Universidade do Minho DatagramaIPmarco.uminho.pt/~dias/MICEI/CC-I/aulas/MICEI-CCI-2006-20007-b.pdffields 223.1.1 .1 223.1.1 .3 data DatagramaIP GCOM -Grupo de Comunicações por Computador

GCOM - Grupo de Comunicações por Computador Mestrado & Curso de Especialização em

Informática 63

Universidade do MinhoEscola de Engenharia

Departamento de Informática

misc

fields

source

IP addr

dest

IP addr data

• O datagrama não é modificado, desde a origematé ao destino. Quando muito, o datagrama podedar origem a um novo grupo de datagramas maispequenos (fragmentação)…

Datagrama IP


Informática 64



223.1.1.1

223.1.1.2

223.1.1.3

223.1.1.4 223.1.2.9

223.1.2.2

223.1.2.1

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

A

B

E

Dest. Net. next interf. #hops

223.1.1 1

223.1.2 223.1.1.4 2

223.1.3 223.1.1.4 2

Datagrama IP


Informática 65



Partindo de A, datagrama IP endereçado a B:1. Extrair endereço de rede de B;

2. B está na mesma rede de A;

3. Enviar datagrama directamente para B, pois B e A estão ligados directamente pelo mesmo link.

misc

fields223.1.1.1 223.1.1.3 data

Datagrama IP


Informática 66



Partindo de A, destino E:1. Extrair endereço de rede de E;

2. E está numa rede diferente, i.e., A e E não têm ligaçãodirecta pelo mesmo link;

3. Pela tabela de encaminhamento: próximo nó/interface é o 223.1.1.4;

4. Envia datagrama para router em 223.1.1.4;

5. Datagrama chega a 223.1.1.4;

(Continua…)

Datagrama IP

misc

fields223.1.1.1 223.1.2.2 data


Informática 67



Partindo de A, destino E:(Continuação)

5. Datagrama chega ao router por 223.1.1.4;6. Extrair endereço de rede de E;

7. E está na mesma rede da interface 223.1.2.9, i.e., o router e E estão ligados directamente pelo mesmo link;

8. Envia datagrama para 223.1.2.2 ( via interface 223.1.2.9).

Datagrama IP

misc

fields223.1.1.1 223.1.2.2 data


Informática 68


Departamento de InformáticaEncaminhamento IP

• Protocolos de Encaminhamento• Encaminhamento Interno/Externo

• Algoritmos de Vector de Distância (RIP, IGRP, BGP, etc)• Algoritmos de Estado das Ligações (OSPF)

• Processos de Encaminhamento• Executados pelos/nos Encaminhadores• Troca de informação: usando a rede (e suas rotas…)

• Encaminhadores• Diferentes protocolos, diferentes processos, diferentes

arquitecturas, uma Tabela de Encaminhamento


Informática 69


Departamento de InformáticaEncaminhamento IP


Informática 70


Departamento de InformáticaEncaminhadorArquitectura

• Portas de Entrada (Input Port)Ligação física, lógica; inspecção de tabelas; prepara expedição.

• Portas de Saída (Output Port)Armazena pacotes (buffer de saída); controlo ligação lógica; transmissão física.

• Lógica de Comutação (Switching)Interliga portas de Entrada e de Saída.

• Processador de Encaminhamento (Routing Processor)Através de protocolos de encaminhamento constrói tabelas de encaminhamento; gestão de funções de rede; etc.


Informática 71


Departamento de InformáticaEncaminhadorArquitectura


Informática 72


Departamento de InformáticaEncaminhadorProcessamento à entrada


Informática 73


Departamento de InformáticaEncaminhadorComutação Interna


Informática 74


Departamento de InformáticaEncaminhadorProcessamento de Saída


Informática 75


Departamento de InformáticaEncaminhadorFilas de Espera e Contenção à Saída


Informática 76


Departamento de InformáticaEncaminhadorFilas de Espera e Contenção à Entrada


Informática 77


Departamento de InformáticaQoS

• ESCALONAMENTO:

• FIFO (First In First Out)

• Priority Queuing

• Round Robin &Weighted Fair Queuing

• POLICIAMENTO:

• Leaky Bucket


Informática 78


Departamento de InformáticaQoSEscalonamento FIFO


Informática 79


Departamento de InformáticaQoSEscalonamento FIFO


Informática 80


Departamento de InformáticaQoSEscalonamento WFQ


Informática 81


Departamento de InformáticaQoSPoliciamento LB


Informática 82


Departamento de InformáticaParâmetros de QoS

Parameter MeaningPeak cell rate PCR Maximum rate at which cells will be sent

Sustained cell rate SCR The long-term average cell rate

Minimum cell rate MCR Theminimum acceptable cell rate

Cell delay variationtolerance CDVT Themaximum acceptable cell jitter

Cell loss ratio CLR Fraction of cells lost or delivered too late

Cell transfer delay CTD How long delivery takes (mean andmaximum)

Cell delay variation CDV The variance in cell delivery times

Cell error rate CER Fraction of cells delivered without error

Severely-errored cell block ratio SECBR Fraction of blocks garbled

Cell misinsertion rate CMR Fraction of cells delivered to wrong destination


Informática 83



• CBR: Constant Bit Rate

t - tempo

LBconstante

QoSLargura de Banda


Informática 84



• VBR: Variable Bit Rate

t - tempo

LBmínima.

LBMáxima.

QoSLargura de Banda


Informática 85



• ABR: Available Bit Rate

LBmínima.

t - tempo

QoSLargura de Banda


Informática 86



• Latência

• Round-Trip Delay (cumulativo)

• Atraso de propagação

• Atraso de transmissão

• Atraso de store-and-forward

• Atraso de processamento

• Jitter

• Latência variável (por unidade de informação)

QoSAtrasos


Informática 87


Departamento de InformáticaDatagrama IPv4


Informática 88


Departamento de InformáticaDatagrama IPv4: QoS


Informática 89


Departamento de InformáticaIPv4Fragmentação e Re-assemblagem

• MTU: Maximum Transfer Unit(Quantidade máxima de informação que um

datagrama pode transportar)

• Quando LENGTH(IP) > MTU fragmenta-se

• Reconstituição via Re-assemblagem (Onde?)


Informática 90



• Motivação:

• Espaço de endereçamento esgotar-se-ia

em 2008 (sem NAT e CIDR);

• Formato de cabeçalho mais simples facilita

maior velocidade comutação;

• Formato de cabeçalho facilita QoS;

• Endereços anycast: o melhor de vários

servidores/serviços replicados.

IPv6


Informática 91



• Formato datagrama IPv6:• Cabeçalho fixo de 40 byte;

• Pacote sem fragmentação intermédia;

• Campo Checksum removido (reduzir tempo de processamento em cada salto/hop);

• Options implementado com extra-cabeçalhoatravés do campo Next Header;

• ICMPv6: nova versão do ICMP

• Mensagens adicionais, e.g. “Packet Too Big”;

• Funções para gestão de grupos multicast.

IPv6


Informática 92


Departamento de InformáticaCabeçalhos: IPv4 vs IPv6

Hd Lgth Type of Service

Options

Total Length

Identification Flags Fragment Offset

Time to Live Protocol Header Checksum

Source Address

Destination Address

Padding

Priority Flow Label

Payload Length Next Header

Version

Version

IPv4 Header:

IPv6 Header:

Hop Limit

Source Address

Destination Address


Informática 93



Pilha Protocolar TCP/IP:Camada de Transporte


Informática 94



• Dois protocolos principais:

• User Datagram Protocol(RFC 768, August 1980)Serviço de Transporte não orientado àconexão (CLTS).

• Transmission Control Protocol(RFC 793, September 1981)Serviço de Transporte orientado àconexão (COTS).

• Outros protocolos de transporte:

• Real-Time Protocol.

Pilha Protocolar TCP/IP:Camada de Transporte


Informática 95



• Definições no RFC-1700.• Site com as atribuições actuais (#s de porta):

http://www.iana.org/assignments/port-numbers

• Números atribuídos na gama [0 – 1023].• Atribuição pela IANA (utilização reservada);• Usados para TCP, IP, UDP e outras Aplicações ou

Serviços-Bem-Conhecidos (WKS), p.ex. TELNET.• Gama de [1024 – 65535] deve ser registada (muitas

empresas registam as suas aplicações).• Dinâmicas: números de porta na gama [1024 – 65535].

Números de Porta e Serviços


Informática 96


Departamento de InformáticaUser Datagram Protocol

DADA SASA TFTF CRCCRCIP HeadIP Head UDP UDP ((Header+DataHeader+Data))

Source portSource port Destination portDestination port

DataData

Message lengthMessage length ChecksumChecksum

��


Informática 97


Departamento de InformáticaMultiplexagem Protocolar

FTPFTP

(21)(21)DNSDNS

(53)(53)TFTPTFTP

(69)(69)TELNETTELNET

(23)(23)

APPAPP

(Port)(Port)

TCP [6]TCP [6]

APPAPP

(Port)(Port)

UDP [17]UDP [17]Transport Transport (TCP/UDP)(TCP/UDP)

Network Network (IP)(IP)

Data LinkData Link

(Ethernet/etc)(Ethernet/etc)


Informática 98



Layer

4TSAP

Time

of day

server

(a) (b)

Host 1 Host 2 Host 1 Host 2

Process

ServerUser User

Process

Server

Multiplexagem ProtocolarExemplo


Informática 99



• Transporte fiável de informação;

• Fiabilidade conseguida via retransmissões

(GO-BACK-N);

• Controlo de fluxo por janela deslizante.

Transmission Control Protocol


Informática 100


Departamento de InformáticaTCPRetransmissões

• TCP retransmite segmentos quando o Transmission Timer (TT) expira;

• Quando TCP transmite um segmento, regista o tempo da transmissão (e o nº de sequência do segmento) e quando recebe um ACK, regista o tempo; isto permiteconhecer atraso médio (round-trip delay time);

• O TT é variável e actualizado lentamente por forma a acomodar variações de congestão na rede.


Informática 101



Primitive Meaning

SOCKET Create a new communication end point

BIND Attach a local address to a socket

LISTEN Announce willingness to accept connections;give queue size

ACCEPT Block the caller until a connection attempt arrives

CONNECT Actively attempt to establish a connection

SEND Send some data over the connection

RECEIVE Receive some data from the connection

CLOSE Release the connection

TCPPrimitivas Socket (UNIX)


Informática 102


Departamento de InformáticaTCPEstabelecimento Conecção

Time

Host 1 Host 2

SYN (SEQ = y, ACK = x + 1)

SYN (SEQ = x)

(SEQ = x + 1, ACK = y + 1)

Host 1 Host 2

SYN (SEQ = y, ACK = x + 1)

SYN (SEQ = x)

SYN (SEQ = y)

SYN (SEQ = x , ACK = y + 1)

(a) (b)

(a) TCP connection establishment in the normal case.(b) Call collision.


Informática 103



Application

does a 2Kwrite

Application

does a 3K

write

Applicationreads 2K

Sender is

blocked

Sender may

send up to 2K

Receiver's

buffer

0 4K

2K

2K

Empty

Full

2K SEQ = 0

2K SEQ = 2048

1K SEQ = 4096

ACK = 2048 WIN = 2048

ACK = 4096 WIN = 0

ACK = 4096 WIN = 2048

2 K1K

Sender Receiver

TCPGestão de Janela Deslizante


Informática 104



Application reads 1 byte

Window update segment sent

New byte arrives

Header

Header

Receiver's buffer is full

Receiver's buffer is full

Room for one more byte

Only 1 Byte

TCPSilly Window


Informática 105



Source portSource port Destination portDestination port

Sequence numberSequence number

Acknowledgment numberAcknowledgment number

Data offset Data offset ReservedReserved WindowWindow

ChecksumChecksum Urgent pointerUrgent pointer

OptionsOptions PaddingPadding

TCP dataTCP data

UURRPP

AACCKK

PPSSHH

RRSSTT

SSYYNN

FFIINN

Segmento TCP


Informática 106



• Cada lado mantém os seus nºs de sequência.(Nº Sequência na gama: 0 - 2,147,483,6478)

• ACK = Nº de Sequência + bytes lidos + 1.

• Acknowledgments podem viajar nos segmentostransmitidos.

Seq = 203 ACK = xSeq = 203 ACK = x200 bytes of data200 bytes of data

Ack = 403Ack = 403

Host AHost A Host BHost B

Network

TCPSequenciação


Informática 107


Departamento de InformáticaTCPControlo de Congestão

• Congestão: “demasiadas fontes enviandopara a rede tráfego, demasiado rápido”

• Diferente de controlo de fluxo masinfluenciado por este!

• Manifestações:

• Pacotes perdidos (buffer overflow)

• Atrasos longos (queueing, buffers)

• Técnica Slow Start ajuda no combate àcongestão da rede.


Informática 108



1. É definida uma janela de congestão em cada sentido do tráfego TCP (a janela de congestão não é negociada, é assumida) de usalmente 512/536 bytes;

2. Cada ACK subsequente incrementa esta janelaexponencialmente (1, 2, 4, 8, etc.) até a um limite(threshold) que poderá ser o window-size;

3. Não existindo time-outs (ou ACKs duplicados) durante a transmissão, mantém-se janela igual ao window-size.

TCPSlow Start


Informática 109



• Quando TCP detecta congestão (ACKs duplicados ou time-out), o algoritmo recomeça:

• Compara os valores da janela de congestão e do window-size e define novo threshold como ½ do menor valor em que é detectada a congestão;

• Valor deve ser pelo menos de dois segmentos, excepto se a congestãofoi detectada por time-out; neste caso a janela de congestão é iniciadacom um segmento (slow start).

• Sempre que recebe ACKs, incrementa a janela de congestão.

• Crescimento mais linear da taxa de transmissão.

TCPSlow Start


Informática 110



RTT

initiate TCP

connection

request

objectfirst window

= S/R

second window

= 2S/R

third window

= 4S/R

fourth window

= 8S/R

complete

transmissionobject

delivered

time at

client

time at

server

TCPSlow Start


Informática 111



44

40

36

32

28

24

20

16

12

8

4

00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Congestion w

indo

w (

kilo

byte

s)

Transmission number

Threshold

TCPSlow Start


Informática 112



44

40

36

32

28

24

20

16

12

8

4

00 2 4 6 8 10 12

Timeout

Threshold

14 16 18 20 22 24

Congestion w

indo

w (

kilo

byte

s)

Transmission number

Threshold

TCPSlow Start


Informática 113



TCPTerminação

EnviaEnvia DatagramaDatagrama

FIN bit set SEQ = 400FIN bit set SEQ = 400

EnviaEnvia datagramadatagrama

ACK = 401ACK = 401

EnviaEnvia datagramadatagrama

FIN bit set, SEQ = 65FIN bit set, SEQ = 65

ACK = 401ACK = 401

EnviaEnvia ACK = 66ACK = 66

RecebeRecebe ACKACK

RecebeRecebe FIN FIN

e ACKe ACK


Informática 114


Departamento de InformáticaTCP Terminação (1)DR

ACK

Host 1 Host 2

DR

Send DR

+ start timer

Send DR

+ start timer

Send ACK

Release

connection

(Timeout)

release

connection

Release

connection

DR

ACK

Host 1 Host 2

DR

Send DR

+ start timer

Send DR

+ start timer

Send ACK

Release

connection

Lost

(a) (b)


Informática 115


Departamento de InformáticaTCP Terminação (2)

ACK

DR

(Timeout)

release

connection

(N Timeouts)

release

connection

( Timeout)

send DR

+ start timer

DR

DR

Host 1 Host 2

DR

Send DR

+ start timer

Send DR &

start timer

Send DR &

start timer

Send DR &

start timer

Send ACK

Release

connection

Release

connection

Lost

( Timeout)

send DR

+ start timer

DR

Host 1 Host 2

Send DR

+ start timer

Lost

Lost

(c) (d)

Documents

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