Mobile Transportschicht. Seminar: Mobile Computing WS 2004/2005 Gunnar Adler
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1 Mobile Transportschicht Seminar: Mobile Computing WS 2004/2005 Gunnar Adler
2 Gliederung Einleitung / Traditionelles TCP TCP Mechanismen TCP Optimierungen Split Connection Verfahren Fast Retransmit / Fast Recovery Einfrieren der Verbindungsparameter Selektive Übertragungswiederholung Transaktionsorientiertes TCP Header Compression Mobile Transportschicht 2
3 Einleitung: Transportschicht Unterstützung von Mobilität in höheren Schichten Transportschicht notwendig Transportschicht stellt Anwendungen Kommunikationskanal zur Verfügung Anwendungen werden über Ports adressiert Protokolle TCP & UDP setzen auf Vermittlungsprotokoll IP auf Mobile Transportschicht 3
4 Einleitung: TCP & UDP UDP bietet im Gegensatz zu TCP keinerlei Garantien über die Auslieferung der Daten an die Anwendung Bei Paketverlust nimmt TCP eine Stausituation an und drosselt die Senderate, UDP zieht sich nicht zurück TCP Mechanismen bestimmen Leistungsfähigkeit im mobilen Umfeld Mobile Transportschicht 4
5 Klassisches TCP Für Festnetze mit festen Endsystemen entworfen kaum Übertragungsfehler Grund für Paketverlust ist fast immer Stau an einem Netzknoten Senderate wird stark abgesenkt um den Stau schnell abzubauen TCP garantiert Aufteilung der Bandbreite unter allen Nutzern Mobile Transportschicht 5
6 Slow Start Verhalten nach Stauerkennung Sender berechnet fortlaufend Staufenster Staufenster wird bei Eintreffen von Bestätigungen expotentiell vergrößert Übergang zu linearem Wachstum an Stauschwellenwert (Congestion Treshold) bei ausgebliebenen oder mehrfachen Bestätigungen wird Stauschwellenwert auf Hälfte des aktuellen Staufensters und Slow Start Mechanismus wiederholt sich Mobile Transportschicht 6
7 Fast Retransmit / Fast Recovery Empfang von Bestätigungen deutet auf kurzfristigen Stau oder Übertragungsfehler Sender überträgt fehlende Pakete sofort erneut (Fast Retransmit) und fährt mit hoher Senderate fort (Fast Recovery) Staufenster muss nicht verkleinert werden Mobile Transportschicht 7
8 Auswirkungen auf Mobilität Slow Start kann Leistungsfähigkeit von mobilen Geräten stark verschlechtern häufiger Paketverlust aber kein Stau durch: Vergleichsweise hohe Bitfehlerraten Übergang zwischen Anschlusspunkten klassisches TCP kann nicht zwischen Stau und Verlusten durch Mobilität unterscheiden Erweiterungen müssen kompatibel sein und dürfen Stauverhalten nicht gefährden Mobile Transportschicht 8
9 Gliederung Einleitung / Traditionelles TCP TCP Mechanismen TCP Optimierungen Split Connection Verfahren Fast Retransmit / Fast Recovery Einfrieren der Verbindungsparameter Selektive Übertragungswiederholung Transaktionsorientiertes TCP Header Compression Mobile Transportschicht 9
10 Split Connection Verfahren Teilung der Verbindung in Festnetzteil und drahtlose Strecke klassisches TCP zwischen stationärem Rechner und Basisstation und spezielles TCP zwischen Basisstation und mobilem Rechner Mobile Transportschicht 10
11 Indirektes TCP (I-TCP) Basisstation/Fremdagent handelt als Stellvertreter (Proxy) und leitet Daten in beide Richtungen weiter Daten werden zwischengespeichert Bestätigung an Sender erfolgt unmittelbar erst dann werden Daten zum Empfänger weitergeleitet Mobile Transportschicht 11
12 Indirektes TCP (I-TCP) Übertragungsfehler auf drahtloser Strecke werden vom Stellvertreter behandelt lokale Übertragungswiederholung Mobile Transportschicht 12
13 Indirektes TCP (I-TCP) Wechsel des Zugangspunktes Mobile IP regelt Umleitung der Datenpakete Bereits im Proxy gepufferte Daten werden an neuen Agenten/Proxy weitergeleitet Mobile Transportschicht 13
14 Indirektes TCP (I-TCP) Vorteile: keine Änderung an TCP im Festnetz Änderung im Funknetz nicht zwingend Übertragungsfehler pflanzen sich nicht fort schnellere Durchführung von Übertragungswiederholungen Einstatz von anderen Transportschicht Protokollen im drahtlosen Teil möglich Mobile Transportschicht 14
15 Indirektes TCP (I-TCP) Nachteile: Verlust der Ende-zu-Ende Semantik von TCP vergrößerte Verzögerung bei Wechsel des Zugangspunktes Stellvertreter muß vertrauenswürdig sein (volle Integration bei Verschlüsselung) bei Wechsel des Zugangspunktes muss neuer Agent auch I-TCP unterstützen Mobile Transportschicht 15
16 Snooping TCP Transparente Erweiterung Pakete in Richtung des mobilen Rechners werden zwischengespeichert Paketfluss wird in beide Richtungen abgehört Agent sendet keine Empfangsbestätigungen Mobile Transportschicht 16
17 Snooping TCP Vorteile: Ende-zu-Ende Semantik bleibt erhalten keine Änderung an TCP notwendig keine Zustandsübergabe bei Wechsel des Zugangspunktes bei Wechsel des Zugangspunktes muss neuer Agent diese Erweiterung nicht zwingend unterstützen Mobile Transportschicht 17
18 Snooping TCP Nachteile: geringe Isolation der drahtlosen Verbindung Einsatz negativer Bestätigungen (NACK) erfordert zusätzliche Mechanismen Mitlesen der Pakete der schlägt beim Einsatz von Ende-zu-Ende Verschlüsselungen fehl (lokales) Wiederholen von Daten bei vielen Sicherheitsmechanismen nicht möglich Mobile Transportschicht 18
19 Mobile TCP (M-TCP) Optimierung des TCP Verhaltens bei längeren Verbindungsunterbrechungen Segmentierte Verbindung ähnlich wie I-TCP M-TCP setzt niedrige Fehlerraten voraus Keine Zwischenspeicherung der Daten Überwachungsknoten (Supervisory Host) beobachtet alle Pakete zum und alle Bestätigungen vom mobilen Rechner Mobile Transportschicht 19
20 Mobile TCP (M-TCP) Funktionsweise: bleiben Bestätigungen vom mobilen Rechner aus, wird davon ausgegangen dass gerade keine Verbindung zum Netz besteht Überwachungsknoten drosselt stationären Rechner, indem Sendefenster auf null gesetzt wird (Persistenter Modus) wenn die Verbindung wieder besteht wird Sendefenster mit altem Wert wieder eröffnet Mobile Transportschicht 20
21 Mobile TCP (M-TCP) Vorteile: erhält Ende-zu-Ende Semantik von TCP unnötige Übertragungswiederholungen werden vermieden wenn mobiler Rechner getrennt ist keine Zustandsübergabe bei Wechsel des Zugangspunktes Keine Änderungen an TCP Implementation des stationären Rechners notwendig Mobile Transportschicht 21
22 Mobile TCP (M-TCP) Nachteile: durch fehlende Zwischenspeicherung sind Paketverluste auf der drahtlosen Verbindung für den stationären Rechner sichtbar modifiziertes TCP auf mobiler Seite muß auf allen beteiligten Geräten installiert sein fehlendes Slow Start auf mobiler Seite macht Bandbreitenverwalter notwendig Mobile Transportschicht 22
23 Fast Retransmit / Fast Recovery Bei Wechsel zu neuem Fremdagenten Schnelle Übertragungswiederholung kann durch duplizierte Bestätigungen künstlich hervorgerufen werden Kommunikationspartner wird sofort in Fast Retransmit gezwungen (kein Slow Start) vorige Senderate wird fortgesetzt Mobile Transportschicht 23
24 Fast Retransmit / Fast Recovery Vorteile: nur relativ kleine Änderung in der Software des mobilen Gerätes notwendig weder Fremdagenten noch Kommunikationspartner müssen modifiziert werden Mobile Transportschicht 24
25 Fast Retransmit / Fast Recovery Nachteile: ungenügende Isolation von Paketverlusten bei länger andauernden Wechseln beginnt der Kommunikationspartner wahrscheinlich schon mit erneutem Senden der Daten Paketverlust durch Übertragungsprobleme auf drahtloser Strecke wird nicht berücksichtigt Mobile Transportschicht 25
26 Einfrieren der Verbindungsparameter Umgang mit längeren Unterbrechungen MAC Schicht informiert TCP über bevorstehende Unterbrechungen, damit TCP nicht von einem Stau ausgeht TCP stellt Senden ein und behält aktuellen Zustand bei und benachrichtigt ggf. den Kommunikationspartner bei wiederhergestellter Verbindung informiert MAC Schicht TCP setzt Arbeit fort Mobile Transportschicht 26
27 Vorteile: Einfrieren der Verbindungsparameter TCP Verbindungen können nach längerer Unterbrechung fortgesetzt werden unabhängig von anderen TCP Mechanismen verschlüsselte Pakete möglich Nachteile: Software muss auf beiden Kommunikationspartnern angepasst werden Mobile Transportschicht 27
28 Selektive Übertragungswiederholung indirekt kann die Wiederholung einzelner Pakete angefordert werden Möglichkeit zur Bestätigung einzelner Paket fehlende Pakete werden erneut übertragen Mobile Transportschicht 28
29 Vorteile: Selektive Übertragungswiederholung Sender übertragt nur tatsächlich verlorene Pakete erneut spart Bandbreite bereits von vielen TCP Implementierungen unterstützt (Nachteile): Software auf Empfängerseite etwas komplexer Mobile Transportschicht 29
30 Transaktionsorientiertes TCP (T/TCP) Kombination von Datenpaketen mit Paketen für Verbindungsauf- und -abbau Vorteil: Zahl der Pakete wird bei kurzen Anfragen drastisch reduziert Nachteil: kein normales TCP Änderungen bei allen Kommunikationspartnern notwendig Mobile Transportschicht 30
31 Header Compression Reduzierung von Mehraufwand durch große aber fast identische TCP und IP Header lediglich Änderungen werden versendet nützlich für verzögerungsempfindliche Anwendungen mit Vielzahl kleiner Pakete Mobile Transportschicht 31
Transportschicht. Motivation. TCP Slow Start
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Im Vorlesungsskript (5) auf Seite 7 haben wir folgendes Bild:
Übungsblatt 4 Aufgabe 1 Sie möchten ein IEEE 802.11-Netzwerk (WLAN) mit einem IEEE 802.3-Netzwerk (Ethernet) verbinden. 1a) Auf welcher Schicht würden Sie ein Zwischensystem zur Übersetzung ansiedeln?