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Camada de TransporteTransferencia Confiavel

Protocolo do Bit AlternanteJanela Deslizante para Transmissao Confiavel

Redes de Computadores

Prof. Brivaldo Junior

Universidade Federal de Mato Grosso do Sul

[email protected]

26 de maio de 2017

Brivaldo Junior Redes de Computadores



Visao Geral

1 Camada de Transporte

2 Transferencia Confiavel

3 Protocolo do Bit Alternante

4 Janela Deslizante para Transmissao Confiavel




Protocolos e Servicos de Transporte

comunicacao logica entre aplicativos

executando em diferentes hosts

protocolos de transporte executam em

sistemas finais

lado emissor: quebra as mensagens

do aplicativo em segmentos e repassa

para a camada de rede

lado receptor: reconstroi os

segmentos em mensagens e repassa

para a camada de aplicacao

varios protocolos de transporte

Internet: TCP e UDP




Protocolos e Servicos de Transporte

Camada de Rede:comunicacao logica entre oshostsCamada de Transporte:comunicacao logica entre osprocessos

confia, melhora, servicos dacamada de rede

Analogia: 12 criancas na casa de Anaenviando cartas para 12 criancas nacasa de Bill

hosts = casas

processos = criancas

mensagens dos aplicativos = cartas nos

envelopes

protocolo de transporte = Ana e Bill que

entregam corretamente para a crianca destino

protocolo de rede = servico de correios




Protocolos de Transporte na Internet

confiavel, em ordem de entrega (TCP)

controle de congestionamento

controle de fluxo

configuracao inicial para conexao

nao confiavel, entrega fora de ordem

(UDP)

extensao do “melhor esforco” do IP

sem frescuras

servicos nao disponıveis:

garantias de atraso

garantias de largura de banda




Multiplexacao/Demultiplexacao

Multiplexacao no Emissor: manipula informacoes nos sockets e adiciona ocabecalho de transporte para demultiplexacao posterior.Demultiplexacao no Receptor: usa o cabecalho para entregar ossegmentos recebidos para o socket correto.




Como a Demultiplexacao Funciona

host recebe os datagramas IPcada datagrama tem um endereco IP

origem e um destino

cada datagrama transporta um

segmento da camada de transporte

cada segmento tem um porta origem

e uma destino

hosts usam endereco IP enumeros de portas paradirecionar o segmento aosocket apropriado




Exemplo de Demultiplexacao Nao Orientada a Conexao

Observem que as portas usadas na comunicacao mudam apenas a posicaodentro do segmento da camada de transporte.




Demultiplexacao Orientada a Conexao

socket TCP e identificado por uma 4-tupla:endereco IP origem

numero da porta origem

endereco IP destino

numero da porta destino

demux: receptor usa os quatro valores para direcionar o segmento aosocket apropriadoservidor pode suportar varios sockets TCP simultaneamente:

cada socket identificado por sua propria 4-tupla

servidores web tem diferentes sockets para cada cliente conectado.




Exemplo de Demultiplexacao Orientada a Conexao

Observem que um mesmo host pode estar conectado com o mesmo servidorusando diferentes sockets.




UDP: User Datagram Protocol [RFC 768]

protocolo de transporte na Internet “sem frescuras”, “no osso”servico de “melhor esforco”. Os segmentos UDP podem ser:

perdidos

entregues fora de ordem para a aplicacao

conexao sem estadosem configuracao inicial entre o emissor e receptor UDP

cada segmento UDP e manipulado de forma independente

UDP e usado:aplicativos de streaming multimıdia (tolerantes a perdas e sensıveis a vazao)

DNS, SNMP

transferencia confiavel sobre UDP:camada de aplicacao adiciona confiabilidade e capacidade de recuperacao de erros




UDP: cabecalho do segmentoPor que UDP?

sem estabelecimento de conexao (o que reduz atrasos), o que o torna simples

cabecalho pequeno

sem controle de congestionamento: UDP pode ser enviado tao rapido quanto seja necessario

O tamanho (length) do segmento UDP e contabilizado em bytes e inclui otamanho do cabecalho.




UDP: checksum

Objetivo: detectar erros (bits trocados) em um segmento de transmissao

Emissor:

trata o conteudo, incluindo os

cabecalhos, como sequencias de inteiros

de 16-bits

checksum: soma (em complemento de

um) do conteudo dos segmentos

valor do checksum e armazenado no

campo do UDP correspondente

Receptor:

calcula o checksum do segmento recebido

verifica se o valor e igual ao que esta

armazenado no campo de checksum

NAO: erros detectadosSIM: sem erros detectados




Checksum da Internet: exemplo

Exemplo: adicionar dois inteiros de 16-bits 1

Se nenhum erro for introduzido, ao se somar as palavras de 16-bits com o checksum, o resultado deve

ser uma cadeia de 1’s (1111111111111111). Se aparecer algum 0, um erro ocorreu.

1observe que o bit mais significativo deve ser adicionado ao resultadoBrivaldo Junior Redes de Computadores



Princıpios da Transferencia Confiavel

Importante para aplicacoes, camadas de enlace e

transporte. As caracterısticas nao confiaveis de um

canal determinarao a complexidade do protocolo

confiavel de transporte.

A construcao de um modelo de transferencia

confiavel e descrito do livro texto. Vamos focar no

protocolo final rdt3.0 e explorar como podemos

melhora-lo.




Protocolo do Bit Alternante: Operacao Sem Perdas

Iremos observar o processo deenvio e espera de pacotes antes doenvio do proximo pacote(protocolo stop-and-wait) queveremos ao analisar o envio emserie de pacotes (pipeline).

Na operacao sem perdas, paracada pacote enviado, temosum pacote relativo ao ACK dobit alternante confirmando arecepcao do pacote.




Protocolo do Bit Alternante: Perda de Pacote

Quando temos uma perda, enecessario esperar um tempo(timeout) antes de tentarretransmitir o pacote.

Esse processo ocorre toda vezque um pacote e perdido e naoe confirmado em uma janelade tempo pre-determinada.




Protocolo do Bit Alternante: Perda de ACK

Como o emissor nao recebeu oACK de confirmacao, ele irareenviar o pacote novamenteapos um certo tempo(timeout).

A acao do emissor e similar aquando o pacote e perdido.




Protocolo do Bit Alternante: Timeout Prematuro

Se o timeout for muito curto,o pacote ou mesmo o ACKpodem estar trafegando pelarede e, por isso nao chegaramao destino.

Com um tempo muito curto, opacote sera enviado duas vezese o receptor devera detectarque esta recebendo uma versaoduplicada do mesmo arquivo.




Performance do rdt3.0

O rdt3.0 esta correto, mas sua performance e terrıvel.

Ex.: em um enlace de 1 Gbps (R), um atraso de propagacao de 15ms e um pacote com 8.000 bits

(L):

Dtransf = LR

= 8.000109bps

= 8x10−6 segundos = 8µ

Uemissor: utilizacao do emissor e igual a fracao de tempo em que o emissor ficouocupado enviando:

Usender = L/RRTT+L/R = 0,008ms

30,008ms = 0, 00027 (ou seja, menos de 1% de uso)

Se o RTT=30msec, um pacote de 1KB a cada 30msec vai resultar em uma vazaode 267kbits/seg em um enlace de 1Gbps

O protocolo de rede esta limitando os recursos fısicos! (Culpado: protocolo stop-and-wait).




Funcionamento do stop-and-wait no rdt3.0

Usender =L/R

RTT+L/R = 0,00830,008 = 0, 00027




Protocolos para Pipeline

pipelining: o emissor envia varios pacotes (viajantes) mesmo que naotenham sido reconhecidos os anteriores ainda.

o intervalo dos numeros de sequencia precisa ser incrementadobuferizacao no emissor e no receptor

dois protocolos de pipelining: go-Back-N e Repeticao SeletivaBrivaldo Junior Redes de Computadores



Pipelining: aumenta a utilizacao

Usender =3L/R

RTT+L/R = 0,02430,008 = 0, 00081. Aumenta a utilizacao em 3 vezes!




Protocolos de Pipeline: Visao Geral

Go-back-NO emissor pode ter N pacotes nao

confirmados no pipeline

receptor envia somente ACK’s

cumulativos

nao envia o ACK se tiver uma lacuna

O emissor possui um temporizador para

o pacote nao confirmado mais antigo.

quando o tempo do temporizador

expirar, todos os pacotes nao

confirmados sao retransmitidos

Repeticao SeletivaO emissor pode ter N pacotes nao

confirmados no pipeline

O receptor envia ACK’s individuais para cada

pacote

O emissor mantem um temporizador para

cada pacote nao confirmado

quando o tempo do temporizador expirar,

retransmite apenas o pacote nao

confirmado




Go-Back-N: emissor

k-bits numeros de sequencia no cabecalho do pacote

“janela” de ate N pacotes nao confirmados consecutivos

ACK(n): ACK’s de todos os pacotes incluindo o numero de sequencia n - ACK cumulativo

pode receber ACK’s duplicados

possui um temporizador para o pacote em “voo” mais antigo

timeout(n) retransmite os n pacotes e todos os pacotes com numero de sequencia alto na janela




Go-Back-N: em operacao

O receptor descarta pacotes fora de

ordem




Repeticao Seletiva

O receptor, individualmente, confirma o recebimento de todos os pacotescorretos recebidos

faz buffer de pacotes, se necessario, para uma eventual entrega em ordem para acamada superior

emissor so reenvia pacotes cujo ACK nao foi recebidotemporizador de envio para cada pacote nao confirmado

janela de envioN sequencias consecutivaslimite de sequencia de enviados e pacotes nao confirmados




Repeticao Seletiva: janelas do emissor e receptor




Repeticao Seletiva

Emissor:

Numero de sequencia disponıvel? envia

dados. Senao, devolve a camada

superior para transmissao posterior.

timeout(n): reenvia o pacote n e

reinicia o temporizador

ACK(n) de um pacote dentro da janela:

marca o pacote n como recebido

se n tiver o menor numero de

sequencia nao confirmado, avanca a

base da janela (send base) para o

proximo numero de sequencia nao

confirmado.

Receptor:

Pacote dentro da janela de recebimento:

envia ACK seletivo ao pacote n

se fora de ordem: bufferiza

em ordem: se o numero de sequencia for

igual ao numero de sequencia da base da

janela, entrega os pacotes ja confirmados

em sequencia para a camada superior.

pacotes com numero de sequencia entre

[rcv base−N , rcv base− 1] devem ser

confirmados mesmo que ja tenham sido

reconhecidos pelo destino

ignote qualquer outro pacote




Repeticao Seletiva: em operacao




Repeticao Seletiva: o dilema (sem problema)

Notem que o numero de sequencia 0 vai ser do novo pacote e nao de umainformacao errada.




Repeticao Seletiva: o dilema (oops!!!)

Qual a relacao entre o numero de sequencia e o tamanho da janela para evitareste problema?




Resumo dos Mecanismos de Transferencia Confiavel

Mecanismo Uso, Comentarios

Soma de VerificacaoUsada para detectar erros em bits em um pacotetransmitido.

Temporizador Usado para controlar temporizacao e retransmissao.

Numero de SequenciaUsado para numerar os pacotes transmitidosdo emissor ao receptor.

ACK (reconhecimento)Usado para o receptor avisar ao emissor que recebeuum ou mais pacotes.




Resumo dos Mecanismos de Transferencia Confiavel

Mecanismo Uso, Comentarios

Reconhecimento NegativoUsado pelo destinatario para informar que um pacotecom numero de sequencia anterior nao foi recebidocorretamente.

Janela, paralelismoRestricao de envio dentro de uma janela commecanismos para aumentar o uso da rede.




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