Bài giảng Mạng máy tính - Chương 3: Giao thức tầng giao vận (Transport Layer) - Trần Quang Hải Bằng

pdf 43 trang ngocly 17/05/2021 930
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Mạng máy tính - Chương 3: Giao thức tầng giao vận (Transport Layer) - Trần Quang Hải Bằng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_mang_may_tinh_chuong_3_giao_thuc_tang_giao_van_tra.pdf

Nội dung text: Bài giảng Mạng máy tính - Chương 3: Giao thức tầng giao vận (Transport Layer) - Trần Quang Hải Bằng

  1. Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) Trần Quang Hải Bằng Faculty of Information Technology University of Communication and Transport (Unit 2) Office location: Administration building, Block D3, Room 6 Office phone: 38962018 Cell phone: N/A Email: tqhbang@utc2.edu.vn 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 2
  2. Ch3. The Transport Layer 1. Transport Layer Services & Principles. 2. Multiplexing/Demultiplexing. 3. Connectionless Transport (UDP). 4. Principles of Reliable Data Transfer (RDT). 5. Connectionoriented Transport (TCP). 6. Congestion Control. 7. Sử dụng TCP hay UDP 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 3 Transport Layer Services & Principles Cung cấp phương tiện truyền application thông logic (logical transport network data link network communication) giữa các physical data link lo gnetwork physical dataic link applications. a physicall e n network d data link PDUs -e n physical network d t data link application: messages. r a physical n s p network transport: segments (đoạn). o rdata link tphysical Các msg từ tầng application gửi application xuống được chia nhỏ thành các transport network data link đoạn (segments). physical Transport protocol được thực thi tại các trạm cuối (end system). 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 4
  3. Transport & Network layers Network layer: Household analogy: Truyền thông logic giữa 12 kids sending letters to 12 kids các trạm làm việc (host). processes = kids PDUs = packets (gói). app messages = letters in IP (Internet Protocol) là giao thức truyền không tin envelopes cậy. hosts = houses Transport layer: transport protocol = Ann and Tạo phương thức truyền Bill thông logic giữa các ứng networklayer protocol = dụng (application/process). postal service Nhận các gói tin từ tầng Network gửi lên. 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 5 Transport Protocols TCP (Transmission Control Protocol) Connectionoriented (có liên kết). Flow control (điều khiển luồng). Congestion control (điều khiển chống nghẽn mạng). reliable transport protocol (tin cậy) UDP (User Datagram Protocol) Connectionless. Không có kiểm soát luồng và kiểm soát nghẽn mạng. unreliable transport protocol. 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 6
  4. Ch3. The Transport Layer 1. Transport Layer Services & Principles. 2. Multiplexing/Demultiplexing. 3. Connectionless Transport (UDP). 4. Principles of Reliable Data Transfer (RDT). 5. Connectionoriented Transport (TCP). 6. Congestion Control. 7. Sử dụng TCP hay UDP 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 7 Multiplexing/demultiplexing (mux/demux) sender receiver sender P3 P4 application-layer M M data application segment P1 P2 transport M header M network application application transport segment Ht M transport network Hn segment network Multiplexing (dồn kênh): Các msgs từ các apps (P1, P2) được chia nhỏ và đóng gói thành các segments (thêm header) dồn kênh diễn ra ở sending hosts Demultiplexing (phân kênh): Các segments nhận được được gửi tới apps tương ứng (P3, P4) phân kênh diễn ra ở receiving hosts 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 8
  5. Dồn và chia kênh thế nào? source port number: ứng 32 bits dụng gửi dữ liệu. source port # dest port # destination port number: other header fields ứng dụng nhận dữ liệu. Port number: application 01023: wellknown port data number (đã được giữ cho các (message) apps phổ biến). 1024 – 65535. TCP/UDP segment format 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 9 Mux/demux: Ví dụ source port: x Web client host A dest. port: 23 server B host C source port:23 dest. port: x Source IP: C Source IP: C Dest IP: B Dest IP: B source port: y source port: x port use: simple telnet app dest. port: 80 dest. port: 80 Source IP: A Dest IP: B Web Web client source port: x server B host A dest. port: 80 port use: Web server 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 10
  6. Ch3. The Transport Layer 1. Transport Layer Services & Principles. 2. Multiplexing/Demultiplexing. 3. Connectionless Transport (UDP). 4. Principles of Reliable Data Transfer (RDT). 5. Connectionoriented Transport (TCP). 6. Congestion Control. 7. Sử dụng TCP hay UDP 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 11 Connectionless Transport (UDP). User Datagram Protocol [RFC 768] “no frill”, “bare bones” Internet transport protocol. chỉ cần những thủ tục cơ bản nhất. thông tin điều khiển cũng chỉ cần cơ bản nhất. “best effort” service: dữ liệu có thể mất mát, sai sót nhưng luôn “cố gắng hết sức” để giảm thiểu. Connectionless: Không có cơ chế bắt tay (handshaking): thiết lập truyền dữ liệu kết thúc. Không nắm giữ trạng thái. Các segments được xử lý độc lập với nhau. 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 12
  7. UDP: Segment structure source port. 32 bits dest port. Length, in source port # dest port # bytes of length checksum length. UDP segment, application data. including header checksum: mã kiểm Application tra lỗi (phục vụ cho data (message) cơ chế nhận biết lỗi – error detection) UDP segment format 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 13 UDP segment example Sender’s MAC address Receiver’s MAC address Type of upper layer’s protocol ( 0x0800 = IP ) 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 14
  8. UDP segment – example (cnt.) IP’s Header 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 15 UDP segment – example (cnt.) UDP’s header 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 16
  9. UDP segment – example (cnt.) Data of applicaton layer 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 17 UDP checksum Mã kiểm tra phục vụ cho cơ chế nhận biết lỗi. Sender: Coi segment như chuỗi các số nguyên 16bit. checksum = số bù một (1’s complement) của tổng các số nguyên đó. Receiver: Tính toán checksum của segment nhận được. So sánh với checksum chứa trong trường checksum của segment nhận được nếu sai khác tức là có lỗi. 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 18
  10. UDP checksum: example Phép cộng các số 16bit liên tiếp là phép cộng có nhớ. Kiểm tra checksum: Lấy tổng các số 16bit (có nhớ) cộng với checksum: Kết quả là 1111 1111 1111 1111 thì không có lỗi, nếu khác là có lỗi. 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 wraparound 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 sum 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 checksum 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 (bù 1) 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 19 Ch3. The Transport Layer 1. Transport Layer Services & Principles. 2. Multiplexing/Demultiplexing. 3. Connectionless Transport (UDP). 4. Principles of Reliable Data Transfer (RDT). 5. Connectionoriented Transport (TCP). 6. Congestion Control. 7. Sử dụng TCP hay UDP 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 20
  11. Principles of Reliable Data Transfer (RDT) Truyền dữ liệu tin cậy là vấn đề vô cùng quan trọng (top 10 list of important networking topics). Cần thiết đối với app, transport, datalink layer. 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 21 RDT rdt_send(): called from above, deliver_data(): called by (e.g., by app.). Passed data to rdt to deliver data to upper deliver to receiver upper layer send receive side side udt_send(): called by rdt, rdt_rcv(): called when packet to transfer packet over arrives on rcv-side of channel unreliable channel to receiver 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 22
  12. Finite State Machine (FSM) event causing state transition actions taken on state transition state: when in this state state “state” next state event 1 2 uniquely determined actions by next event 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 23 RDT1.0: reliable data transfer over reliable channel Tầng dưới: Không có lỗi. Không mất mát dữ liệu (gói tin). Sender gửi dữ liệu xuống tầng dưới. Receiver nhận dữ liệu gửi từ tầng dưới lên. Wait for rdt_send(data) Wait for rdt_rcv(packet) call from call from extract (packet,data) packet = make_pkt(data) above below deliver_data(data) udt_send(packet) sender receiver 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 24
  13. RDT2.0: channel with bit errors Tầng dưới có thể có lỗi bit (0  1) UDP checksum có khả năng phát hiện lỗi bit. Khắc phục lỗi (error recover) thế nào? acknowledgements (ACKs): receiver thông báo đã nhận gói dữ liệu tốt (không có lỗi). negative acknowledgements (NAKs): receiver thông báo gói dữ liệu nhận được có lỗi. Nếu nhận được NAK, sender cần gửi lại gói tin bị lỗi. human scenarios using ACKs, NAKs? (telephone talking!) rdt2.0 so với rdt1.0 : error detection receiver feedback: control msgs (ACK,NAK) rcvr>sender. 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 25 RDT2.0: FSM specification rdt_send(data) snkpkt = make_pkt(data, checksum) receiver udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && isNAK(rcvpkt) Wait for Wait for rdt_rcv(rcvpkt) && call from ACK or udt_send(sndpkt) corrupt(rcvpkt) above NAK udt_send(NAK) rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt) Wait for Λ call from sender below rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ACK) 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 26
  14. RDT2.0: operation with no errors rdt_send(data) snkpkt = make_pkt(data, checksum) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && isNAK(rcvpkt) Wait for Wait for rdt_rcv(rcvpkt) && call from ACK or udt_send(sndpkt) corrupt(rcvpkt) above NAK udt_send(NAK) rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt) Wait for Λ call from below rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ACK) 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 27 RDT2.0: error scenario rdt_send(data) snkpkt = make_pkt(data, checksum) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && isNAK(rcvpkt) Wait for Wait for rdt_rcv(rcvpkt) && call from ACK or udt_send(sndpkt) corrupt(rcvpkt) above NAK udt_send(NAK) rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt) Wait for Λ call from below rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ACK) 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 28
  15. RDT2.0: problems Nếu ACK, NAK bị lỗi? Sender không biết kết quả gửi gói tin thế nào. Cũng chẳng thể gửi lại gói tin vì có thể gây hiện tượng lặp gói tin. Giải pháp: Sender truyền lại nếu như ACK/NAK bị lỗi. Kiểm soát lặp gói tin (duplicate handling) Thêm vào gói tin trường số thứ tự (sequence number). Căn cứ vào số thứ tự gói tin, receiver bỏ qua những gói tin bị lặp. Sender sẽ không gửi gói tin tiếp theo nếu như chưa chắc chắn receiver nhận được gói trước đó (stop and wait protocol). 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 29 RDT2.1: sender, handles garbled ACK/NAKs rdt_send(data) sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || Wait for Wait for ACK or isNAK(rcvpkt) ) call 0 from udt_send(sndpkt) above NAK 0 rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isACK(rcvpkt) Λ Λ Wait for Wait for ACK or call 1 from rdt_rcv(rcvpkt) && NAK 1 above ( corrupt(rcvpkt) || isNAK(rcvpkt) ) rdt_send(data) udt_send(sndpkt) sndpkt = make_pkt(1, data, checksum) udt_send(sndpkt) 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 30
  16. RDT2.1: receiver, handles garbled ACK/NAKs rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && has_seq0(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) sndpkt = make_pkt(ACK, chksum) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && (corrupt(rcvpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && (corrupt(rcvpkt) sndpkt = make_pkt(NAK, chksum) udt_send(sndpkt) sndpkt = make_pkt(NAK, chksum) Wait for Wait for udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && 0 from 1 from rdt_rcv(rcvpkt) && not corrupt(rcvpkt) && below below not corrupt(rcvpkt) && has_seq1(rcvpkt) has_seq0(rcvpkt) sndpkt = make_pkt(ACK, chksum) sndpkt = make_pkt(ACK, chksum) udt_send(sndpkt) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && has_seq1(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) sndpkt = make_pkt(ACK, chksum) udt_send(sndpkt) 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 31 RDT2.2: a NAKfree protocol rdt_send(data) sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || Wait for Wait for isACK(rcvpkt,1) ) call 0 from ACK above 0 udt_send(sndpkt) sender FSM fragment rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && && isACK(rcvpkt,0) (corrupt(rcvpkt) || Λ has_seq1(rcvpkt)) Wait for receiver FSM 0 from udt_send(sndpkt) below fragment rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && has_seq1(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) sndpkt = make_pkt(ACK1, chksum) udt_send(sndpkt) 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 32
  17. RDT3.0: channels with errors and loss Tầng dưới: Có thể có lỗi. Có thể gây mất mát gói tin. Giải pháp: Sender truyền lại gói tin nếu như chờ ACK một thời gian nhất định nào đó mà không thấy (cần countdown timer). Nếu ACK hay gói tin chỉ bị chậm thôi? truyền lại sẽ gây ra hiện tượng lặp gói tin. cần sequence number. 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 33 RDT3.0 sender rdt_send(data) rdt_rcv(rcvpkt) && sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) ( corrupt(rcvpkt) || udt_send(sndpkt) isACK(rcvpkt,1) ) rdt_rcv(rcvpkt) start_timer Λ Λ Wait Wait for timeout call 0from for udt_send(sndpkt) above ACK0 start_timer rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt,1) && notcorrupt(rcvpkt) stop_timer && isACK(rcvpkt,0) stop_timer Wait Wait for timeout for call 1 from udt_send(sndpkt) ACK1 above start_timer rdt_rcv(rcvpkt) rdt_send(data) Λ rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || sndpkt = make_pkt(1, data, checksum) isACK(rcvpkt,0) ) udt_send(sndpkt) start_timer Λ 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 34
  18. RDT3.0 in action 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 35 RDT3.0 in action (cont) 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 36
  19. Hiệu suất của RDT3.0 Giả sử có đường truyền giữa 2 host với các thông số sau: Bandwidth: 1 Gbps (10 9 bits per second) Propagation delay: 15 ms Size of packet: 1KB L (packet length in bits) 8kb/pkt T = = = 8 microsec transmit R (transmission rate, bps) 10 9 b/sec L / R .008 U = = = 0.00027 sender RTT + L / R 30.008 microsec U sender : utilization – fraction of time sender busy sending 1KB trong 30msec > 33KB/sec effective throught put over 1 Gbps link network protocol limits use of physical resources! 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 37 RDT3.0 stopandwait operation sender receiver first packet bit transmitted, t = 0 last packet bit transmitted, t = L / R first packet bit arrives RTT last packet bit arrives, send ACK ACK arrives, send next packet, t = RTT + L / R L / R .008 U = = = 0.00027 sender RTT + L / R 30.008 microsec 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 38
  20. Tăng hiệu suất đường truyền Pipelined protocols Pipelining: Gửi liên tục nhiều packets rồi đợi ACK Số thứ tự gói tin (sequence numbers) tăng đều và duy nhất Sử dụng bộ nhớ đệm tại Sender và Receiver Có 2 phương án xử lý khi gặp lỗi: go-Back-N Selective repeat 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 39 Tăng hiệu suất đường truyền Pipelined protocols sender receiver first packet bit transmitted, t = 0 last bit transmitted, t = L / R first packet bit arrives RTT last packet bit arrives, send ACK last bit of 2 nd packet arrives, send ACK last bit of 3 rd packet arrives, send ACK ACK arrives, send next packet, t = RTT + L / R Increase utilization by a factor of 3! 3 * L / R .024 U = = = 0.000 8 sender RTT + L / R 30.008 microsecon 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 40
  21. GoBackN Sender: Sử dụng kbit ở header để lưu sequence number Cửa sổ trượt cho phép chứa N packets chưa được báo ACK. Nếu nhận ACK(n): Mọi packet có số hiệu tới n1 đã gửi thành công Cần giám sát thời gian timeout cho mỗi packet đang gửi đi (inflight packet) timeout(n): Gửi lại packet n và các packet có seq # lớn hơn trong window 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 41 GBN in action 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 42
  22. GBN: sender extended FSM rdt_send(data) if (nextseqnum no receiver buffering! ReACK pkt with highest inorder seq # 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 44
  23. Selective Repeat (SR) Receiver gửi ACK cho từng packet tới đích Lưu trữ packets vào buffers (nếu cần thiết) để chuyển lên layer phía trên Sender gửi lại những packet không nhận được ACK sau khoảng timeout Cần cơ chế định thời timeout cho từng packet (chưa được ACK) Sender window N consecutive seq #’s again limits seq #s of sent, unACKed pkts 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 45 Selective repeat: sender, receiver windows 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 46
  24. Selective repeat sender receiver data from above : pkt n in [rcvbase, rcvbase+N1] send ACK(n) if next available seq # in window, send pkt outoforder: buffer inorder: deliver (also deliver timeout(n): buffered, inorder pkts), advance resend pkt n, restart timer window to next notyetreceived ACK(n) in pkt [sendbase,sendbase+N]: pkt n in [rcvbaseN,rcvbase1] mark pkt n as received ACK(n) if n smallest unACKed pkt, otherwise: advance window base to ignore next unACKed seq # 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 47 Selective repeat in action 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 48
  25. Selective repeat: rắc rối khi window size quá lớn Example: seq #’s: 0, 1, 2, 3 window size=3 receiver sees no difference in two scenarios! incorrectly passes duplicate data as new in (a) Q: what relationship between seq # size and window size? Yes, windows size= (total number /2) 0,1,2,3 => widwowsize=4/2=2 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) Transport Layer 349 49 Ch3. The Transport Layer 1. Transport Layer Services & Principles. 2. Multiplexing/Demultiplexing. 3. Connectionless Transport (UDP). 4. Principles of Reliable Data Transfer (RDT). 5. Connectionoriented Transport (TCP). 6. Congestion Control. 7. Sử dụng TCP hay UDP 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 50
  26. TCP Overview Transmission Control Protocol [RFCs: 793,1122, 1323, 2018, 2581] Pointtopoint: 1 sender, 1 receiver. Giao thức tin cậy (reliable). Kiểm soát luồng (flow control). Kiểm soát nghẽn mạng (congestion control). full duplex: Gửi & Nhận trên cùng một liên kết. application application writes data reads data socket socket send/receive buffers door door TCP TCP send buffer receive buffer segment 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 51 TCP segment structure URG: urgent data 32 bits (generally not used) source port # dest port # counting ACK: ACK # by bytes sequence number valid of data (not segments!) Header length acknowledgement number (by 32-bit word) head not len used UAP R S F rcvr window size # bytes checksum ptr urgent data PSH: push data to rcvr willing app immediately to accept (generally not used) Options (variable length) RST, SYN, FIN: connection estab application (setup, teardown commands) data (variable length) Internet checksum (as in UDP) 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 52
  27. TCP sequence number and ACKs Seq. #’s: Host A Host B byte stream “number” of first byte in User Seq= 42, AC types K=79 segment’s data , data ‘C’ = ‘ C’ ACKs: host ACKs receipt of ’ seq # of next byte = ‘C ‘C’, echoes , data K=43 expected from other 9, AC back ‘C’ eq=7 side S cumulative ACK host ACKs receipt Q: how receiver handles out Seq= 43, AC of echoed K=80 oforder segments ‘C’ A: TCP spec doesn’t say, up to implementor time simple telnet scenario 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 53 TCP segment – example (cnt.) Sender’s MAC address Receiver’s MAC address Type of network layer’s protocol ( 0x0800 = IP ) 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 54
  28. TCP segment – example (cnt.) IP’s Header 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 55 TCP segment – example (cnt.) Dst’s port # (80) ACK number TCP’s Header Src’s port # (2467) Sequence number Wnd’s size Header’s length Flags (00010000) (0xa0 = 40 bytes) 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 56
  29. TCP segment – example (cnt.) TCP’s Header Check sum Pointer urgent data 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 57 TCP segment – example (cnt.) TCP’s Header TCP’s Options (20 bytes) 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 58
  30. TCP: Reliable Data Transfer (retransmission)Host B Host A Seq=92, 8 bytes data 0 10 K= AC X timeout loss Seq=92, 8 bytes data 0 10 K= AC 59 time lost ACK scenario Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 06/02 24/03/2012 a TCP flow control ràn vì Các apps có thể xử lý dữ liệu chậm, các gói tin nhận về được đư w vào bộ đệm (receiver buffer). t headers. Flow control: kiểm soát không để cho receiver buffer bị t yền sender gửi nhiều gói tin quá. Receiver: Thông báo cho sender biết kích thước của RcvWido (free buffer): trường rcv window size trong TCP segmen Sender: Luôn nắm được kích thước tối đa của gói tin có thể tru tiếp. 60 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 06/02 24/03/2012
  31. TCP Connection management TCP: Connectionoriented. Three way handshaking: Khởi tạo các giá trị: Bước 1: client gửi TCP sequence number. SYN control segment tới buffers, flow control server. information. Bước 2: server nhận SYN Client:Connection initiator segment rồi trả lời bằng (khởi tạo liên kết: socket). SYNACK segment . Server: Chấp nhận kết nối. Bước 3: client nhận SYNACK segment và trả lời bằng ACK segment (có thể có dữ liệu đi kèm). 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 61 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 62
  32. TCP Connection management: ngắt liên kết Bước 1: client (phía muốn ngắt liên kết) gửi TCP FIN segment. client server closing Bước 2: server (phía còn FIN lại) nhận được FIN, gửi ACK, ngắt liên kết, gửi CK tiếp FIN segment. A closing IN Bước 3: client nhận FIN, F trả lời bằng ACK. timed wait (chờ một lúc nữa cho ACK tới khi liên kết đóng hẳn). closed Bước 4: server nhận ACK, timed wait đóng liên kết. closed 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 63 TCP Connection management (cont.) TCP client lifecycle TCP server lifecycle 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 64
  33. Ch3. The Transport Layer 1. Transport Layer Services & Principles. 2. Multiplexing/Demultiplexing. 3. Connectionless Transport (UDP). 4. Principles of Reliable Data Transfer (RDT). 5. Connectionoriented Transport (TCP). 6. Congestion Control. 7. Sử dụng TCP hay UDP 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 65 Congestion control Nghẽn mạng là điều khó tránh khỏi!!! Khi mạng bị nghẽn, các gói tin có thể bị trễ hay bị mất. Hai hướng tiếp cận: Endend congestion control: Thông tin về mức độ nghẽn mạng được suy ra từ lượng tin bị mất mát trong quá trình truyền. Networkassited congestion control: Routers cung cấp các thông tin phản hồi về tình trạng nghẽn mạng tới end systems. Bit thông báo nghẽn mạng đừng gửi nữa hoăc xin chờ một lát. Tốc độ tối đa cho phép gửi (maximum rate allowed). TCP sử dụng phương pháp endend congestion control. 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 66
  34. Causes/costs of congestion: scenario 1 Host A 2 senders, 2 λout λin : original data receivers Host B unlimited shared 01 router, buffers vô output link buffers hạn no retransmission large delays when congested maximum achievable throughput 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 67 Causes/costs of congestion: scenario 2 one router, buffers có hạn sender gửi lại các packet bị mất Host A λ λin : original data out λ'in : original data, plus retransmitted data Host B finite shared output link buffers 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 68
  35. Causes/costs of congestion: scenario 2 always: λ = λ (goodput) in out λ > λ “perfect” retransmission only when loss: out in λ retransmission of delayed (not lost) packet makes in larger (than perfect case) for same λ out “costs” of congestion: more work (retrans) for given “goodput” unneeded retransmissions: link carries multiple copies of pkt 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 69 Causes/costs of congestion: scenario 3 4 senders Q: what happens as λ in multihop paths and λ increase ? in timeout/retransmit Host A λout λin : original data λ'in : original data, plus retransmitted data finite shared output link buffers Host B 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 70
  36. Causes/costs of congestion: scenario 3 H λ o o s u t A t H o s t B Another “cost” of congestion: Khi thực hiện drop các packet trên đường truyền dung lượng đường truyền đã sử dụng để gửi tin tới điểm bị drop là vô ích. 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 71 TCP Congestion Control endend control (no network assistance) Sender điều khiển lượng dữ liệu gửi đi theo Làm thế nào sender đánh giá quy tắc: được tình trạng nghẽn? LastByteSent-LastByteAcked loss event = timeout or 3 ≤≤≤ min {CongWin, ReceiverWnd} duplicate ACKs Công thức xấp xỉ: TCP sender reduces rate CongWin rate = Bytes/sec (CongWin ) after loss RTT event Giá trị CongWin luôn biến đổi và được Cơ chế đánh giá nghẽn: tính toán theo khả năng truyền tải của mạng. AIMD Slow start conservative after timeout events 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 72
  37. TCP AIMD (additiveincrease, multiplicativedecrease) multiplicative decrease: cut additive increase: increase CongWin in half after CongWin by 1 MSS every loss event RTT in the absence of loss events: probing congestion window 24 Kbytes 16 Kbytes 8 Kbytes time Long-lived TCP connection 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 73 TCP Slow Start When connection When connection begins, begins, CongWin = 1 increase rate exponentially MSS fast until first loss event Example: MSS = 500 bytes & RTT = 200 msec initial rate = 20 kbps Available bandwidth may be >> MSS/RTT desirable to quickly ramp up to respectable rate 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 74
  38. TCP Slow Start (more) When connection begins, increase rate exponentially Host A Host B until first loss event: one segment double CongWin every RTT RTT done by incrementing two segments CongWin for every ACK received four Summary : initial rate is slow segments but ramps up exponentially fast time 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 75 Refinement Philosophy: After 3 dup ACKs: • 3 dup ACKs indicates CongWin is cut in half network capable of window then grows linearly delivering some segments • timeout before 3 dup But after timeout event: ACKs is “more alarming” CongWin instead set to 1 MSS; window then grows exponentially to a threshold, then grows linearly 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 76
  39. Refinement (more) Q: When should the exponential increase switch to linear? A: When CongWin gets to 1/2 of its value before timeout. Implementation: Variable Threshold At loss event, Threshold is set to 1/2 of CongWin just before loss event 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 77 Summary: TCP Congestion Control When CongWin is below Threshold , sender in slow start phase, window grows exponentially. When CongWin is above Threshold , sender is in congestionavoidance phase, window grows linearly. When a triple duplicate ACK occurs, Threshold set to CongWin/2 and CongWin set to Threshold . When timeout occurs, Threshold set to CongWin/2 and CongWin is set to 1 MSS. 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 78
  40. TCP throughput (or transmission rate) Gía trị throughout (số packet gửi đi / giây) của TCP tính theo Window size và RTT là bao nhiêu? Không tính giai đoạn slowstart Gọi W là giá trị window size khi xuất hiện mất gói. Khi window size = W, throughput = W/RTT Ngay sau khi có nghẽn (lost), window size giảm xuống = W/2 throughput = W/2RTT. Throughout trung bình là: 0.75 W/RTT Throughout TB = 3W/4RTT 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 79 TCP Futures Hỏi: Giả sử MSS = 1500 byte, RTT = 100µs , Cần gửi đi với tốc độ là 10 Gbps (throughput=10 9 bps). Vậy giá trị Windowsize phải là bao nhiêu ? Trả lời: window size W = 83,333 inflight segments Throughput tính theo loss rate: .1 22⋅ MSS RTT L Trong đó L = loss rate 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 80
  41. Delay modeling Q: How long does it take to Notation, assumptions: receive an object from a Assume one link between Web server after sending client and server of rate R S: MSS (bits) a request? O: object size (bits) Ignoring congestion, delay no retransmissions (no is influenced by: loss, no corruption) Window size: TCP connection establishment First assume: fixed data transmission delay congestion window, W slow start segments Then dynamic window, modeling slow start 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 81 Fixed congestion window (1) First case: WS/R > RTT + S/R: ACK for first segment in window returns before window’s worth of data sent delay = 2RTT + O/R 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 82
  42. Fixed congestion window (2) Second case: WS/R < RTT + S/R: wait for ACK after sending window’s worth of data sent delay = 2RTT + O/R + (K-1)[S/R + RTT - WS/R] 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) Transport Layer 383 83 Ch3. The Transport Layer 1. Transport Layer Services & Principles. 2. Multiplexing/Demultiplexing. 3. Connectionless Transport (UDP). 4. Principles of Reliable Data Transfer (RDT). 5. Connectionoriented Transport (TCP). 6. Congestion Control. 7. Sử dụng TCP hay UDP 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 84
  43. Một số so sánh TCP/UDP Có liên kết, lưu trữ trạng Không liên kết, không lưu thái liên kết (quản lý liên trữ trạng thái. kết). Điểmđiểm Điểmđiểm, quảng bá. Có độ trễ (delay): thiết lập, Độ trễ thấp. quản lý liên kết, luồng, nghẽn Segment header nhỏ (8 Segment header lớn (20 bytes) bytes) Bị giới hạn tốc độ truyền (congestion control) Không giới hạn tốc độ truyền. 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 85 Các app thực tế Application App protocol Transport protocol Electronic mail SMTP TCP Remote terminal access Telnet TCP Web HTTP TCP File transfer FTP TCP Remote file server NFS typically UDP Streaming multimedia proprietary typically UDP Internet telephony proprietary typically UDP Network management SNMP typically UDP Routing protocol RIP typically UDP Name translation DNS typically UDP 06/02 24/03/2012 Chương 3. Giao thc tng giao vn (transport layer) 86