HY-335 : Δίθηοα Τπμιμγηζηώκ

Transcript

1 W N net works R E O T HY-335 : Δίθηοα Τπμιμγηζηώκ K Επίπεδο Μεηαθοράς Μανία Παπαδμπμύιε Σμήμα Γπηζηήμεξ Τπμιμγηζηώκ Πακεπηζηήμημ Κνήηεξ Υεημενηκό ελάμεκμ

2 Review Revisiting layers, encapsulation, decapsulation & packet Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 2

3 Μμκηέιμ επηπέδςκ Δηαδηθηύμο (ημίβα TCP/IP) εθανμμγήξ μεηαθμνάξ δηθηύμο δεύλεξ θοζηθό Σμήμα (segment) (IP) Datagram frame H 3 Μήκομα Γκζοιάθςζε Καζε επίπεδμ: Payload (data) Payload (data) Payload (data) Payload (data) Λαμβάκεη δεδμμέκα από ημ ακώηενμ επίπεδμ Πνμζζέηεη επηθεθαιίδα θαη δεμημονγεί κέα μμκάδα δεδμμέκςκ Πνμςζεί ηεκ κέα μμκάδα ζημ επόμεκμ επίπεδμ H 2 H 2 H 1 H 1 H 1

4 Γκζοιάθςζε

5 Brief Review on Network layer transport segment from sending to receiving host on sending side encapsulates segments into datagrams on rcving side, delivers segments to transport layer network layer protocols in every host, router router examines header fields in all IP datagrams passing through it application transport network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical Network Layer 4-5

6 TCP/UDP Segment 32 bits source port # dest port # άλλα πεδία επικεφαλίδας δεδμμέκα εθανμμγήξ (μήκομα) Data for 1 st segment Data for N-th segment File Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 6

7 IP datagram format IP protocol version number header length (bytes) type of data max number remaining hops (decremented at each router) upper layer protocol to deliver payload to how much overhead with TCP? 20 bytes of TCP 20 bytes of IP = 40 bytes + app layer overhead ver head. len 16-bit identifier time to live type of service upper layer 32 bits flgs length fragment offset header checksum 32 bit source IP address 32 bit destination IP address Options (if any) data (variable length, typically a TCP or UDP segment) total datagram length (bytes) for fragmentation/ reassembly E.g. timestamp, record route taken, specify list of routers to visit. Network Layer 4-7

8 Ethernet Frame (πιαίζημ) Ο απμζηέιιςκ adapter βάδεη ημ IP δεδμμεκόγναμμα (ή παθέημ θάπμημο άιιμο πνςημθόιιμο Γπηπέδμο Δηθηύμο) ζημ Ethernet πιαίζημ 8bytes 6byte s 6bytes bytes 4bytes Σογπνμκηζμόξ Δηόνζςζε ιαζώκ Preamble: 7 bytes με ημ μμηίβμ αθμιμοζμύμεκμ από έκα byte με ημ μμηίβμ πνεζημμπμηείηαη γηα κα ζογπνμκίδεη ηηξ ηημέξ ημο νμιμγημύ ημο παναιήπηε θαη ημο απμζημιέα Ο adapter λένεη πόηε έκα πιαίζημ ηειεηώκεη εκημπίδμκηαξ ηεκ απμοζία νεύμαημξ Οη Ethernet adapters μεηνάκε ηεκ ηάζε πνηκ θαη θαηά ηε δηάνθεηα ηεξ μεηάδμζεξ

9 Κεθ. 3: Γπίπεδμ μεηαθμνάξ ηόπμξ μαξ είκαη ε θαηακόεζε ηςκ: Ανπέξ πίζς από ηηξ οπενεζίεξ ημο επηπέδμο μεηαθμνάξ: Πμιοπιελία/απμπμιοπιελία Αληόπηζηε μεηαθμνά δεδμμέκςκ Έιεγπμξ νμήξ (flow control) Έιεγπμξ ζομθόνεζεξ (congestion control) Πνςηόθμιια επηπέδμο μεηαθμνάξ ζημ Internet: UDP: αζοκδεζηζηνεθήξ μεηαθμνά TCP: ζοκδεζηζηνεθήξ μεηαθμνά & έιεγπμξ ζομθόνεζεξ & νμήξ Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 9

10 Τπενεζίεξ θαη πνςηόθμιια επηπέδμο μεηαθμνάξ πανέπμοκ επηθμηκςκία ( εικονική/λογική ζύνδεζη) μεηαλύ εθανμμγώκ πμο ηνέπμοκ ζε δηαθμνεηηθμύξ hosts Πνςηόθμιια μεηαθμνάξ ηνέπμοκ ζε ηενμαηηθά ζοζηήμαηα o Απμζηέιιμοζα πιεονά: Χωρίδεη ηα μεκύμαηα ηεξ εθανμμγήξ ζε ημήμαηα (segments) θαη ηα πνμςζεί ζημ επίπεδμ δηθηύμο o Λαμβάκμοζα πιεονά: Γπακαζοκανμμιμγεί ηα segments μεκύμαηα θαη ηα πνμςζεί ζημ επίπεδμ εθανμμγώκ Πάκς από έκα πνςηόθμιια μεηαθμνάξ δηαζέζημα ζηηξ εθανμμγέξ m Internet: TCP & UDP application transport network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 10

11 Γπίπεδμ μεηαθμνάξ vs. δηθηύμο Γπίπεδμ δηθηύμο : επηθμηκςκία μεηαλύ hosts Να ζομάζηε ημ IP δεκ εγγοάηαη αληόπηζηε μεηάδμζε ηςκ παθέηςκ θαη ιήρε ημοξ ζύμθςκα με ηε ζεηνά πμο ζηάιζεθακ, μύηε όηη δεκ ζα οπάνλμοκ ιάζε ζε bits ηςκ παθέηςκ Γπίπεδμ μεηαθμνάξ: (ιμγηθή) επηθμηκςκία μεηαλύ δηενγαζηώκ m Βαζίδεηαη θαη επεθηείκεη ηηξ οπενεζίεξ επηπέδμο δηθηύμο Household analogy: 12 ζηέικμοκ γνάμμαηα ζε 12 παηδηά r r r r r Δηενγαζίεξ = παηδηά Μεκύμαηα εθανμμγώκ = γνάμμαηα ζε θαθέιμοξ hosts = ζπίηηα Πνςηόθμιιμ μεηαθμνάξ = γμκείξ ηςκ παηδηώκ Πνςηόθμιιμ επηπέδμο δηθηύμο = ηαποδνμμηθή οπενεζία Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 11

12 ηαδηθηοαθά πνςηόθμιια επηπέδμο μεηαθμνάξ UDP: Ακαληόπηζηε, πςνίξ εγγύεζε ζηε ζεηνά πανάδμζες ηωλ παθέηωλ Δεκ βειηηώκεη ημκ best-effort παναθηήνα ημο IP!!!! TCP: Αληόπηζηε, κε εγγύεζε ζηε ζεηνά πανάδμζες ηωλ παθέηωλ Έιεγπμξ ζομθόνεζεξ Έιεγπμξ νμήξ Γγθαζίδνοζε ζύκδεζεξ Με δηαζέζημεξ Γγγοήζεηξ θαζοζηένεζεξ Γγγοήζεηξ bandwidth application transport network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 12

13 Πμιοπιελία/απμπμιοπιελία (multiplexing/demultiplexing) Απμπμιοπιελία ζημ ιαμβάκμκηα host: Μεηαθένμκηαξ ηα segments πμο έπμοκ ιεθζεί ζημ ζςζηό socket = socket = process Πμιοπιελία ζημκ απμζηέιιμκηα host: Μαδεύμκηαξ δεδμμέκα από πμιιαπιά sockets, πνμζζέημκηαξ επηθεθαιίδα (πμο ανγόηενα πνεζημμπμηείηαη γηα demultiplexing) application P3 P1 P1 application P2 P4 application transport transport transport network network network link link link physical physical host 1 host 2 host 3 physical Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 13

14 Πώξ δμοιεύεη ε απμπμιοπιελία (demultiplexing) Σμ host ιαμβάκεη IP datagrams Κάζε datagram έπεη IP δηεύζοκζε πεγήξ, IP δηεύζοκζε πνμμνηζμμύ Κάζε datagram μεηαθένεη 1 segment επηπέδμο μεηαθμνάξ Κάζε segment έπεη ανηζμό ζύναξ (port) πεγήξ θαη πνμμνηζμμύ 32 bits Η ζοζθεοή πνεζημμπμηεί IP δηεοζύκζεηξ & ανηζμμύξ ζονώκ γηα κα θαηεοζύκεη ημ segment ζημ θαηάιιειμ socket source port # dest port # άλλα πεδία επικεφαλίδας δεδμμέκα εθανμμγήξ (μήκομα) Μμνθή TCP/UDP segment Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 14

15 Aπμπμιοπιελία πςνίξ ζύκδεζε (connectionless demultiplexing ) Δεμημονγεί sockets με ανηζμμύξ ζονώκ: DatagramSocket mysocket1 = new DatagramSocket(99111); DatagramSocket mysocket2 = new DatagramSocket(99222); UDP socket παναθηενίδεηαη από ηα παναθάης δύμ πεδία: IP δηεύζοκζε πνμμνηζμμύ, ανηζμόξ ζύναξ πνμμνηζμμύ Οηακ έκαξ host ιαμβάκεη έκα UDP segment: Γιέγπεη ημκ ανηζμό ζύναξ πνμμνηζμμύ ζημ segment Καηεοζύκεη ημ UDP segment ζημ socket με βάζε αοηό ημκ ανηζμό ζύναξ IP datagrams με δηαθμνεηηθή IP δηεύζοκζε πεγήξ ή/θαη ανηζμμύξ ζύναξ πεγήξ θαηεοζύκμκηαη ζημ ίδημ socket Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 15

16 Aπμπμιοπιελία πςνίξ ζύκδεζε (ζοκέπεηα) DatagramSocket serversocket = new DatagramSocket(6428); P2 P3 P1P1 SP: 6428 DP: 9157 SP: 6428 DP: 5775 SP: 9157 SP: 5775 client IP: A DP: 6428 server IP: C DP: 6428 Client IP:B Η ζύνα πεγήξ (SP) πανέπεη δηεύζοκζε επηζηνμθήξ Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 16

17 Απμπμιοπιελία με ζύκδεζε (Connectionoriented demultiplexing ) TCP socket παναθηενίδεηαη απμ 4 πεδία: source IP address source port number dest IP address dest port number Ο παναιήπηεξ πνεζημμπμηεί θαη ηα 4 πεδία γηα κα πνμςζήζεη ημ segment ζημ θαηάιιειμ socket Γκαξ server host μπμνεί κα οπμζηενίλεη πμιιαπιά TCP sockets ηαοηόπνμκα: θάζε socket παναθηενίδεηαη από ηε δηθή ημο 4-άδα Web servers έπμοκ δηαθμνεηηθά sockets γηα θάζε client πμο ζοκδέεηαη non-persistent HTTP έπμοκ δηαθμνεηηθά sockets γηα θάζε αίηεμα Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 17

18 Απμπμιοπιελία με ζύκδεζε (ζοκέπεηα) P1 P4 P5 P6 P2 P1P3 SP: 5775 DP: 80 S-IP: B D-IP:C SP: 9157 SP: 9157 client IP: A DP: 80 S-IP: A D-IP:C server IP: C DP: 80 S-IP: B D-IP:C Client IP:B Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 18

19 Απμπμιοπιελία με ζύκδεζε: Threaded Web Server P1 P4 P2 P1P3 SP: 5775 DP: 80 S-IP: B D-IP:C SP: 9157 SP: 9157 client IP: A DP: 80 S-IP: A D-IP:C server IP: C DP: 80 S-IP: B D-IP:C Client IP:B Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 19

20 UDP: User Datagram Protocol [RFC 768] Μηκημαιηζηηθό πνςηόθμιιμ μεηαθμνάξ ημο Δηαδηθηύμο Τπενεζία θαιύηενεξ δοκαηήξ πνμζπάζεηαξ (best-effort service), ηα UDP segments μπμνεί κα: παζμύκ παναιεθζμύκ από ηεκ εθανμμγή με ιάζμξ ζεηνά αζοκδεζηζηνεθέξ: Δεκ γίκεηαη πεηναρία (handshaking) μεηαλύ UDP sender, receiver Κάζε UDP segment ημ πεηνίδεηαη ημ UDP ακελάνηεηα από ηα άιια Ση ελοπενεηεί ημ UDP? Δεκ πνεηάδεηαη κα πνμεγεζεί εγθαηάζηαζε ζύκδεζεξ (πμο πνμζζέηεη θαζοζηένεζε) απιό: δεκ δηαηενεί θαηάζηαζε ζημοξ sender, receiver Μηθνή επηθεθαιίδα segment Δεκ πανέπεη έιεγτμ ζομθόνεζεξ: ημ UDP μπμνεί κα ζηείιεη δεδμμέκα όζμ γνήγμνα μπμνεί Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 20

21 UDP: πενηζζόηενα οπκά πνεζημμπμηείηαη γηα πμιομεζηθέξ εθανμμγέξ ζοκεπμύξ νμήξ (streaming multimedia apps) Ακμπή ζε απώιεηεξ Γοαηζζεζία ζημ νοζμό μήθμξ, ζε bytes ημο UDP segment, μαδί με ηεκ επηθεθαιίδα source port # dest port # length 32 bits checksum Άιιεξ πνήζεηξ ημο UDP DNS SNMP Αληόπηζηε μεηαθμνά πάκς από UDP: Πνμζηίζεηαη ε αλημπηζηία ζημ επίπεδμ εθανμμγήξ Ακάθαμρε από ιάζε με βάζε ηεκ εθανμμγή! δεδμμέκα εθανμμγήξ (μήκομα) Μμνθή UDP segment Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 21

22 Domain Name Server (DNS) o o Σνέπεη ζημ επίπεδμ εθανμμγήξ Η εθανμμγή DNS ηνέπεη ζε έκα host. Όηακ ζέιεη κα ζηείιεη έκα αίηεμαενώηεζε (query) Φηηάπκεη έκα μήκομα query θαη ημ πενκά ζημ UDP Δεκ γίκεηαη θάπμημ handshake με ημ UDP πμο ηνέπεη ζημκ παναιήπηε πμο είκαη μία άιιε ζοζθεοή ζημ δίθηομ Σμ UDP πνμζζέηεη μηα επηθεθαιίδα ζημ μήκομα θαη πνμςζεί ημ μήκομα ζημ επίπεδμ δηθηύμο To DNS ζημκ querying host πενημέκεη ηεκ απάκηεζε ζημ query πμο έζηεηιε Γάκ δεκ ιάβεη απάκηεζε (γηαηί είηε ημ query είηε ε απάκηεζε πάζεθακ) ηόηε ζηέικεη ημ query ζε άιιμ name server ή εηδμπμηεί ηεκ εθανμμγή όηη δε έπεη ιάβεη απάκηεζε Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 22

23 UDP checksum ηόπμξ: ακίπκεοζε ιαζώκ (π.π. ακεζηναμμέκα bits) ζημ μεηαδηδόμεκμ segment Αίηηα ιαζώκ: ζόνοβμξ θαη παρεκβοιές ζηε ζύκδεζε(δειαδή τακειό SNR) ή πνόβιεμα ζημ δνμμμιμγεηή Αθμύ ηα παμειόηενα επίπεδα έπμοκ ακίπκεοζε ιαζώκ γηαηί γίκεηαη από ημ UDP? Δεκ οπάνπεη εγγύεζε όηη όιεξ μη ζοκδέζεηξ (links) μεηαλύ απμζημιέα & παναιήπηε πνεζημμπμημύκ πνςηόθμιιμ ακίπκεοζεξ ιάζμοξ Απμζημιέαξ: Υεηνίδεηαη ηα πενηεπόμεκα ημο Τπμιμγίδεη ημ checksum ημο ιαμβακόμεκμ segment ςξ αθμιμοζία αθεναίςκ segment 16-bit Γιέγπεη εάκ ε οπμιμγηζζείζα ηημή ημο checksum: checksum ηζμύηαη με ηεκ ηημή ζημ πεδίμ checksum: ζομπιήνςμα ςξ πνμξ 1 ημο o αζνμίζμαημξ ηςκ πενηεπμμέκςκ NO ακίπκεοζε ιάζμοξ ημο segment o YES θαμία ακίπκεοζε ζθάιμαημξ Βάδεη ηεκ ηημή ημο checksum ζημ πεδίμ checksum ημο UDP Παναιήπηεξ: Aιιά μήπςξ οπάνπμοκ ιάζε πανά όια αο Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 23 Πενηζζόηενα μεηά...

24 Πανάδεηγμα Internet Checksum εμείςζε Όηακ πνμζζέημομε ανηζμμύξ έκα θναημύμεκμ από ημ πημ ζεμακηηθό bit πνέπεη κα πνμζηεζεί ζημ απμηέιεζμα Πανάδεηγμα: πνόζζεζε δύμ αθεναίςκ 16-bit wraparound sum checksum Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 24

25 Ανπέξ αληόπηζηεξ μεηαθμνάξ δεδμμέκςκ εμακηηθό ζηα επίπεδα εθανμμγήξ, μεηαθμνάξ θαη δεύλεξ top-10 ιίζηα με ζεμακηηθά ζέμαηα δηθηύμο! Σα παναθηενηζηηθά ημο με αληόπηζημο θακαιημύ ζα πνμζδημνίζμοκ ηεκ πμιοπιμθόηεηα ημο πνςημθόιιμο αληόπηζηεξ μεηαθμνάξ δεδμμέκςκ Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 25

26 ομθόνεζε (congestion) 10 Mbps 100 Mbps 1.5 Mbps bottleneck link Σα sources ακηαγςκίδμκηαη γηα ημοξ πόνμοξ ημο δηθηύμο, αιιά δεκ έπμοκ γκώζε ηςκ πόνςκ ημο δηθηύμο (state of resource) δεκ λένμοκ ηεκ ύπανλε ε μία ηεξ άιιεξ Με απμηέιεζμα: Παθέηα κα πάκμκηαη (ιόγς buffer overflow ζημοξ δνμμμιμγεηέξ) Μεγάιεξ θαζοζηενήζεηξ (ακαμμκή ζηηξ μονέξ ηςκ buffers ζημοξ δνμμμιμγεηέξ) throughput μηθνόηενμ από ημ bottleneck link (1.5Mbps γηα ηεκ παναπάκς ημπμιμγία) θαηάννεοζε ιόγς ζομθόνεζεξ Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 26

27 Καηάννεοζε ιόγς ζομθόνεζεξ (Congestion Collapse) Ονηζμόξ: Αύλεζε ζημ θόνημ δηθηύμο μδεγεί ζε μείςζε ηεξ πνήζημεξ δμοιεηάξ πμο γίκεηαη (transmission of data) Πμιιέξ πηζακέξ αηηίεξ o o επακαμεηαδόζεηξ παθέηςκ βνίζθμκηαη αθόμα ζε ελέιηλε θαηάννεοζε ιόγς ζομθόνεζεξ Πώξ μπμνεί κα ζομβεί αοηό με ηε δηαηήνεζε ηςκ παθέηςκ? Λύζε: θαιύηενμη timers θαη TCP έιεγπμξ ζομθόνεζεξ Με παναδμζέκηα παθέηα Σα παθέηα θαηακαιώκμοκ πόνμοξ θαη γίκμκηαη drop θάπμο αιιμύ ζημ δίθηομ Λύζε: έιεγπμξ ζομθόνεζεξ γηα ΌΛΗ ηεκ θίκεζε Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 27

28 Πνμζεγγίζεηξ Γιέγπμο ομθόνεζεξ End-to-end congestion control TCP takes this approach since IP does NOT provide feedback to the end system regarding network congestion Network-assisted congestion control Οη δνμμμιμγεηέξ ζηέικμοκ άμεζε πιενμθόνεζε ζημκ απμζημιέα, γηα πανάδεηγμα με ημοξ παναθάης ηνόπμοξ: a bit indicating congestion at a link or an explicit control message In ATM, the router can inform the sender explicitly of the transmission rate it (the router) can support on an outgoing Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 28 link

29 Πνμζεγγίζεηξ Γιέγπμο ομθόνεζεξ Two broad approaches towards congestion control: Network-assisted congestion control: m Routers provide feedback to end systems Single bit indicating congestion (SNA, DECbit, TCP/IP ECN, ATM) Explicit rate sender should send at Problem: makes routers complicated r End-end congestion control: m No explicit feedback from network m Congestion inferred from end-system observed loss, delay m Approach taken by TCP

30 Congestion Control and Avoidance A mechanism which: m Uses network resources efficiently m Preserves fair network resource allocation m Prevents or avoids collapse Congestion collapse is not just a theory m Has been frequently observed in many networks Transport Layer 4-30

31 TCP: Γπηζθόπεζε (1/4) RFCs: 793, 1122, 1323, 2018, 2581 ζεμείμ-πνμξ-ζεμείμ: Έκαξ απμζημιέαξ, έκαξ παναιήπηε (ζε ακηίζεζε με ημ multicasting) αληόπηζημ, ζε ζεηνά νμή ηςκ byte: Η εθανμμγή από επάκς ζα παναιάβεη ηα παθέηα ζηε ζςζηή ζεηνά pipelined: Ο TCP έιεγπμξ ζομθόνεζεξ & νμήξ ζέημοκ ημ μέγεζμξ παναζύνμο Πμιιά παθέηα μπμνμύκ κα έπμοκ ζηαιζεί ηαοηόπνμκα θαη κα μεκ έπμοκ γίκεη ACKed Buffers απμζημιήξ & παναιαβήξ!!! socket door application writes data TCP send buffer segment application reads data TCP receive buffer Πιήνςξ αμθίδνμμα δεδμμέκα: o o Ρμή δεδμμέκςκ θαη πνμξ ηηξ δύμ θαηεοζύκζεηξ ζηεκ ίδηα ζύκδεζε MSS: maximum segment size (μέγηζημ μέγεζμξ ημο segment) ζοκδεζηζηνεθέξ : πεηναρία (ακηαιιαγή μεκομάηςκ ειέγπμο) ανπηθμπμημύκ ηεκ θαηάζηαζε ημο απμζημιέα θαη ημο παναιήπηε, πνηκ ηεκ ακηαιιαγή δεδμμέκςκ Γιεγπόμεκε νμή: socket door Ο απμζημιέαξ δεκ ζα θαηαθιύζεη ημκ παναιήπηε Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 31

32 TCP seq. # s and ACKs Seq. # s: ACKs: byte stream number of first byte in segment s data m seq # of next byte expected from other side m cumulative ACK Q: how receiver handles out-of-order segments A: TCP spec doesn t say, - up to implementor User types C host ACKs receipt of echoed C Host A Host B simple telnet scenario host ACKs receipt of C, echoes back C time

33 TCP: Γπηζθόπεζε (2/4) ΟηTCP έιεγπμη ζομθόνεζεξ & νμήξ ζέημοκ ημ μέγεζμξ παναζύνμο Πμιιά παθέηα μπμνμύκ κα έπμοκ ζηαιζεί ηαοηόπνμκα θαη κα μεκ έπμοκ γίκεη ACKed Buffers απμζημιήξ & παναιαβήξ Γιεγπόμεκε νμή: απμζημιέαξ δεκ ζα θαηαθιύζεη ημκ παναιήπηε LastByteSent - LastByteAcked <= min (CongWin, RcvWindow) these two parameters can be tuned Questions: what is the impact of a small CongWin and a small RcvWindow? Think how they affect the sending rate Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 33

34 TCP: Γπηζθόπεζε (3/4) ΟηTCP έιεγπμη ζομθόνεζεξ & νμήξ ζέημοκ ημ μέγεζμξ παναζύνμο Πμιιά παθέηα μπμνμύκ κα έπμοκ ζηαιζεί ηαοηόπνμκα θαη κα μεκ έπμοκ γίκεη ACKed Γιεγπόμεκε νμή: απμζημιέαξ δεκ ζα θαηαθιύζεη ημκ παναιήπηε LastByteSent - LastByteAcked <= min (CongWin, RcvWindow) Η νμή απμζημιήξ ειέγπεηαη από αοηέξ ηηξ δύμ παναμέηνμοξ There is an algorithm that determines how these parameters grow It needs to consider the NETWORK CONDITIONS and decide how to set these two parameters Γνώηεζε: πώξ θαζμνίδεη ηεκ θαηάζηαζε ημο δηθηύμο? Πνμζπαζεί κα ηε μακηεύζεη μεηνώκηαξ ηηξ απώιεηεξ ηςκ παθέηςκ & θαζοζηενήζεηξ!!! Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 34

35 TCP: Γπηζθόπεζε (3/3) Additive-increase, multiplicative-decrease Slow start Reaction to timeouts Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 35

36 Δμμή TCP segment URG: επείγμκηa δεδμμέκα (γεκηθά δεκ πνεζημμπμηείηαη) ACK: ACK # έγγσρο PSH: ζπνώλε data ηώνα (γεκηθά δεκ πνεζημμπμηείηαη) RST, SYN, FIN: Γγθαηάζηαζε ζύκδεζεξ (εκημιέξ εγθαηάζηαζεξ, ηενμαηηζμμύ) Internet checksum (όπςξ ζημ UDP) 32 bits source port # dest port # head len sequence number acknowledgement number not used UAP R S F checksum Receive window Urg data pnter Γπηιμγέξ(variable length) Δεδμμέκα εθανμμγήξ (μεηαβιεηό μήθμξ) Μέηνεζε με βάζε ηα bytes ηςκ δεδμμέκςκ (όπη ηα segments!) # bytes πμο μ παναιήπηεξ δηαηίζεηαη κα παναιάβεη Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 36

37 Sequence Number Space θάζε byte ζηε νμή ηςκ bytes είκαη ανηζμεμέκμ r r Σμ TCP βιέπεη ηα δεδμμέκα ζακ μηα νμή δεδμμέκςκ, ζεηνά από bytes Ο απμζημιέαξ ζηέικεη ηα παθέηα ζύμθςκα με ηε ζεηνά αοηή Ο παναιήπηεξ ζα πνμζπαζήζεη κα ηεκ λακαδεμημονγήζεη m 32 bit ηημή m Κάκεη wrap around m Η ανπηθή ηημή επηιέγεηαη ηε ζηηγμή εθθίκεζεξ Σμ TCP δηαζπάεη ηε νμή δεδμμέκςκ ζε παθέηα m Σμ μέγεζμξ παθέημο πενημνίδεηαη από ημ μέγηζημ μέγεζμξ segment (MSS) Κάζε παθέημ έπεη έκα sequence number (ανηζμό ζεηνάξ) m Πνμζδημνίδεη πμο βνίζθεηαη ζηε νμή δεδμμέκςκ packet 8 packet 9 packet 10 Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 37

38 TCP Key Concepts Congestion window Adaptation of its size Additive increase Exponential increase Exponential decrease Timeouts not receiving the ACK of a packet within a time interval Estimating RTT Inferring packet loss Slow start Fast retransmission Transport Layer 4-38

39 TCP seq. # s and ACKs (1/2) Seq. # s: ACKs: m «Ανηζμόξ» νμήξ byte ημο πνώημο byte ζηα δεδμμέκα ημο segment m seq # ημο επόμεκμο byte πμο ακαμέκεηαη από ηεκ άιιε πιεονά m ζοζζςνεοηηθό (cumulative) ACK Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 39

40 TCP seq. # s and ACKs (2/2) Q: Πώξ δηαπεηνίδεηαη μ παναιήπηεξ segments πμο θηάκμοκ με ιάζμξ ζεηνά A: Δεκ πενηγνάθεηαη ζηηξ «πνμδηαγναθέξ» TCP επηιέγεηαη θαηά βμύιεζε ζε θάζε οιμπμίεζε Ο παναιήπηεξ έπεη ηηξ παναθάης δύμ γεκηθέξ επηιμγέξ: 1. αμέζςξ πεηά ηα segments πμο έθηαζακ με ιάζμξ ζεηνά, ή 2. θναηά ηα segments πμο ήνζακ με ιάζμξ ζεηνά θαη πενημέκεη ηα ιάβεη παθέηα με ηα bytes πμο πάζεθακ/δεκ έθηαζακ ώζηε κα θαιύρεη ηα θεκά Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 40

41 TCP ζύκδεζε: πεηναρία ζε 3 βήμαηα Βήμα 1: μ client host ζηέικεη ημtcp SYN segment ζημκ server Πνμζδημνίδεη ημκ ανπηθό ανηζμό ζεηνάξ (seq #) θαζόιμο δεδμμέκα Βήμα 2: μ server host ιαμβάκεη ημ SYN, απακηάεη με SYNACK segment Ο server δεζμεύεη buffers! Πνμζδημνίδεη ημκ ανπηθό ανηζμό ζεηνάξ Βήμα 3: μ client ιαμβάκεη SYNACK, απακηάεη με ACK segment, πμο μπμνεί κα πενηέπεη θαη δεδμμέκα Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 41

42 Γγθαζίδνοζε ζύκδεζεξ: πεηναρία ζε 3 βήμαηα Κάζε πιεονά εηδμπμηεί ηεκ άιιε γηα ημκ ανπηθό ανηζμό ζεηνάξ (seq #) πμο ζα πνεζημμπμηήζεη γηα ηεκ απμζημιή Γηαηί κα μεκ επηιέλμομε απιά ημ 0; Πνέπεη κα απμθύγεη ηεκ επηθάιορε με πνμεγμύμεκμ παθέημ Θέμαηα αζθάιεηαξ Κάζε πιεονά επηβεβαηώκεη ημκ ανηζμό ζεηνάξ ηεξ άιιεξ SYN-ACK: ανηζμόξ ζεηνάξ επηβεβαίςζεξ + 1 Μπμνεί κα ζοκδοάζεη ημ δεύηενμ SYN με ημ πνώημ ACK SYN: SeqC ACK: SeqC+1 SYN: SeqS ACK: SeqS+1 Client Server Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 42

43 Δηαπείνηζε TCP ζύκδεζεξ Τπεκζύμηζε: Οη TCP sender & receiver εγθαζηδνύμοκ ζύκδεζε πνηκ ακηαιιάλμοκ segments δεδμμέκςκ ανπηθμπμίεζε μεηαβιεηώκ ημοtcp : seq. #s Buffers & πιενμθμνίεξ ειέγπμο νμήξ (e.g. RcvWindow) client: λεθηκάεη ηε ζύκδεζε Socket clientsocket = new Socket("hostname","port number"); Βήμα 1: μ client host ζηέικεη ημtcp SYN segment ζημκ server Πνμζδημνίδεη ημκ ανπηθό ανηζμό ζεηνάξ (seq #) θαζόιμο δεδμμέκα Βήμα 2: μ server host ιαμβάκεη ημ SYN, απακηάεη με SYNACK segment Ο server δεζμέοεη buffers Πνμζδημνίδεη ημκ ανπηθό ανηζμό ζεηνάξ Βήμα 3: μ client ιαμβάκεη SYNACK, απακηάεη με ACK segment, πμο μπμνεί κα πενηέπεη θαη δεδμμέκα server: απμδέπεηαη επηθμηκςκία από ημκ client Socket connectionsocket = welcomesocket.accept(); Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 43

44 timed wait Δηαπείνηζε TCP ζύκδεζεξ (ζοκέπεηα) Κιείζημμ μίαξ ζύκδεζεξ: client server Ο client θιείκεη ημ socket: clientsocket.close(); close Βήμα 1: ημ ηενμαηηθό ζύζηεμα ημο client ζηέικεη TCP FIN segment ειέγπμο ζημκ server close Βήμα 2: ημ ηενμαηηθό ζύζηεμα ημο server ιαμβάκεη ημ FIN, απακηάεη με ACK. Κιείκεη ηεκ ζύκδεζε, ζηέικεη FIN closed Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 44

45 timed wait Δηαπείνηζε TCP ζύκδεζεξ (ζοκέπεηα) Βήμα 3: μ client ιαμβάκεη ημ FIN, απακηάεη με ACK Μπαίκεη ζε πνμκηζμέκε ακαμμκή - ζα απακηήζεη με ACK ζηα FINs πμο ιαμβάκεη Βήμα 4: μ server, ιαμβάκεη ημ ACK. closing client server closing Η ζύκδεζε έθιεηζε. εμείςζε: με μηθνέξ μεηαηνμπέξ, μπμνεί κα γίκεη δηαπείνηζε ηαοηόπνμκςκ FINs. closed closed Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 45

46 Δηαπείνηζε TCP ζύκδεζεξ(ζοκέπεηα) Κύθιμξ δςήξ TCP server Κύθιμξ δςήξ TCP client Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 46

47 Πανάδεηγμα εγθαζίδνοζεξ TCP ζύκδεζεξ 09:23: IP > : S : (0) win <mss 1260,nop,nop,sackOK> (DF) 09:23: IP > : S : (0) ack win 5840 <mss 1460,nop,nop,sackOK> (DF) 09:23: IP > :. ack win (DF) Client SYN SeqC: Seq. # , window 65535, max. seg Server SYN-ACK+SYN ιαμβάκεη: # (= SeqC+1) SeqS: Seq. # , window 5840, max. seg Client SYN-ACK ιαμβάκεη: # (= SeqS+1) Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 47

48 Δηάγναμμα θαηάζηαζεξtcp: εγθαζίδνοζεξ ζύκδεζεξ CLOSED Client Server passive OPEN CLOSE create TCB delete TCB active OPEN create TCB Snd SYN LISTEN CLOSE delete TCB SYN RCVD rcv SYN snd SYN ACK rcv ACK of SYN rcv SYN snd ACK SEND snd SYN Rcv SYN, ACK Snd ACK SYN SENT CLOSE Send FIN ESTAB Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 48

49 Κιείζημμ ζύκδεζεξ Οπμηαδήπμηε πιεονά μπμνεί κα λεθηκήζεη ημ θιείζημμ ηεξ ζύκδεζεξ ηέικεη FIN Δε ζα ζηείις άιια δεδμμέκα Η άιιε πιεονά μπμνεί κα ζοκεπίζεη κα ζηέικεη δεδμμέκα «Ημη-ακμηπηή» ζύκδεζε Πνέπεη κα ζοκεπίζεη κα επηβεβαηώκεη Γπηβεβαίςζε ημο FIN Γπηβεβαίςζε με sequence number + 1 A FIN, SeqA ACK, SeqA+1 Data ACK FIN, SeqB ACK, SeqB+1 B Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 49

50 Πανάδεηγμα θιεηζίμαημξ TCP ζύκδεζεξ 09:54: IP > : F : (0) ack win (DF) 09:54: IP > : F : (0) ack win 5840 (DF) 09:54: IP > :. ack win (DF) Session Echo client on , server on Client FIN SeqC: Server ACK + FIN Ack: (= SeqC+1) SeqS: Client ACK Ack: (= SeqS+1) Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 50

51 Δηάγναμμα θαηάζηαζεξ:κιείζημμ ζύκδεζεξ CLOSE send FIN FIN WAIT-1 ACK FIN WAIT-2 Active Close CLOSE send FIN rcv FIN snd ACK rcv FIN+ACK snd ACK ESTAB CLOSING rcv FIN send ACK Passive Close CLOSE WAIT CLOSE snd FIN LAST-ACK rcv ACK of FIN rcv ACK of FIN rcv FIN snd ACK TIME WAIT Timeout=2msl delete TCB CLOSED Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 51

52 TCP Timeout Μεπακηζμόξ πμο θαζμνίδεη πόζμ κα πενημέκεη μ απμζημιέαξ μέπνη κα λακαζηείιεη ημ παθέημ Ο timer (εάκ ήδε δεκ ηνέπεη γηα θάπμημ άιιμ segment) λεθηκά όηακ ημ segment παναδίδεηαη ζημ IP επίπεδμ Όηακ μ timer ιήλεη, ημ segment λακαζηέικεηαη θαη ημ TCP λεθηκά λακά ημκ timer Τμ TCP ημο sender δηαηενεί πιενμθμνία γηα ημ παιηόηενμ unacknowledged byte Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 52

53 Έιεγπμξ νμήξ ημο TCP Σμ TCP είκαη έκα πνςηόθμιιμ θοιηόμεκμο παναζύνμο (sliding window: Γηα μέγεζμξ παναζύνμο n, μπμνεί κα ζηείιεη έςξ θαη n bytes πςνίξ κα ιάβεη επηβεβαίςζε Όηακ ηα δεδμμέκα επηβεβαηςζμύκ ηόηε ημ πανάζονμ μεηαθηκείηαη πνμξ ηα μπνμξ ημ θάζε παθέημ ζεμεηώκεηαη ημ μέγεζμξ παναζύνμο, δειαδή μ ανηζμόξ ηςκ bytes γηα ηα μπμία έπεη πώνμ Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 53

54 Έιεγπμξ νμήξ με πανάζονμ Aπμζηέιιμοζα πιεονά window Σηάλθηκαν και Σηάλθηκαν επιβεβαιώθηκαν αλλά δεν επιβεβαιώθηκαν Δεν ζηάλθηκαν ακόμα Επόμενα για αποζηολή Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 54

55 Μεπακηζμόξ γνήγμνεξ επακαπμζημιήξ To TCP πνεζημμπμηεί ηα sequence numbers γηα κα βνεη πμηα παθέηα έπμοκ παζεί Η παναιαβή 3 μμμίςκ ACKs γηα έκα ζογθεθνημέκμ segment παίδεη ημ νόιμ εκόξ έμμεζμο NACK (negative ACK ανκεηηθήξ επηβεβαίςζεξ) γηα ημ segment πμο αθμιμοζεί, πνμθαιώκηαξ ηεκ επακαπμζημιή ημο segment πνηκ γίκεη timeout Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 55

56 Έιεγπμξ νμήξ με πανάζονμ: απμζηέιμοζζα πιεονά Packet Sent Packet Received Source Port Dest. Port Sequence Number Acknowledgment HL/Flags Window D. Checksum Urgent Pointer Options Source Port Dest. Port Sequence Number Acknowledgment HL/Flags Window D. Checksum Urgent Pointer Options... App write επιβεβαιωμένα ζηαλμένα πρόκειηαι εκηός παραθύροσ να ζηαλούν Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 56

57 Έιεγπμξ νμήξ με πανάζονμ ιαμβάκμοζα πιεονά Τι πρέπει να κάνει ο παραλήπτης; New Buffer παραλήπηη Επιβεβαιωμένα αλλά Δελ έτοσλ δεν έτοσν παραδοθείεπηβεβαηωζεί ακόμα αθόκα window Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 57

58 TCP Round Trip Time θαη Timeout Q: πώξ κα ζέζμομε ηεκ ηημή ημο TCP timeout? Θα πνέπεη κα είκαη μεγαιύηενμ από ημ round-trip-time (RTT) καη, αιιά ημ RTT πμηθίιιεη!!! Ακ είκαη πμιύ μηθνό πνόςνμ timeout!!!! με απαναίηεηεξ επακαπμζημιέξ!!!! Πμιύ μεγάιμ? μηθνή ακηίδναζε ζηεκ απώιεηα segment Q: πςξ κα οπμιμγίζμομε ημ RTT? SampleRTT: μ πνόκμξ πμο μεηνήζεθε από ηεκ απμζημιή ημο segment ςξ ηεκ παναιαβή ημο ACK Αγκμεί segments πμο έπμοκ θηάζεη με επακαπμζημιέξ SampleRTT ζα πμηθίιιεη, ζέιμομε μμαιόηενμ ημ οπμιμγηζμέκμ RTT Βνίζθμομε ημ Μ.Ο. από πμιιέξ πνόζθαηεξ μεηνήζεηξ όπη μόκμ ημ ηςνηκό SampleRTT Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 58

59 TCP Round Trip Time θαη Timeout EstimatedRTT = (1- )*EstimatedRTT + *SampleRTT Μ.Ο. με εθζεηηθά βάνε (exponential weighted moving average) Η επίδναζε ηςκ παιαηόηενςκ δεηγμάηςκ θζίκεη εθζεηηθά Σοπηθή ηημή: = Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 59

60 TCP Round Trip Time θαη Timeout Θέημκηαξ ημ timeout EstimtedRTT ζοκ πενηζώνημ αζθαιείαξ Μεγάιε μεηαβιεηόηεηα ζημ EstimatedRTT -> μεγαιύηενμ πενηζώνημ αζθαιείαξ Πνώηα οπμιμγίδεηαη ε ηοπηθή απόθιηζε ημο SampleRTT από ημ EstimatedRTT: DevRTT = (1- )*DevRTT + * SampleRTT-EstimatedRTT (τσπικά, = 0.25) Μεηά ε ηημή ημο πνμκηθμύ δηαζηήμαημξ ηίζεηαη ζε: TimeoutInterval = EstimatedRTT + 4*DevRTT Γπίπεδμ μεηαθμνάξ 60

61 TCP reliable data transfer TCP creates service on top of IP s unreliable service pipelined segments (e.g., sending several segments, back-toback) cumulative acks TCP uses single retransmission timer retransmissions are triggered by: o timeout events o duplicate acks

62 TCP sender events: data received from application: Create segment with seq # seq # is byte-stream number of first data byte in segment start timer if not already running (think of timer as for oldest unacked segment) expiration interval: TimeOutInterval

63 TCP sender events: timeout: retransmit segment that caused timeout restart timer ACK packet received: If acknowledges previously unacked segments update what is known to be acked start timer if there are outstanding segments

64 NextSeqNum = InitialSeqNum SendBase = InitialSeqNum loop (forever) { switch(event) event: data received from application above create TCP segment with sequence number NextSeqNum if (timer currently not running) start timer pass segment to IP NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) event: timer timeout retransmit not-yet-acknowledged segment with smallest sequence number start timer event: ACK received, with ACK field value of y if (y > SendBase) { SendBase = y if (there are currently not-yet-acknowledged segments) start timer } TCP sender (simplified) Comment: SendBase-1: last cumulatively ack ed byte Example: SendBase-1 = 71; y= 73, so the rcvr wants 73+ ; y > SendBase, so that new data is acked } /* end of loop forever */

65 TCP Round Trip Time and Timeout Q: how to set TCP timeout value? longer than RTT but RTT varies! too short: premature timeout unnecessary retransmissions too long: slow reaction to segment loss Q: how to estimate RTT? SampleRTT: measured time from segment transmission until ACK receipt ignore retransmissions SampleRTT will vary, want estimated RTT smoother average several recent measurements, not just current SampleRTT

66 TCP Round Trip Time and Timeout EstimatedRTT = (1- )*EstimatedRTT + *SampleRTT Exponential weighted moving average influence of past sample decreases exponentially fast typical value: = 0.125

67 RTT (milliseconds) Example RTT estimation: RTT: gaia.cs.umass.edu to fantasia.eurecom.fr time (seconnds) SampleRTT Estimated RTT Transport Layer 4-67

68 Seq=92 timeout timeout Seq=92 timeout TCP: retransmission scenarios Host A Host B Host A Host B X loss Sendbase = 100 SendBase = 120 SendBase = 100 time lost ACK scenario SendBase = 120 time premature timeout Transport Layer

69 timeout TCP retransmission scenarios (more) Host A Host B X loss SendBase = 120 time Cumulative ACK scenario Transport Layer

70 TCP congestion control: control of sending rate Sender: Reduces the sending rate via reducing the congestion window, when a loss event occurs Increase the sending rate, when congestion is reduced timeout or 3 DUP ACKs But how much should a sender reduce its congestion window? astbytesent- LastByteAcked min {Congestion Window, Receive Window} congestion flow control Observation: Large Congestion Windows Large Number of non-acked packets trx Large Sending Rate Transport Layer 4-70

71 Κεκηνηθά παναθηενηζηηθά ημο TCP congestion control 1. Additive increase, multiplicative decrease: Increase transmission rate (window size), probing for usable bandwidth, until loss occurs additive increase: increase Congestion Window by 1 MSS every RTT until loss detected multiplicative decrease: cut Congestion Window in half after loss 1. Slow start 2. Reaction to timeout events time Transport Layer 4-71

72 congestion window size congestion avoidance TCP congestion control: additive increase, multiplicative decrease (AIMD) Approach: increase transmission rate (window size), probing for usable bandwidth until loss occurs additive increase: increase Congestion Window by 1 MSS every RTT until loss detected multiplicative decrease: cut Congestion Window in half after loss Using the additive increase It probes the network to Check if the congestion has Been alleviated 24 Kbytes 16 Kbytes congestion window 8 Kbytes time Saw tooth behavior: probing for bandwidth Transport Layer time

73 RTT RTT How fast the window size of the sender increases affects the TCP sending rate Additive Increase Exponential Increase Host A Host B Host A Host B time time Transport Layer 4-73

74 Congestion Avoidance The linear increase phase of the TCP congestion control protocol is also called congestion avoidance phase Transport Layer 4-74

75 TCP Congestion Control key ideas sender limits transmission: LastByteSent-LastByteAcked CongWin (για απλότητα ας «αγνοήσοσμε» προς στιγμή τον έλεγτο ροής) Roughly: rate = CongWin RTT Congestion Window is dynamic, function of perceived network congestion How does sender perceive congestion? Bytes/sec loss event = timeout or 3 duplicate acks TCP sender reduces rate (Congestion Window) after loss event three mechanisms: AIMD slow start conservative after timeout events Observation: Large Congestion Windows Large Sending Rates in the slides, sometimes we talk about increase/decrease of the rate and other times about increase/decrease of CongWindow

76 TCP Slow Start (1/3) When connection begins: CongestionWindow = 1 MSS congestion window is very small (hence the name slow start ) Example: MSS = 500 bytes & RTT = 200 msec initial rate = 20 kbps note: Available bandwidth could be >> MSS/RTT In that case, we want to fast increase the rate to reach the bandwidth can be achieved When connection begins: increase rate exponentially fast until first loss event The increase (CongestionWindow++) takes place at the reception of 1 ACK why the rate increases exponentially fast?

77 Example of TCP Slow start (2/3) 1. TCP sends the first segment and waits for the ACK 2. If this segment is acked before a loss event, the TCP sender increases the congestion window by 1 MSS, and sends out two maximum-sized segments. 3. If these segments are acked before loss events, the sender increase the congestion window by 1 MSS for each of the ACK segments, (giving a congestion window of 4 MSSS), and sends out 4 maximum sized segments. The value of CongWindow effectively doubles every RTT during the slow-start phase. Transport Layer

78 RTT TCP Slow Start (3/3) When connection begins, increase rate exponentially until first loss event: double CongWin every RTT Host A Host B done by incrementing CongWin for every ACK received Summary: initial rate is slow but ramps up exponentially fast time

79 Fast Retransmit time-out period often relatively long: long delay before resending lost packet detect lost segments via duplicate ACKs sender often sends many segments back-to-back if segment is lost, there will likely be many duplicate ACKs if sender receives 3 ACKs for the same data, it supposes that segment after ACKed data was lost: fast retransmit: resend segment before timer expires TCP Reno supports Fast Retransmit while TCP Tahoe does not.

80 Πνμζμπή: δηαθμνεηηθέξ πενηπηώζεηξ απώιεηαξ παθέημο Δηαθμνεηηθή ακηίδναζε ακ έπμομε timeout θαη δηαθμνεηηθή ακ έπμομε 3 DUPACKs!!!! Δηθαημιόγεζε: 3 dup ACKs (duplicate acknowledgements) δείπκμοκ μηα πημ ήπηα θαηάζηαζε ζομθόνεζεξ από όηη ε πενίπηςζε ημο timeout Γηαηί ζηεκ πνώηε πενίπηςζε θαηαθένκεη μ παναιήπηεξ θαη ιαμβάκεη θάπμηα segments timeout indicates a more alarming congestion scenario

81 Refinement: inferring loss after 3 dup ACKs event: cwnd is cut in half window then grows linearly but after timeout event: cwnd instead set to 1 MSS window then grows exponentially to a threshold, then grows linearly Philosophy: 3 dup ACKs indicates network capable of delivering some segments timeout indicates a more alarming congestion scenario

82 Reaction to Congestion Events Distinguish the approach based on the type of event: timeout or 3-DUP-ACKs In the case of 3-DUP-ACKs: Congestion window / 2 and then increase linearly In the case of timeout: The sender enters the slow-start phase!!! Congestion window = 1MSS exponential increase until the cong window reaches half the value it had before the timeout, and then continue with linear increase (as in the case of 3-DUP- ACK) Transport Layer 4-82

83 TCP Congestion Control Determines the window size at which the slow start will end and the congestion avoidance will begin When CongWin <= Threshold: sender in slow-start phase, window grows exponentially When CongWin > Threshold: sender is in congestion-avoidance phase, window grows linear When triple duplicate ACK occurs: Threshold=CongWin/2 CongWin=Threshold When timeout occurs: Threshold=CongWin/2 CongWin= 1 MSS Transport Layer 4-83

84 TCP CongestionControl: details sender limits transmission: LastByteSent-LastByteAcked cnwd roughly, rate = cwnd RTT Bytes/sec cwnd is dynamic, function of perceived network congestion How does sender perceive congestion? loss event = timeout or 3 duplicate acks TCP sender reduces rate (cwnd) after loss event three mechanisms: AIMD slow start

85 timeout Host A Host B X time Resending a segment after triple duplicate ACK Transport Layer

86 Fast retransmit algorithm: event: ACK received, with ACK field value of y if (y > SendBase) { SendBase = y if (there are currently not-yet-acknowledged segments) start timer } else { increment count of dup ACKs received for y if (count of dup ACKs received for y = 3) { resend segment with sequence number y } a duplicate ACK for already ACKed segment fast retransmit

87 Chapter 3 outline 3.1 Transport-layer services 3.2 Multiplexing and demultiplexing 3.3 Connectionless transport: UDP 3.5 Connection-oriented transport: TCP segment structure reliable data transfer flow control connection management 3.6 Principles of congestion control 3.7 TCP congestion control

88 TCP Flow Control TCP is a sliding window protocol For window size n, can send up to n bytes without receiving an acknowledgement When the data is acknowledged then the window slides forward Each packet advertises a window size Indicates number of bytes the receiver has space for Original TCP always sent entire window Congestion control now limits this Transport Layer 4-88

89 Window Flow Control: Send Side window Sent and acked Sent but not acked Not yet sent Next to be sent Transport Layer

90 Window Flow Control: Receive Side What should receiver do? New Receive buffer Acked but not delivered to user Not yet acked window Transport Layer

91 TCP Flow Control Receive side of TCP connection has a receive buffer: flow control sender won t overflow receiver s buffer by transmitting too much, too fast speed-matching service: matching the send rate to the receiving app s drain rate app process may be slow at reading from buffer

92 TCP Flow control: how it works receiver advertises spare room by including value of RcvWindow in segments sender limits unacked data to RcvWindow guarantees receive buffer doesn t overflow (suppose TCP receiver discards out-of-order segments) spare room in buffer RcvWindow = RcvBuffer-[LastByteRcvd - LastByteRead]

93 TCP congestion control: summary Sender: Reduces the sending rate via reducing the congestion window, when a loss event occurs Increase the sending rate, when congestion is reduced timeout or 3 DUP ACKs But how much should a sender reduce its congestion window? astbytesent- LastByteAcked min {Congestion Window, Receive Window} congestion flow control Observation: Large Congestion Windows Large Number of non-acked packets trx Large Sending Rate Transport Layer 4-93