaccedilatildeo de duas vias(2-way handshake)
Letrsquos talk
OKESTAB
ESTAB
choose x req_conn(x)ESTAB
ESTABacc_conn(x)
3 Camada de Transporte 75
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Concordando em estabelecer uma conexatildeo
cenaacuterios de falha da apresentaccedilatildeo de duas vias
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
conexatildeo aberta pela metade(sem cliente)
clientetermina
servidoresquece x
teacutermino daconexatildeo x
retransmitereq_conn(x)
ESTAB
req_conn(x)
data(x+1)
retransmitedados(x+1)
aceitadados(x+1)
escolhe xreq_conn(x)
ESTAB
ESTAB
acc_conn(x)
clientetermina
ESTAB
escolhe xreq_conn(x)
ESTABacc_conn(x)
data(x+1) aceitadados(x+1)
teacutermino daconexatildeo x servidor
esquece x
3 Camada de Transporte 76
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
SYNbit=1 Seq=x
escolhe no seq inicial xenvia msg TCP SYN
ESTAB
SYNbit=1 Seq=yACKbit=1 ACKnum=x+1
escolhe no seq inicial yenvia msg SYNACK reconhecendo o SYN
ACKbit=1 ACKnum=y+1
SYNACK(x) recebido Indica que o servidor estaacute
ativoenvia ACK para SYNACK
este segmento pode conterdados do cliente para
servidorACK(y) recebidoindica que o cliente estaacute ativo
SYNSENT
ESTAB
SYN RCVD
estado do clienteLISTEN
estado do servidor
LISTEN
3 Camada de Transporte 77
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
closed
L
listen
SYNrcvd
SYNsent
ESTAB
Socket clientSocket = newSocket(hostnameport number)
SYN(seq=x)
Socket connectionSocket = welcomeSocketaccept()
SYN(x)SYNACK(seq=yACKnum=x+1)
cria novo socket paracomunicaccedilatildeo com o cliente
SYNACK(seq=yACKnum=x+1)ACK(ACKnum=y+1)ACK(ACKnum=y+1)
L
Apresentaccedilatildeo de trecircs vias do TCP
3 Camada de Transporte 78
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
TCP Encerrando uma conexatildeo
seja o cliente que o servidor fecham cada um o seu lado da conexatildeo enviam segmento TCP com bit FIN = 1
respondem ao FIN recebido com um ACK ao receber um FIN ACK pode ser combinado
com o proacuteprio FIN lida com trocas de FIN simultacircneos
3 Camada de Transporte 79
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
TCP Encerrando uma conexatildeo
FIN_WAIT_2
CLOSE_WAIT
FINbit=1 seq=y
ACKbit=1 ACKnum=y+1
ACKbit=1 ACKnum=x+1espera o teacutermino
pelo servidor
ainda pode enviar dados
natildeo pode maisenviar dados
LAST_ACK
CLOSED
TIMED_WAIT
espera temporizadapor 2tempo maacuteximo de vida do segmento
CLOSED
FIN_WAIT_1 FINbit=1 seq=xnatildeo pode mais enviar mas pode
receber dados
clientSocketclose()
estado do cliente estado do servidor
ESTABESTAB
3 Camada de Transporte 80
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 81
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Princiacutepios de Controle de CongestionamentoCongestionamento informalmente ldquomuitas fontes enviando dados
acima da capacidade da rede de trataacute-losrdquo diferente de controle de fluxo Sintomas
perda de pacotes (saturaccedilatildeo de buffers nos roteadores)
longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores)
um dos 10 problemas mais importantes em redes
3 Camada de Transporte 82
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 1
dois remetentes dois receptores
um roteador buffers infinitos
sem retransmissatildeo capacidade do link
de saiacuteda R
Vazatildeo maacutexima por conexatildeo R2
Grandes atrasos qdo taxa de chegada se aproxima da capacidade 3 Camada de Transporte 83
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Causascustos de congest cenaacuterio 2 Um roteador buffers finitos retransmissatildeo pelo remetente de pacote perdido
entrada camada apl = saiacuteda camada apl lin = lout
entrada camada transp inclui retransmissotildees lrsquoin ge lout
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
3 Camada de Transporte 84
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo conhecimento perfeito transmissor envia apenas
quando houver buffer disponiacutevel no roteador
Buffers de enlace de saiacuteda finitos
compartilhados
Hospedeiro A lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro C
Hospedeiro D
R2
R2
l out
lin
coacutepia
espaccedilo livre em buffer
3 Camada de Transporte 85
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
coacutepia
sem espaccedilo em buffer
3 Camada de Transporte 86
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Causascustos de congest cenaacuterio 2Idealizaccedilatildeo perda conhecida pacotes podem ser perdidos descartados no roteador devido a buffers cheios transmissor apenas retransmite
se o pacote sabidamente se perdeu
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildees mas assintoticamente a goodput ainda seriaR2 (por que)
3 Camada de Transporte 87
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
A
lin dados originais
loutlin dados originais mais dados retransmitidos
Hospedeiro B
Hospedeiro D
espaccedilo livre em buffer
timeout
R2
R2lin
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
3 Camada de Transporte 88
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Causascustos de congest cenaacuterio 2Realidade duplicatas pacotes podem ser perdidos
descartados no roteador devido a buffers cheios
retransmissatildeo prematura envio de duas coacutepias ambas entregues
R2
R2
l out
ao transmitir a R2 alguns pacotes satildeoretransmissotildeesincluindo duplicatasque satildeo entregues
ldquocustosrdquo do congestionamentobull mais trabalho (retransmissotildees) para uma dada ldquogoodputrdquobull Retransmissotildees desnecessaacuterias link transporta muacuteltiplas coacutepias
do pacotebull diminuindo a ldquogoodputrdquo
lin
3 Camada de Transporte 89
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3 quatro remetentes caminhos com muacuteltiplos
enlaces temporizaccedilatildeo
retransmissatildeo
P o que acontece agrave medida que lin e lrsquoin crescem
R agrave medida que lrsquoin vermelho cresce todos os pacotes azuis que chegam agrave fila superior satildeo descartados vazatildeo azul -gt 0
Buffers de enlace de saiacuteda finitos compartilhados
lin dados originais lout
lin dados originais mais dados retransmitidos
3 Camada de Transporte 90
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Causascustos de congestionamento cenaacuterio 3
Outro ldquocustordquo de congestionamento quando pacote eacute descartado qq capacidade de transmissatildeo
jaacute usada (antes do descarte) para esse pacote foi desperdiccedilada
R2
3 Camada de Transporte 91
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Abordagens de controle de congestionamento
Controle de congestionamento fim a fim
natildeo usa realimentaccedilatildeo expliacutecita da rede
congestionamento eacute inferido a partir das perdas e dos atrasos observados nos sistemas finais
abordagem usada pelo TCP
Controle de congestionamento assistido pela rede
roteadores enviam informaccedilotildees para os sistemas finais bit indicando
congestionamento (SNA DECbit TCPIP ECN ATM)
taxa expliacutecita para envio pelo transmissor
Duas abordagens gerais para controle de congestionamento
3 Camada de Transporte 92
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABRABR (available bit rate) ldquoserviccedilo elaacutesticordquo se caminho do transmissor
estaacute pouco usado transmissor pode usar
banda disponiacutevel se caminho do transmissor
estiver congestionado transmissor limitado agrave
taxa miacutenima garantida
ceacutelulas RM (resource management)
enviadas pelo transmissor entremeadas com ceacutelulas de dados
bits na ceacutelula RM iniciados por comutadores (ldquoassistido pela rederdquo) bit NI natildeo aumente a taxa
(congestionamento moderado) bit CI indicaccedilatildeo de
congestionamento ceacutelulas RM devolvidas ao
transmissor pelo receptor sem alteraccedilatildeo dos bits
3 Camada de Transporte 93
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Estudo de caso controle de congestionamento do serviccedilo ATM ABR
Campo ER (explicit rate) de 2 bytes nas ceacutelulas RM comutador congestionado pode reduzir valor de ER nas ceacutelulas taxa do transmissor assim ajustada p menor valor possiacutevel entre os
comutadores do caminho bit EFCI em ceacutelulas de dados ligado pelos comutadores
congestionados se EFCI ligado em ceacutelulas de dados que precedem a ceacutelula RM
receptor liga bit CI na ceacutelula RM devolvida 3 Camada de Transporte 94
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Conteuacutedo do Capiacutetulo 3
31 Introduccedilatildeo e serviccedilos de camada de transporte
32 Multiplexaccedilatildeo e demultiplexaccedilatildeo
33 Transporte natildeo orientado para conexatildeo UDP
34 Princiacutepios da transferecircncia confiaacutevel de dados
35 Transporte orientado para conexatildeo TCP
36 Princiacutepios de controle de congestionamento
37 Controle de congestionamento no TCP
3 Camada de Transporte 95
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Controle de Congestionamento do TCP aumento aditivo diminuiccedilatildeo multiplicativa
Abordagem aumentar a taxa de transmissatildeo (tamanho da janela) testando a largura de banda utilizaacutevel ateacute que ocorra uma perda aumento aditivo incrementa cwnd de 1 MSS a cada RTT
ateacute detectar uma perda diminuiccedilatildeo multiplicativa corta cwnd pela metade apoacutes
evento de perda
Comportamento de dente de serra
testando a largura de banda
96
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Controle de Congestionamento do TCP detalhes
transmissor limita a transmissatildeoLastByteSent-LastByteAcked
pound cwnd
Aproximadamente
cwnd eacute dinacircmica em funccedilatildeo do congestionamento detectado na rede
Como o transmissor detecta o congestionamento
evento de perda = estouro do temporizador ou 3 acksduplicados
transmissor TCP reduz a taxa (cwnd) apoacutes evento de perda
trecircs mecanismos AIMD partida lenta conservador apoacutes eventos
de estouro de temporizaccedilatildeo (prevenccedilatildeo de congestionamento)
taxa = cwndRTT
Bytesseg
3 Camada de Transporte 97
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
No iniacutecio da conexatildeo aumenta a taxa exponencialmente ateacute o primeiro evento de perda inicialmente cwnd = 1 MSS duplica cwnd a cada RTT atraveacutes do incremento da cwnd para cada ACK recebido
Resumo taxa inicial eacute baixa mas cresce rapidamente de forma exponencial
TCP Partida lentaA
RTT
B
tempo
3 Camada de Transporte 98
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
TCP detectando reagindo a perdas
perda indicada pelo estouro de temporizador cwnd eacute reduzida a 1 MSS janela cresce exponencialmente (como na partida
lenta) ateacute um limiar depois cresce linearmente perda indicada por ACKs duplicados TCP RENO
ACKs duplicados indicam que a rede eacute capaz de entregar alguns segmentos
corta cwnd pela metade depois cresce linearmente
O TCP Tahoe sempre reduz a cwnd para 1 (seja por estouro de temporizador que trecircs ACKS duplicados)
3 Camada de Transporte 99
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
TCP mudando da partida lenta para a CA
P Quando o crescimento exponencial deve mudar para linear
R Quando cwnd atingir 12 do seu valor antes da detecccedilatildeo de perda
Implementaccedilatildeo Limiar (Threshold) variaacutevel
(ssthresh) Com uma perda o limiar
(ssthresh) eacute ajustado para 12 da cwnd imediatamente antes do evento de perda
3 Camada de Transporte 100
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Controle de congestionamento do transmissor TCP
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
Lcwnd gt ssthresh prevenccedilatildeo
decongest
cwnd = cwnd + MSS (MSScwnd)dupACKcount = 0
transmite novos segmentos como permitido
novo ACK
dupACKcount++ACK duplicado
recuperaccedilatildeoraacutepida
cwnd = cwnd + MSStransmite novos segmentos como permitido
ACK duplicado
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3
retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3
timeoutssthresh = cwnd2cwnd = 1 dupACKcount = 0retransmite os segmentos que faltam
ssthresh= cwnd2cwnd = ssthresh + 3retransmite os segmentos que faltam
dupACKcount == 3cwnd = ssthreshdupACKcount = 0
Novo ACK
partidalenta
timeoutssthresh = cwnd2
cwnd = 1 MSSdupACKcount = 0
retransmite os segmentos que faltam
cwnd = cwnd+MSSdupACKcount = 0transmite novos segmentos como permitido
novo ACKdupACKcount++ACK duplicado
Lcwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KBdupACKcount = 0
NovoACK
NovoACK
NovoACK
3 Camada de Transporte 101
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Vazatildeo (throughput) do TCP
Qual eacute a vazatildeo meacutedia do TCP em funccedilatildeo do tamanho da janela e do RTT Ignore a partida lenta assuma que sempre haja dados a serem
transmitidos Seja W o tamanho da janela (medida em bytes) quando ocorre uma
perda Tamanho meacutedio da janela eacute frac34 W Vazatildeo meacutedia eacute de frac34 W por RTT
W
W2
3 Camada de Transporte 102
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Futuro do TCP
Exemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms deseja vazatildeo de 10 Gbps
Requer janela de W = 83333 segmentos em tracircnsito
Vazatildeo em termos de taxa de perdas (L) [Mathis 1997]
L = 210-10 Taxa de perdas demasiado baixa Satildeo necessaacuterias novas versotildees do TCP para altas
velocidades
LRTTMSStimes
=221TCP do vazatildeo
3 Camada de Transporte 103
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Equidade (Fairness) do TCP
Objetivo de equidade se K sessotildees TCP compartilham o mesmo enlace de gargalo com largura de banda R cada uma deve obter uma taxa meacutedia de RK
Conexatildeo TCP 1
Roteadorcom gargalo decapacidade RConexatildeo
TCP 2
3 Camada de Transporte 104
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Por que o TCP eacute justoDuas sessotildees competindo pela banda Aumento aditivo daacute gradiente de 1 enquanto vazatildeo aumenta Reduccedilatildeo multiplicativa diminui vazatildeo proporcionalmente
R
R
compartilhamento igual da banda
Vazatildeo da conexatildeo 1
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
prevenccedilatildeo de congest aumento aditivoperda diminui janela por fator de 2
3 Camada de Transporte 105
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Equidade (mais)Equidade e UDP Aplicaccedilotildees multimiacutedia
frequentemente natildeo usam TCP natildeo querem a taxa
estrangulada pelo controle de congestionamento
Preferem usar o UDP Injeta aacuteudioviacutedeo a taxas
constantes toleram perdas de pacotes
Equidade e conexotildees TCP em paralelo
nada impede que as apls abram conexotildees paralelas entre 2 hosts
Os browsers Web fazem isto Exemplo canal com taxa R
compartilhado por 9 conexotildees novas aplicaccedilotildees pedem 1 TCP
obteacutem taxa de R10 novas aplicaccedilotildees pedem 11 TCPs
obteacutem taxa R2
3 Camada de Transporte 106
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107
Capiacutetulo 3 Resumo
Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de transporte multiplexaccedilatildeo
demultiplexaccedilatildeo transferecircncia confiaacutevel de
dados controle de fluxo controle de congestionamento
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo na Internet UDP TCP
Proacuteximo capiacutetulo saiacutemos da ldquobordardquo da
rede (camadas de aplicaccedilatildeo e transporte)
entramos no ldquonuacutecleordquoda rede
3 Camada de Transporte 107