Übung 9. Tutorübung zu Grundlagen: Rechnernetze und Verteilte Systeme (Gruppen Mo-T1 / Di-T11 SS 2016) Dennis Fischer

Transkript

1 Übung 9 Tutorübung zu Grundlagen: Rechnernetze und Verteilte ysteme (Gruppen Mo-T1 / Di-T ) Dennis Fischer dennis.fischer@tum.de Technische Universität München Fakultät für Informatik / /1

2 Verbindungsorientierte Übertragung Beispiel: Übertragungsphase EQ = x + 1 ACK = x + 2 EQ = x + 2 EQ = x + 2 ACK = x + 3 EQ = y + 1 ACK = y + 2 EQ = y + 1 ACK = y + 2 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-26

3 Bislang: Im vorherigen Beispiel hat der stets nur ein egment gesendet und dann auf eine Bestätigung gewartet Dieses Verfahren ist ineffizient, da abhängig von der Umlaufverzögerung (Round Trip Time, RTT) zwischen und viel Bandbreite ungenutzt bleibt ( top and Wait -Verfahren) Idee: Teile dem mit, wie viele egmente nach dem letzten bestätigten egment auf einmal übertragen werden dürfen, ohne dass der auf eine Bestätigung warten muss. Vorteile: Zeit zwischen dem Absenden eines egments und dem Eintreffen einer Bestätigung kann effizienter genutzt werden Durch die Aushandlung dieser Fenstergrößen kann der die Datenrate steuern Flusskontrolle Durch algorithmische Anpassung der Fenstergröße kann die Datenrate an die verfügbare Datenrate auf dem Übertragungspfad zwischen und angepasst werden taukontrolle Probleme: und müssen mehr Zustand halten (Was wurde bereits empfangem? Was wird als nächstes erwartet?) Der equenznummernraum ist endlich Wie werden Missverständnisse verhindert? Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-27

4 Zur Notation: und haben denselben equenznummernraum = {0, 1, 2,..., N 1}. Beispiel: N = 16: W s W r endefenster (end Window) W s, W s = w s: Es dürfen w s egmente nach dem letzten bestätigten egment auf einmal gesendet werden. Empfangsfenster (Receive Window) W r, W r = w r : equenznummern der egmente, die als nächstes akzeptiert werden. ende- und Empfangsfenster verschieben und überlappen sich während des Datenaustauschs. Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-28

5 Vereinbarungen: Eine Bestätigung ACK = m + 1 bestätigt alle egmente mit EQ m. Dies wird als kumulative Bestätigung bezeichnet. Gewöhnlich löst jedes erfolgreich empfangene egment das enden einer Bestätigung aus, wobei stets das nächste erwartete egment bestätigt wird. Dies wird als Forward Acknowledgement bezeichnet. Wichtig: In den folgenden Grafiken sind die meisten Bestätigungen zwecks Übersichtlichkeit nur angedeutet (graue Pfeile). Die Auswirkungen auf ende- und Empfangsfenster beziehen sich nur auf den Erhalt der schwarz eingezeichneten Bestätigungen. Dies ist äquivalent zur Annahme, dass die angedeuteten Bestätigungen verloren gehen. Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-29

6 endefenster W s bzw. Empfangsfenster W r gesendet aber noch nicht bestätigt gesendet und bestätigt/empfangen Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-30

7 endefenster W s bzw. Empfangsfenster W r gesendet aber noch nicht bestätigt gesendet und bestätigt/empfangen EQ = 0 EQ = 1 EQ = 2 EQ = 3 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-30

8 endefenster W s bzw. Empfangsfenster W r gesendet aber noch nicht bestätigt gesendet und bestätigt/empfangen EQ = 0 EQ = 1 EQ = 2 EQ = 3 ACK = 4 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-30

9 endefenster W s bzw. Empfangsfenster W r gesendet aber noch nicht bestätigt gesendet und bestätigt/empfangen EQ = 0 EQ = 1 EQ = 2 EQ = 3 ACK = 4 EQ = 4 EQ = 5 EQ = 6 EQ = 7 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-30

10 endefenster W s bzw. Empfangsfenster W r gesendet aber noch nicht bestätigt gesendet und bestätigt/empfangen EQ = 0 EQ = 1 EQ = 2 EQ = 3 ACK = 4 EQ = 4 EQ = 5 EQ = 6 EQ = 7 ACK = 8 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-30

11 Neues Problem: Wie wird jetzt mit egmentverlusten umgegangen? Zwei Möglichkeiten: 1. Go-Back-N Akzeptiere stets nur die nächste erwartete equenznummer Alle anderen egmente werden verworfen 2. elective-repeat Akzeptiere alle equenznummern, die in das aktuelle Empfangsfenster fallen Diese müssen gepuffert werden, bis fehlende egmente erneut übertragen wurden Wichtig: In beiden Fällen muss der equenznummernraum so gewählt werden, dass wiederholte egmente eindeutig von neuen egmenten unterschieden werden können. Andernfalls würde es zu Verwechslungen kommen Auslieferung von Duplikaten an höhere chichten, keine korrekte Reihenfolge. Frage: (siehe Übung) Wie groß darf das endefenster W s in Abhängigkeit des equenznummernraums höchstens gewählt werden, so dass die Verfahren funktionieren? Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-31

12 Go-Back-N: N = 16, w s = 4, w r = 4 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-32

13 Go-Back-N: N = 16, w s = 4, w r = 4 EQ=0 EQ=1 EQ=2 EQ=3 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-32

14 Go-Back-N: N = 16, w s = 4, w r = 4 EQ=0 EQ=1 EQ=2 EQ=3 ACK = 1 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-32

15 Go-Back-N: N = 16, w s = 4, w r = 4 EQ=0 EQ=1 EQ=2 EQ=3 ACK = 1 EQ=1 EQ=2 EQ=3 EQ=4 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-32

16 Go-Back-N: N = 16, w s = 4, w r = 4 EQ=0 EQ=1 EQ=2 EQ=3 ACK = 1 EQ=1 EQ=2 EQ=3 EQ=4 ACK = 1 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-32

17 Anmerkungen zu Go-Back-N Da der stets nur das nächste erwartete egment akzeptiert, reicht ein Empfangsfenster der Größe w r = 1 prinzipiell aus. Unabhängig davon muss für praktische Implementierungen ein ausreichend großer Empfangspuffer verfügbar sein. Bei einem equenznummernraum der Kardinalität N muss für das endefenster stets gelten: w s N 1. Andernfalls kann es zu Verwechslungen kommen (s. Übung). Das Verwerfen erfolgreich übertragener aber nicht in der erwarteten Reihenfolge eintreffender egmente macht das Verfahren einfach zu implementieren aber weniger effizient. Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-33

18 elective Repeat: N = 16, w s = 4, w r = 4 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-34

19 elective Repeat: N = 16, w s = 4, w r = 4 EQ = 0 EQ = 1 EQ = 2 EQ = 3 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-34

20 elective Repeat: N = 16, w s = 4, w r = 4 EQ = 0 EQ = 1 EQ = 2 EQ = 3 ACK = 1 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-34

21 elective Repeat: N = 16, w s = 4, w r = 4 EQ = 0 EQ = 1 EQ = 2 EQ = 3 ACK = 1 EQ = 1 EQ = 4 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-34

22 elective Repeat: N = 16, w s = 4, w r = 4 EQ = 0 EQ = 1 EQ = 2 EQ = 3 ACK = 1 EQ = 1 EQ = 4 ACK = 5 Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-34

23 Fluss- und taukontrolle bei TCP TCP-Flusskontrolle Ziel der Flusskontrolle ist es, Überlastsituationen beim zu vermeiden. Dies wird erreicht, indem der eine Maximalgröße für das endefenster des s vorgibt. teilt dem über das Feld Receive Window im TCP-Header die aktuelle Größe des Empfangsfensters W r mit. Der interpretiert diesen Wert als die maximale Anzahl an Byte, die ohne Abwarten einer Bestätigung übertragen werden dürfen. Durch Herabsetzen des Wertes kann die Übertragungsrate des s gedrosselt werden, z. B. wenn sich der Empfangspuffer des s füllt. TCP-taukontrolle Ziel der taukontrolle ist es, Überlastsituationen im Netz zu vermeiden. Dazu muss der Engpässe im Netz erkennen und die Größe des endefensters entsprechend anpassen. Zu diesem Zweck wird beim zusätzlich ein taukontrollfenster (engl. Congestion Window) W c eingeführt, dessen Größe wir mit w c bezeichnen: W c wird vergrößert, solange Daten verlustfrei übertragen werden. W c wird verkleinert, wenn Verluste auftreten. Für das tatsächliche endefenster gilt stets w s = min{w c, w r }. Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-38

24 Fluss- und taukontrolle bei TCP TCP-taukontrolle Man unterscheidet bei TCP grundsätzlich zwischen zwei Phasen der taukontrolle: 1. low-tart: Für jedes bestätigte egment wird W c um eine M vergrößert. Dies führt zu exponentiellem Wachstum des taukontrollfensters bis ein chwellwert (engl. Congestion Threshold) erreicht ist. Danach wird mit der Congestion-Avoidance-Phase fortgefahren. 2. Congestion Avoidance: Für jedes bestätige egment wird W c lediglich um (1/w c ) M vergrößert, d. h. nach Bestätigung eines vollständigen taukontrollfensters um genau eine M. Ein vollständiges Fenster kann frühestens nach 1 RTT bestätigt sein. Dies führt zu linearem Wachstum des taukontrollfensters in der RTT. TCP-Varianten: Wir betrachten hier eine auf das Wesentliche reduzierte Implementierung von TCP, die auf TCP Reno basiert. Die einzelnen TCP-Version (Tahoe, Reno, New Reno, Cubic,... ) unterscheiden sich in Details, sind aber alle zueinander kompatibel. Linux verwendet derzeit TCP Cubic, welches das Congestion Window schneller anwächsen lässt als andere TCP-Varianten. Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-39

25 Fluss- und taukontrolle bei TCP Die folgende Beschreibung bezieht sich auf eine vereinfachte Implementierung von TCP Reno: 1. 3 duplizierte Bestätigungen (Duplicate ACKs) etze den chwellwert für die tauvermeidung auf w c /2. Reduziere W c auf die Größe dieses chwellwerts. Beginne mit der tauvermeidungsphase. 2. Timeout etze den chwellwert für die tauvermeidung auf w c /2. etze w c = 1 M. Beginne mit einem neuen low-tart. Der Vorgänger TCP-Tahoe unterscheidet z. B. nicht zwischen diesen beiden Fällen und führt immer Fall 2 aus. Grundsätzlich sind alle TCP-Versionen kompatibel zueinander, allerdings können sich die unterschiedlichen taukontrollverfahren gegenseitig nachteilig beeinflussen. Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-40

26 Fluss- und taukontrolle bei TCP Beispiel: TCP-Reno (mit einigen Vereinfachungen) w c / M low tart Congestion Avoidance t/ RTT Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-41

27 Fluss- und taukontrolle bei TCP Beispiel: TCP-Reno (mit einigen Vereinfachungen) w c / M 3 duplizierte ACKs low tart Congestion Avoidance Congestion Threshold t/ RTT Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-41

28 Fluss- und taukontrolle bei TCP Beispiel: TCP-Reno (mit einigen Vereinfachungen) w c / M 3 duplizierte ACKs low tart Congestion Avoidance Congestion Threshold t/ RTT Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-41

29 Fluss- und taukontrolle bei TCP Beispiel: TCP-Reno (mit einigen Vereinfachungen) w c / M 3 duplizierte ACKs low tart Congestion Avoidance Timeout Congestion Threshold t/ RTT Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-41

30 Fluss- und taukontrolle bei TCP Beispiel: TCP-Reno (mit einigen Vereinfachungen) w c / M 3 duplizierte ACKs low tart Congestion Avoidance Timeout t/ RTT Kapitel 4: Transportschicht Verbindungsorientierte Übertragung 4-41