C3 1page per sheet

Chapter Transport Layer A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers) They’re in PowerPoint form so you can add, modify, and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs They obviously represent a lot of work on our part In return for use, we only ask the following:
If you use these slides (e.g., in a class) in substantially unaltered form, that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!)
If you post any slides in substantially unaltered form on a www site, that you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this material Computer Networking: A Top Down Approach 5th edition Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, April 2009 Thanks and enjoy! JFK/KWR All material copyright 1996-2009 J.F Kurose and K.W Ross, All Rights Reserved Transport Layer 3-1 Chapter 3: Transport Layer Our goals:  understand principles behind transport layer services:     multiplexing/demultiple xing reliable data transfer flow control congestion control  learn about transport layer protocols in the Internet:    UDP: connectionless transport TCP: connection-oriented transport TCP congestion control Transport Layer 3-2 Chapter outline  3.1 Transport-layer services  3.2 Multiplexing and demultiplexing  3.3 Connectionless transport: UDP  3.4 Principles of reliable data transfer  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 Transport Layer 3-3 Transport services and protocols cung cấp truyền thông logic [logical communication ] tiến trình ứng dụng chạy host khác  Các giao thức vận chuyển chạy host  Phía gửi: chia message tầng Transport thành segments, sau gửi segment xuống tầng Network  Phía nhận: ráp segments thành message, sau gửi lên tầng Application  Có nhiều giao thức vận chuyển để ứng dụng mạng sd  Internet: TCP UDP  application transport network data link physical application transport network data link physical Transport Layer 3-4 Transport vs network layer  Tầng Network: truyền Household analogy: 12 đứa trẻ gửi thư cho 12 đứa thông logic trẻ khác hosts  Tầng Transport : truyền  Tiến trình = đứa trẻ thông logic  Message tầng Ứng dụng = tiến trình thư phong bì  relies on, enhances,  hosts = gia đình network layer services  Giao thức vận chuyển = Ann Bill  Giao thức tầng mạng = Dịch vụ bưu Transport Layer 3-5 Internet transport-layer protocols  Vận chuyển bảo đảm [reliable], thứ tự [in-order] (TCP)    congestion control flow control connection setup  Vận chuyển ko bảo đảm [unreliable], không M1 thứ tự : UDP  no-frills extension of “besteffort” IP  Các dịch vụ ko cung cấp:  delay guarantees  bandwidth guarantees application transport network data link physical network data link physical network data link physical network data link physicalnetwork data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical Transport Layer 3-6 Slide M1 no-frills: bình dân? No-frills or no frills is a term used to describe any service or product for which the non-essential features have been removed to keep the price low MVC, 5/3/2010 Chapter outline  3.1 Transport-layer services  3.2 Multiplexing and demultiplexing  3.3 Connectionless transport: UDP  3.4 Principles of reliable data transfer  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 Transport Layer 3-7 Multiplexing/demultiplexing Multiplexing host gửi: Thu thập mẩu liệu từ socket, bao bọc mẩu liệu gói, có gắn thêm header (để dùng demultiplexing host nhận) Demultiplexing host nhận: Chuyển segment nhận đến socket = socket application = process P3 P1 P1 application P2 P4 application transport transport transport network network network link link link physical host physical host physical host Transport Layer 3-8 How demultiplexing works Host bên nhận nhận IP datagrams  Mỗi datagram có source IP address, destination IP address  Mỗi datagram mang segment (là đơn vị liệu Tầng Transport)  Mỗi segment có source port number, destination port number  Host bên nhận sử dụng địa IP số hiệu port để chuyển giao segment đến socket tương ứng  Hai cách demultiplexing khác ứng với cách truyền thông hướng kết nối (connection-oriented)và phi kết nối (connectionless)  32 bits source port # dest port # other header fields application data (message) TCP/UDP segment format Transport Layer 3-9 TCP Congestion Control: more details Bên gửi giám cwnd có kiện “mất segment”, xảy khi:  Đã timeout mà không nhận phản hồi  Giảm cwnd Bên gửi tăng cwnd nhận ACK  Giai đoạn slow-start  Gia tăng theo hàm mũ  Giai đoạn tránh tắc nghẽn  Gia tăng tuyến tính  Nhận ACK trùng  Giảm cwnd nửa Transport Layer 3-95 TCP Slow Start Khi kết nối bắt đầu, cwnd = MSS VD: MSS = 500 bytes & RTT = 200 msec =>Tốc độ truyền = 20 kbps  Năng lực đường truyền lớn MSS/RTT nhiều lần  Có nhu cầu tăng nhanh đến tốc độ truyền phù hợp  Gia tăng tốc độ truyền theo hàm mũ, có kiện “mất segment” xảy chạm ngưỡng  Gấp đôi cwnd sau RTT Host A   Làm điều cách tăng cwnd lên sau lần nhận ACK Host B RTT  time Transport Layer 3-96 Transitioning into/out of slowstart ssthresh: biến lưu giá trị ngưỡng cwnd , TCP quản lý  Khi “mất segment”: đặt ssthresh cwnd/2 ghi nhận lại nửa giá trị cwnd vào thời điểm ùn tắt trước  Khi cwnd >= ssthresh: chuyển từ slowstart sang giai đoạn tránh ùn tắt  duplicate ACK dupACKcount++ Λ cwnd = MSS ssthresh = 64 KB dupACKcount = timeout ssthresh = cwnd/2 cwnd = MSS dupACKcount = retransmit missing segment slow start new ACK cwnd = cwnd+MSS dupACKcount = transmit new segment(s),as allowed cwnd > ssthresh Λ timeout ssthresh = cwnd/2 cwnd = MSS dupACKcount = retransmit missing segment congestion avoidance Transport Layer 3-97 TCP: congestion avoidance  Khi cwnd > ssthresh gia tăng cwnd tuyến tính • Tăng cwnd thêm MSS sau RTT • Đạt tới điểm ùn tắt chậm slowstart • Cài đặt: với ACK nhận cwnd = cwnd + MSS/cwnd AIMD  ACKs: increase cwnd by MSS per RTT: additive increase  loss: cut cwnd in half (non-timeout-detected loss ): multiplicative decrease AIMD: Additive Increase Multiplicative Decrease Transport Layer 3-98 Summary: congestion control algorithm ssthresh = ? (e,g, 64KB) cwnd = MSS /* slow start or exponential increase */ While (No Packet Loss and cwnd < ssthresh ) { send cwnd TCP segments for each ACK, cwnd = cwnd + MSS } /* congestion avoidance or linear increase */ While (No Packet Loss) { send cwnd TCP segments /* increase cwnd by MSS when cwnd ACKs are received */ for each ACK, cwnd = cwnd + MSS/cwnd } ssthresh = cwnd/2 If (3 Dup ACKs) cwnd = ssthresh; Else If (timeout) cwnd=1 MSS; Transport Layer 3-99 cwnd window size (in segments) Popular “flavors” of TCP TCP Reno ssthresh ssthresh TCP Tahoe Transmission round Transport Layer 3-100 TCP congestion control FSM: overview cwnd > ssthresh slow start loss: timeout congestion avoidance loss: timeout loss: timeout loss: 3dupACK new ACK loss: 3dupACK fast recovery Transport Layer 3-101 TCP congestion control FSM: details duplicate ACK dupACKcount++ Λ cwnd = MSS ssthresh = 64 KB dupACKcount = slow start timeout ssthresh = cwnd/2 cwnd = MSS dupACKcount = retransmit missing segment dupACKcount == ssthresh= cwnd/2 cwnd = ssthresh + retransmit missing segment new ACK cwnd = cwnd+MSS dupACKcount = transmit new segment(s),as allowed cwnd > ssthresh Λ timeout ssthresh = cwnd/2 cwnd = MSS dupACKcount = retransmit missing segment timeout ssthresh = cwnd/2 cwnd = dupACKcount = retransmit missing segment new ACK cwnd = cwnd + MSS (MSS/cwnd) dupACKcount = transmit new segment(s),as allowed congestion avoidance duplicate ACK dupACKcount++ New ACK cwnd = ssthresh dupACKcount = dupACKcount == ssthresh= cwnd/2 cwnd = ssthresh + retransmit missing segment fast recovery duplicate ACK cwnd = cwnd + MSS transmit new segment(s), as allowed Transport Layer 3-102 Summary: TCP Congestion Control  Khi cwnd < ssthresh, bên gửi làm việc theo slow- start, cửa sổ cwnd tăng nhanh theo hàm mũ  Khi cwnd >= ssthresh, bên gửi làm việc theo congestion-avoidance, cửa sổ cwnd tăng tuyến tính  Khi nhận ACK trùng nhau, ssthresh := cwnd/2, cwnd := ssthresh  Khi timeout xảy ra, ssthresh := cwnd/2, cwnd := MSS Transport Layer 3-103 TCP throughput  Q: Thông lượng trung bình TCP bao nhiêu, tính theo kích thước cửa sổ RTT? • Bỏ qua giai đoạn slow start  Gọi W kích thước sổ có kiện “mất segment” • Khi kích thước cửa sổ W, thơng lượng W/RTT • Ngay sau segment, cửa sổ giảm xuống W/2, thơng lượng giảm thành W/2RTT • Thơng lượng trung bình: 0.75 W/RTT Transport Layer 3-104 TCP Futures: TCP over “long, fat pipes”  VD: Xét kết nối TCP với segment kích thước 1500 byte, RTT= 100ms, muốn thơng lượng 10 Gbps kết nối TCP  Cần phải có cửa sổ với kích thước W = 83,333 inflight segments  Thơng lượng tính theo tỷ lệ gói tin (loss rate L): 1.22 ⋅ MSS RTT L  ➜ L = 2·10-10 Wow  Phiên TCP dành cho mạng tốc độ cao Transport Layer 3-105 TCP Fairness fairness goal: có K phiên truyền TCP chia sẻ kết nối TCP, phiên truyền có tốc độ truyền trung bình R/K TCP connection TCP connection bottleneck router capacity R Transport Layer 3-106 Why is TCP fair? Two competing sessions: Additive increase gives slope of 1, as throughout increases  multiplicative decrease decreases throughput proportionally  R equal bandwidth share loss: decrease window by factor of congestion avoidance: additive increase loss: decrease window by factor of congestion avoidance: additive increase Connection throughput R Transport Layer 3-107 Fairness (more) Fairness and parallel TCP connections  Ko có ngăn cản ứng dụng mở nhiều kết nối song song host  Ko muốn tốc độ truyền bị hạn chế chế  web browsers làm điều congestion control  VD: đường truyền băng  Thay UDP: thông R phục vụ kết  Truyền audio/video nối; Fairness and UDP  Các ứng dụng multimedia thường ko sử dụng TCP tốc độ truyền khơng đổi, chấp nhận gói tin chút đỉnh   Nếu ứd dùng kết nối TCP, nhận thơng R/10 Cịn ứd mở lúc 11 kết nối TCPs, nhận R/2 ! Transport Layer 3-108 Chapter 3: Summary  principles behind transport layer services:  multiplexing, demultiplexing  reliable data transfer  flow control  congestion control  instantiation and implementation in the Internet  UDP  TCP Next:  leaving the network “edge” (application, transport layers)  into the network “core” Transport Layer 3-109