Nội dung Bài giảng Mạng máy tính - Chương 3: Tầng giao vận nhằm giới thiệu đến các bạn những nội dung về các nguyên tắc bên trong dịch vụ của tầng giao vận, học về giao thức tầng giao vận trong Internet. Với các bạn đang học chuyên ngành Công nghệ thông tin thì đây là tài liệu tham khảo hữu ích dành cho các bạn.
Mạng máy tính Bộ mơn Kỹ thuật máy tính Mạng Khoa Công nghệ Thông tin Đại học Sư phạm Hà Nội 1-1 Chương 3: Tầng giao vận Mục đích: Hiểu nguyên tắc bên dịch vụ tầng giao vận: Multiplexing/Demultiple xing Truyền liệu tin cậy Điều khiển luồng Điều khiển tắc nghẽn Học giao thức tầng giao vận Internet: UDP: không hướng kết nối TCP: hướng kết nối Điều khiển tắc nghẽn TCP 1-2 Chương 3: Tầng giao vận 3.1 Các dịch vụ tầng giao vận 3.2 Multiplexing demultiplexing 3.3 Dịch vụ không hướng kết nối: UDP 3.4 Các nguyên tắc truyền liệu tin cậy 3.5 Dịch vụ hướng kết nối: TCP Cấu trúc segment Truyền liệu tin cậy Điều khiển luồng Quản lý kết nối 3.6 Các nguyên tắc điều khiển tắc nghẽn 3.7 Điều khiển tắc nghẽn TCP 1-3 Các giao thức dịch vụ tầng giao vận Cung cấp truyền thơng lơ-gíc tiến trình ứng dụng chạy host khác Các giao thức giao vận chạy hệ thống cuối Bên gửi: chia tin ứng dụng thành segment, chuyển tới tầng mạng Bên nhận: ghép segment thành tin, chuyển lên tầng ứng dụng Nhiều giao thức giao vận cho ứng dụng Internet: TCP UDP application transport network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical 1-4 Tầng giao vận tầng mạng Tầng mạng: truyền thơng lơ- gíc host Tầng giao vận: truyền thơng lơ-gíc tiến trình dựa dịch vụ tầng mạng Tương tự hộ gia đình: 12 đứa trẻ gửi thư cho 12 đứa trẻ Các tiến trình = đứa trẻ Các tin ứng dụng = thư host = nhà Giao thức giao vận = Ann Bill Giao thức tầng mạng = dịch vụ chuyển thư 1-5 Các giao thức tầng giao vận Internet Truyền tin cậy, có thứ tự (TCP) Điều khiển tắc nghẽn Điều khiển luồng Thiết lập kết nối Truyền khơng có thứ tự, khơng tin cậy: UDP Các dịch vụ khơng có: application transport network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical Đảm bảo độ trễ Đảm bảo băng thông network data link physical network data link physical application transport network data link physical 1-6 Chương 3: Tầng giao vận 3.1 Các dịch vụ tầng giao vận 3.2 Multiplexing demultiplexing 3.3 Dịch vụ không hướng kết nối: UDP 3.4 Các nguyên tắc truyền liệu tin cậy 3.5 Dịch vụ hướng kết nối: TCP Cấu trúc segment Truyền liệu tin cậy Điều khiển luồng Quản lý kết nối 3.6 Các nguyên tắc điều khiển tắc nghẽn 3.7 Điều khiển tắc nghẽn TCP 1-7 Multiplexing/demultiplexing Multiplexing host gửi: Thu thập liệu từ socket, đóng gói liệu header (sau dùng để demultiplexing) Demultiplexing host nhận: Chuyển segment nhận tới socket = socket application = tiến trình P3 P1 P1 application P2 P4 application transport transport transport network network network link link link physical host physical host physical host 1-8 Thực demultiplexing Host nhận gói liệu IP Mỗi gói liệu có địa IP nguồn, địa IP đích Mỗi gói liệu mang segment tầng giao vận Mỗi segment có giá trị cổng nguồn cổng đích (giá trị cổng cố định cho kiểu ứng dụng cụ thể) Host sử dụng địa IP giá trị cổng để chuyển segment tới socket thích hợp 32 bits source port # dest port # Các trường header Dữ liệu ứng dụng (bản tin) Định dạng TCP/UDP segment 1-9 Chương 3: Tầng giao vận 3.1 Các dịch vụ tầng giao vận 3.2 Multiplexing demultiplexing 3.3 Dịch vụ không hướng kết nối: UDP 3.4 Các nguyên tắc truyền liệu tin cậy 3.5 Dịch vụ hướng kết nối: TCP Cấu trúc segment Truyền liệu tin cậy Điều khiển luồng Quản lý kết nối 3.6 Các nguyên tắc điều khiển tắc nghẽn 3.7 Điều khiển tắc nghẽn TCP 1-10 Tương lai TCP Ví dụ: 1500 byte segment, 100ms RTT, muốn 10 Gbps thơng lượng Địi hỏi window size W = 83,333 segment Thơng lượng theo tốc độ gói: 1.22 ⋅ MSS RTT L ➜ L = 2·10-10 Phiên TCP cho tốc độ cao cần thiết! 1-90 Sự công TCP Mục đích cơng bằng: Nếu K phiên TCP dùng chung đường truyền thắt nút băng thông R, đường nên có tốc độ trung bình R/K Kết nối TCP Kết nối TCP điểm thắt nút khả R 1-91 Lý TCP công Hai phiên cạnh tranh: Thông lượng kết nối R Chia sẻ băng thơng gói: giảm window hệ số tránh tắc nghẽn: tăng cộng Thông lượng kết nối R 1-92 Sự công (tiếp) Sự công UDP Các ứng dụng đa phương tiện thường không sử dụng TCP Không muốn tốc độ giảm điều khiển tắc nghẽn Ứng dụng sử dụng UDP: Sự công kết nối TCP song song Không ngăn chặn ứng dụng mở song song kết nối host Trình duyệt Web thực Đẩy liệu audio/video tốc độ số, chấp nhận gói 1-93 Mơ hình độ trễ Q: Thời gian để nhận đối tượng từ Web server sau gửi yêu cầu? Bỏ qua tắc nghẽn, độ trễ ảnh hưởng bởi: Giả sử đường truyền client server có tốc độ R S: MSS (bits) O: kích thước đối tượng (bit) Khơng truyền lại (khơng gói, khơng lỗi) Thiết lập kết nối TCP Kích thước cửa sổ: Độ trễ truyền liệu Cửa sổ tắc nghẽn cố định, W segment Cửa số động, mơ hình slow start 1-94 Cửa sổ tắc nghẽn cố định Trường hợp 1: WS/R > RTT + S/R: ACK cho segment cửa sổ Độ trễ = 2RTT + O/R 1-95 Cửa sổ tắc nghẽn cố định Trường hợp 2: WS/R < RTT + S/R: đợi ACK sau gửi lượng liệu cửa sổ Độ trễ = 2RTT + O/R + (K-1)[S/R + RTT - WS/R] 1-96 Mơ hình độ trễ TCP: Slow Start (1) Giả sử cửa sổ lớn theo slow start Độ trễ cho đối tượng là: Latency = RTT + S⎤ S O ⎡ + P ⎢ RTT + ⎥ − ( P − 1) R R⎦ R ⎣ Trong đó, P lượng thời gian TCP rỗi server P = min{Q, K − 1} - Trong đó, Q lượng thời gian server rỗi đối tượng kích thước khơng giới hạn - Và K số cửa sổ trùm qua đối tượng 1-97 Mơ hình độ trễ TCP: Slow Start (2) Các thành phần trễ: • RTT để thiết lập kết nối yêu cầu • O/R để truyền đối tượng • thời gian server rỗi slow start initiate TCP connection request object first window = S/R RTT Server rỗi: P = min{K-1,Q} times Ví dụ: • O/S = 15 segment • K = windows •Q=2 • P = min{K-1,Q} = Thời gian rỗi server P=2 times second window = 2S/R third window = 4S/R fourth window = 8S/R complete transmission object delivered time at client time at server 1-98 Mơ hình độ trễ TCP (3) thời gian server bắt đầu S + RTT = gửi segment tới server R nhận ack segment initiate TCP connection k −1 S = R thời gian để truyền cửa sổ thứ k + ⎡S k −1 S ⎤ + − RTT = thời gian rỗi sau ⎢R ⎥ R⎦ ⎣ cửa sổ thứ k request object first window = S/R RTT second window = 2S/R third window = 4S/R P O delay = + RTT + ∑ idleTime p R p =1 P O S S = + RTT + ∑ [ + RTT − k −1 ] R R k =1 R O S S = + RTT + P[ RTT + ] − (2 P − 1) R R R fourth window = 8S/R complete transmission object delivered time at client time at server 1-99 Mơ hình độ trễ TCP (4) K = số cửa sổ bao đối tượng Cách tính K? K = min{k : 20 S + 21 S + L + k −1 S ≥ O} = min{k : 20 + 21 + L + k −1 ≥ O / S} O = min{k : − ≥ } S O = min{k : k ≥ log ( + 1)} S O ⎡ ⎤ = ⎢log ( + 1)⎥ S ⎢ ⎥ k Tính Q, giá trị rỗi cho đối tượng có kích thước khơng giới hạn tương tự 1100 Mơ hình hóa HTTP Giả sử trang Web chứa: trang HTML sở (kích thước O bít) M ảnh (mỗi ảnh kích thước O bít) Non-persistent HTTP: M+1 kết nối TCP Response time = (M+1)O/R + (M+1)2RTT + tổng thời gian rỗi Persistent HTTP: RTT để yêu cầu nhận file HTML sở RTT để yêu cầu nhận M ảnh Response time = (M+1)O/R + 3RTT + tổng thời gian rỗi Non-persistent HTTP với X kết nối song song Giả sử M/X nguyên kết nối TCP cho file sở M/X tập kết nối song song cho ảnh Response time = (M+1)O/R + (M/X + 1)2RTT + tổng thời gian rỗi 1101 Thời gian trả lời HTTP (giây) RTT = 100 msec, O = Kbytes M=10 X=5 20 18 16 14 12 10 non-persistent persistent parallel nonpersistent 28 Kbps 100 Mbps 10 Kbps Mbps Đối với băng thông thấp, thời gian kết nối thời gian phản hồi chi phối thời gian truyền Persistent connection mang lại cải tiến thêm qua kết nối song song 1102 Thời gian phản hồi (giây) RTT =1 sec, O = Kbyte, M=10 and X=5 70 60 50 non-persistent 40 30 persistent 20 parallel nonpersistent 10 28 Kbps 100 Mbps 10 Kbps Mbps Đối với RTT lớn, thời gian phản hồi chi phối thiết lập kết nối TCP độ trễ slow start Persistent connection đem lại cải tiến quan trọng: đặc biệt mạng delay, bandwidth cao 1103 Chương 3: Tổng kết Các nguyên tắc bên dịch vụ tầng giao vận: multiplexing, demultiplexing Truyền liệu tin cậy Điều khiển luồng Điều khiển tắc nghẽn Sự thực Internet UDP TCP Tiếp theo: Dừng tìm hiểu phần bên ngồi mạng (tầng ứng dụng, tầng giao vận) Tìm hiểu vào lõi mạng 1104 ... transport network data link physical 1-4 Tầng giao vận tầng mạng Tầng mạng: truyền thông l? ?- gíc host Tầng giao vận: truyền thơng lơ-gíc tiến trình dựa dịch vụ tầng mạng Tương tự hộ gia đình: 12... Học giao thức tầng giao vận Internet: UDP: không hướng kết nối TCP: hướng kết nối Điều khiển tắc nghẽn TCP 1-2 Chương 3: Tầng giao vận 3.1 Các dịch vụ tầng giao vận 3.2 Multiplexing... đứa trẻ Các tin ứng dụng = thư host = nhà Giao thức giao vận = Ann Bill Giao thức tầng mạng = dịch vụ chuyển thư 1-5 Các giao thức tầng giao vận Internet Truyền tin cậy, có thứ tự (TCP)