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Capítulo 3: Camada de Transporte Metas do capítulo: entender os princípios atrás dos serviços da camada de transporte: multiplexação/ demultiplexação transferência confiável de dados controle de fluxo controle de congestionamento aprender sobre os protocolos da camada de transporte da Internet: UDP: transporte não orientado a conexões TCP: transporte orientado a conexões Controle de congestionamento do TCP 3: Camada de Transporte 1

Capítulo 3: Camada de Transporte - cin.ufpe.brsuruagy/cursos/redes/cap3-Kurose.pdf · Conteúdo do Capítulo 3 3.1 Introdução e serviços de camada de transporte 3.2 Multiplexação

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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