Bloque III: El nivel de transporte. Tema 7: Intercambio de datos TCP

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1 Bloque III: El nivel de transporte Tema 7: Intercambio de datos TCP

2 Índice Bloque III: El nivel de transporte Tema 7: Intercambio de datos TCP Flujo de datos interactivo ACKs retardados Algoritmo de Nagle Modo de urgencia Flujo de datos no interactivo Control de flujo Control de congestión Referencias Capítulo 3 de Redes de Computadores: Un enfoque descendente basdado en Internet. James F. Kurose, Keith W. Ross. Addison Wesley, 2ª edición Capítulos 19 y 20 de TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols, W. Richard Stevens, Addison Wesley,

3 TCP: Intercambio de datos En TCP se consideran dos tipos de tráfico de datos: Interactivo: gran número de segmentos de pequeño tamaño (menos de 10 bytes). Por ejemplo: telnet, rlogin. No Interactivo: segmentos de gran tamaño, normalmente el máximo permitido por las limitaciones de la red. Por ejemplo: FTP, . Aplicación origen Aplicación destino Escribir 2048 bytes Leer 1024 bytes 1024 bytes Buffer TCP emisor Enviar Buffer TCP receptor 3

4 Flujo de datos interactivo Funcionamiento del telnet o rlogin: Envío de la tecla pulsada por el cliente ACK de la tecla pulsada por el cliente Eco de la tecla desde el servidor ACK del eco Cliente Servidor Pulsar tecla Pantalla Dato (tecla pulsada) ACK del dato eco del dato ACK del eco del dato Nivel de aplicación eco 4

5 Flujo de datos interactivo ACKs retardados: Objetivo: enviar el ACK + eco en un único datagrama. TCP no envía el ACK inmediatamente al recibir el dato, sino que retarda la salida del ACK esperando un tiempo para ver si hay datos para enviarlos con el propio ACK. El tiempo de espera es de 200 mseg: No en valor absoluto, sino que se utiliza un reloj que da ticks cada 200 mseg. Tanto en el cliente como en el servidor se utilizan los acks retardados. 200 msegs ACK listo para ser enviado ACK retardado hasta el siguiente tick de reloj 5

6 ACKs retardados Cliente:1111 Servidor:rlogin PSH 0:1(1), ACK 1 (d) PSH 1:2 (1), ACK 1 (eco d) 2 PSH 2:3 (1), ACK 2 (eco a) 5 8 ACK 2 PSH 1:2(1), ACK 2 (a) ACK 3 PSH 2:3(1), ACK 3 (t) ACK retardado ACK retardado PSH 3:4 (1), ACK 3 (eco t) ACK ACK retardado 9 6

7 ACKs retardados Cliente:1111 Servidor:rlogin PSH 3:4(1), ACK 4 (e) PSH 4:5 (1), ACK 4 (eco e) ACK 5 PSH 5:7 (2), ACK 5 (CR, LF) PSH 7:37 (30), ACK 5 (Wed Jan 26 ) PSH 37:44 (7), ACK 37 (orca % ) PSH 4:5(1), ACK 5 (Enter) ACK 7 ACK 37 ACK ACK retardado ACK retardado ACK retardado ACK retardado 7

8 Flujo de datos interactivo El tráfico interactivo genera gran cantidad de paquetes de tamaño muy pequeño (1 byte datos + 20 cab. TCP + 20 cab. IP = 41 bytes) = tinygrams. En las redes de área local no presenta ningún problema En las WAN supone una gran sobrecarga para la red. Algoritmo de Nagle: Pretende resolver este problema, y se aplica en una conexión TCP de tráfico interactivo en una red de área extensa. Enunciado: Una conexión TCP puede tener un único segmento pequeño que no haya sido confirmado. No se pueden enviar otros segmentos hasta recibir un ACK. En cambio, esos datos se almacenan y son enviados por TCP al llegar el ACK. Es auto-ajustable: cuanto más rápido lleguen los ACKs más rápido se enviarán los datos. 8

9 Algoritmo de Nagle Cliente:1111 Servidor:rlogin 9 PSH 5:6(1) ACK 47, win PSH 47:48 (1) ACK 6, win 8192 PSH 6:7 (1) ACK 48, win PSH 48:49 (1) ACK 7, win 8192 PSH 7:9(2) ACK 49, win PSH 49:51 (2) ACK 9, win 8192 PSH 9:10 (1) ACK 51, win PSH 51:52 (1) ACK 10, win 8192 PSH 10:12 (2) ACK 52, win

10 Algoritmo de Nagle Cliente:1111 Servidor:rlogin PSH 52:54 (2) ACK 12, win 8192 PSH 12:14 (2) ACK 54, win ACK 14, win 8190 PSH 54:56 (2) ACK 14, win PSH 14:17(3) ACK 54, win PSH 17:18(1) ACK 56, win PSH 56:59 (3) ACK 18, win PSH 18:21 (3) ACK 59, win PSH 59:60 (1) ACK 21, win

11 Algoritmo de Nagle Se usan 9 segmentos para enviar 16 bytes de datos. Segmentos 14 y 15 consecutivos, cumplen el algoritmo de Nagle? Si, se corresponden con los ACKs 12 y 13, respectivamente, que se han recibido casi en el mismo instante (0.2 msegs de diferencia). Segmento 12 es un ACK retardado (servidor cliente). ACK = TCP (nivel de transporte) Win = nivel de aplicación En algunos casos no interesa el algoritmo de Nagle. Por ejemplo, al utilizar las XWindows es necesario enviar mensajes pequeños (movimientos del ratón) sin retardos para conseguir una interacción real. En este caso, el algoritmo de Nagle puede introducir retardos adicionales al ejecutar una aplicación interactiva a través de una WAN, al generar eventos (pulsaciones, movimientos ratón, ) que producen datos multi-byte. 11

12 Flag URG Modo de urgencia: permite a un extremo indicar que se han introducido datos urgentes en el flujo normal de datos. Se activa el flag de Urgencia (URG) Puntero de urgencia: offset a sumar al número de secuencia de la cabecera TCP para obtener el número de secuencia del último byte de los datos urgentes. Se utiliza en aplicaciones como telnet y rlogin cuando se pulsa la tecla de interrupción. O en el FTP cuando se aborta la transferencia de un fichero. 12

13 Flujo de datos no interactivo También llamado flujo de datos en masa (bulk data flow). En este tipo de tráfico se generan pocos segmentos, pero de gran tamaño. El principal problema a resolver en este tipo de tráfico es el control de flujo: Evitar que un emisor rápido sature a un receptor lento. TCP utiliza una ventana deslizante: permite al emisor enviar múltiples paquetes antes de parar y esperar por el ACK, lo que da una mayor rapidez a este tipo de tráfico. Con un protocolo de ventana deslizante no es necesario confirmar todos los paquetes recibidos, sino que se pueden confirmar varios paquetes simultáneamente. 13

14 Control de flujo Cliente:1111 Servidor: SYN 13281:13281(0) win 4096, <MSS 1024> SYN 45827:45827(0) ACK 1, win 4096, <MSS 1024> ACK 1, win PSH 1:1025 (1024) ACK 1, win 4096 PSH 1025:2049 (1024) ACK 1, win 4096 PSH 2049:3073 (1024) ACK 1, win ACK 2049, win 4096 ACK 3073, win PSH 3073:4097 (1024) ACK 1, win ACK 4097, win

15 Control de flujo Cliente:1111 Servidor: PSH 4097:5121 (1024) ACK 1, win 4096 PSH 5121:6145 (1024) ACK 1, win 4096 PSH 6145:7169 (1024) ACK 1, win ACK 6145, win 4096 ACK 8193, win PSH 7169:8193 (1024) ACK 1, win FIN 8193:8193 (0) ACK 1, win FIN 1:1 (0) ACK 8194, win ACK 2, win

16 Control de flujo El envío de los mensajes no es determinista, depende de múltiples factores: la carga de la red, la carga del receptor y emisor, TCP utiliza ACKs acumulativos: ACK 2049: confirma que se ha recibido correctamente hasta el 2048, y que el siguiente byte que se espera recibir es el Segmentos 7, 14 y 16 son ACKs acumulativos. Flag PSH (PUSH): notificación del emisor al receptor para enviar todos los datos recibidos a la aplicación. Datos recibidos en el segmento PSH + datos almacenados en el buffer Permite al emisor notificar al receptor que puede pasar los datos al receptor, que no es necesario esperar por más datos. No se puede especificar a nivel de aplicación. Es incluido automáticamente por TCP en cada grupo de datos transmitido. 16

17 Control de flujo Emisor rápido, receptor lento Cliente:1111 Servidor: SYN 13281:13281(0) win 4096, <MSS 1024> SYN 45827:45827(0) ACK 1, win 4096, <MSS 1024> ACK 1, win PSH 1:1025 (1024) ACK 1, win 4096 PSH 1025:2049 (1024) ACK 1, win 4096 PSH 2049:3073 (1024) ACK 1, win PSH 3073:4097 (1024) ACK 1, win 4096 ACK 4097, win 0 ACK 4097, win 4096 Segmento de actualización de ventana 7 8 9

18 Control de flujo Emisor rápido, receptor lento (continuación) Cliente:1111 Servidor: PSH 4097:5121 (1024) ACK 1, win 4096 PSH 5121:6145 (1024) ACK 1, win 4096 PSH 6145:7169 (1024) ACK 1, win 4096 FIN, PSH 7169:8193 (1024) ACK 1, win ACK 8194, win 0 ACK 8194, win 4096 Segmento de actualización de ventana FIN 1:1 (0) ACK 8194, win ACK 2, win

19 Ventana deslizante Funcionamiento: Control de flujo Ventana ofrecida (receptor) Ventana utilizable (emisor) Enviado y ACK Enviado y no ACK Puede enviar Imposible enviar Ventana ofrecida (receptor): número de bytes que indica el receptor que puede recibir, en el momento de enviar el paquete. Ventana utilizable (emisor): número de bytes que se pueden enviar inmediatamente. 19

20 Control de flujo Movimientos de la ventana: Cierre (el eje izquierdo se desplaza a la derecha): se envían y se agradecen datos. Apertura (el eje derecho se desplaza a la derecha): el proceso receptor lee los datos agradecidos, y libera espacio en el buffer. Reducción (el eje derecho se desplaza a la izquierda): no se produce en TCP. Ventana Cierre Reducción Apertura 20

21 Control de flujo Movimientos de ventana sobre el ejemplo de control de flujo: Segmento 2 win 4096 Segmentos 4, 5, 6 Datos Segmento 7 ACK 2049 Seg. 8 ACK 3073 Segmento 7 win 4096 Segmento 8 win 3072 Seg. 9 Datos Seg. 10 ACK 4097 Segmento 10 win 4096 Segmentos 11, 12, 13 Datos Segmento 14 ACK 6145 Segmento 14 win 4096 Seg. 15 Datos Segmento ACK 8193

22 Control de flujo Conclusiones sobre el ejemplo de ventana deslizante: El emisor no tiene por que enviar una ventana completa de datos. Cada ACK recibido desplaza la ventana hacia la derecha (el tamaño de ventana es relativo al ACK recibido). El tamaño de ventana puede descender, pero el extremo de la derecha no debe desplazarse a la izquierda. El receptor no tiene que esperar a que se llene la ventana para enviar un ACK. 22

23 Flujo de datos no interactivo El control de flujo evita que el emisor llegue a saturar al receptor. Esto es correcto en una LAN, sin embargo en un entorno con routers intermedios el control de flujo no es suficiente. Los routers intermedios también se puede saturar. Solución: Control de congestión (algoritmo de inicio lento) Buffer del router Buffer de B 23

24 Algoritmo de inicio lento Algoritmo de inicio lento: La velocidad a la que se inyectan paquetes nuevos a la red es la velocidad a la que se reciben ACKs del otro extremo. Para la implementación del algoritmo de inicio lento se trabaja con otra ventana, la ventana de congestión (cwnd), controlada únicamente por el emisor. El funcionamiento del algoritmo del inicio lento es muy simple: Inicialmente, en el establecimiento de conexión, la ventana de congestión se inicializa a 1 segmento. Cada vez que se recibe un ACK se incrementa en 1 el valor de la ventana de congestión. El emisor puede enviar el mínimo entre la ventana ofrecida por el receptor y la ventana de congestión. 24

25 Algoritmo de inicio lento Cliente:1111 Servidor:discard 1:513 (512) ACK 1, win 4096 cwnd = 1 1 ACK 513, win 8192 cwnd = 2 513:1025 (512) ACK 1, win :1537 (512) ACK 1, win ACK 1025, win :2049 (512) ACK 1, win :2561 (512) ACK 1, win 4096 cwnd = ACK 1537, win :3073 (512) ACK 1, win :3585 (512) ACK 1, win 4096 cwnd =

26 Algoritmo de inicio lento Cliente:1111 Servidor:discard ACK 2049, win 8192 ACK 2561, win 8192 cwnd = 5 cwnd = FIN, PSH 3585:4097 (512) ACK 1, win ACK 3073, win 8192 ACK 3585, win 8192 ACK 4098, win FIN 1:1 (0) ACK 4098, win 8192 ACK 2, win

27 Algoritmo de inicio lento Segmentos de 512 bytes. Al recibir el segmento 2 el emisor cwnd = 2 Envía dos segmentos más. Al recibir el segmento 5 cwnd = 3 Por qué no envía tres segmentos más? Segmento 5: ACK 1025 Siguiente segmento a enviar: 1537:2049 Bytes enviados y pendientes de ACK: : 512 bytes (1 segmento) Segmentos a enviar: 3 (cwnd) 1 (enviados y pendientes ACK) = 2 segmentos 27