Kappale 3 Kuljetustaso

Transkriptio

1 Kappale 3 Kuljetustaso Patrik Tikka 2-16 Antti Sinkkonen Esko Mäkelä Meri Ovaska Saku Käsnänen Markus Leppioja Henri Takki Computer Networking: A Top Down Approach 6 th edition Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley March 2012 Transport Layer 3-1

2 Chapter 3: Transport Layer our goals: understand principles behind transport layer services: multiplexing, demultiplexing reliable data transfer flow control congestion control learn about Internet transport layer protocols: UDP: connectionless transport TCP: connection-oriented reliable transport TCP congestion control Transport Layer3-2

3 Kappale 3: Kuljetuskerros Tavoitteemme: Ymmärtää kuljetuskerroksen palveluiden perusperiaatteet: Multiplexaus, demultiplexaus Luotettava tiedonsiirto Data virran ohjaus Ruuhkanhallinta Oppia asioita kuljetuskerroksen protokollista: UDP: Yhteydetön tiedonsiirto TCP: Yhteys-orientoitunut luotettava tiedonsiirto TCP Ruuhkanhallinta Transport Layer3-3

4 Chapter 3 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 Layer3-4

5 Kappale 3: kehys 3.1 Kuljetuskerroksen palvelut 3.2 Multiplexaus, demultiplexaus 3.3 Yhteydetön tiedonsiirto: UDP 3.4 Luotettavan tiedonsiirron perusteet 3.5 Yhteys-orientoitunut luotettava tiedonsiirto : TCP Segmenttirakenne Luotettava tiedonsiirto Virtauksen ohjaus Yhteyden hallinta 3.6 Ruuhkanhallinnan perusteet 3.7 TCP Ruuhkanhallinta Transport Layer3-5

6 Transport services and protocols provide logical communication between app processes running on different hosts transport protocols run in end systems send side: breaks app messages into segments, passes to network layer rcv side: reassembles segments into messages, passes to app layer more than one transport protocol available to apps Internet: TCP and UDP application transport network data link physical application transport network data link physical Transport Layer3-6

7 Kuljetuspalvelut ja -protokollat Tarjoavat loogisen kommunikoinnin eri solmuissa toimivien sovellusten prosessien välille. Kuljetusprotokollat pyörivät päätejärjestelmissä Lähettäjä: Paloittelee lähetettävän tiedon segmentteihin ja lähettää edelleen verkkokerrokselle Vastaanottaja: Kasaan tiedon segmenteistä ja välittää sovelluskerrokselle Enemmän kuin yksi protokolla sovelluskerroksen käytettävissä Internet: TCP jaudp application transport network data link physical application transport network data link physical Transport Layer3-7

8 Transport vs. network layer network layer: logical communication between hosts transport layer: logical communication between processes relies on, enhances, network layer services household analogy: 12 kids in Ann s house sending letters to 12 kids in Bill s house: hosts = houses processes = kids app messages = letters in envelopes transport protocol = Ann and Bill who demux to inhouse siblings network-layer protocol = postal service Transport Layer3-8

9 Kuljetus - vs. verkkokerros Verkkokerros: looginen kommunikaatio solmujen välillä Kuljetuskerros: Looginen kommunikaatio sovellusten prosessien välillä Nojaa ja ehostaa verkkokerroksen palveluita Talo analogia: 12 lasta Annen talossa lähettää kirjeitä 12:lle lapselle Billin talossa: Solmut= Talot Prosessit = Lapset Sovellus viestit = Kirjeet kuorissa Kuljetusprotokolla= Anna ja Bill, jotka toimittavat viestit lapsille Verkkokerrosprotokolla= Postipalvelu Transport Layer3-9

10 Internet transport-layer protocols reliable, in-order delivery (TCP) congestion control flow control connection setup unreliable, unordered delivery: UDP no-frills extension of best-effort IP services not available: delay guarantees bandwidth guarantees 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 network data link physical network data link physical application transport network data link physical Transport Layer3-10

11 Internetin kuljetuskerroksen protokollat Luotettava, toimitustilauksesta (TCP) Ruuhkanhallinta Virtauksenohjaus Yhteyden alustus Epäluotettava, tilaamaton-toimitus: UDP Ei mitään erityistä, vaan paras mahdollinen IP Ei saatavilla olevat palvelut: Viive takuu Kaistanleveys takuu 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 network data link physical network data link physical application transport network data link physical Transport Layer3-11

12 Chapter 3 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 Layer3-12

13 Kappale 3: kehys 3.1 Kuljetuskerroksen palvelut 3.2 Multiplexaus, demultiplexaus 3.3 Yhteydetön tiedonsiirto: UDP 3.4 Luotettavan tiedonsiirron perusteet 3.5 Yhteys-orientoitunut luotettava tiedonsiirto : TCP Segmenttirakenne Luotettava tiedonsiirto Virtauksen ohjaus Yhteyden hallinta 3.6 Ruuhkanhallinnan perusteet 3.7 TCP Ruuhkanhallinta Transport Layer3-13

14 Multiplexing/demultiplexing multiplexing at handle data sender: from multiple sockets, add transport header (later used for demultiplexing) demultiplexing at use header receiver: info to deliver received segments to correct socket application application P3 transport network link P1 P2 transport network link physical application P4 transport network link socket process physical physical Transport Layer3-14

15 Multipelxaus/Demultiplexaus Multiplexaus lähettäjällä: Tiedon käsittely monelta eri soketilta, lisää kuljetustunnisteen(käytetään myöhemmin DM:ssä) Demultiplexaus Käyttää vastaanottajalla: tunnisteinfoa toimittaakseen tietosegmentit oikeisiin soketteihin application application P3 transport network link P1 P2 transport network link physical application P4 transport network link socket process physical physical Transport Layer3-15

16 How demultiplexing works host receives IP datagrams each datagram has source IP address, destination IP address each datagram carries one transport-layer segment each segment has source, destination port number host uses IP addresses & port numbers to direct segment to appropriate socket 32 bits source port # dest port # other header fields application data (payload) TCP/UDP segment format Transport Layer3-16

17 Miten demultiplexaus toimii Solmu vastaanottaa IP datapaketteja Jokaisessa datapaketissa on lähteen IP osoite ja päämäärän IP osoite Jokaisessa datapaketissa on yksi kuljetuskerroksen segmentti Jokaisessa paketissa on lähteen ja päämäärän porttinumero Solmu käyttää IP -osoitteita ja porttiennumeroita segmenttien ohjaamiseen oikeille soketeille 32 bittiä Lähde portti# Päämäärä portti# Muut tunniste kentät Sovelluksen data (Itse kuljetettava viesti) TCP/UDP segmenttimalli Transport Layer3-17

18 Connectionless demultiplexing recall: created socket has host-local port #: DatagramSocket mysocket1 = new DatagramSocket(12534); recall: when creating datagram to send into UDP socket, must specify destination IP address destination port # when host receives UDP segment: checks destination port # in segment directs UDP segment to socket with that port # IP datagrams with same dest. port #, but different source IP addresses and/or source port numbers will be directed to same socket at dest Transport Layer3-18

19 Yhteydetön demultiplexaus Uudelleenkutsu: luodulla soketilla on solmu-paikallinen portti#: DatagramSocket mysocket1 = new DatagramSocket(12534); Uudelleenkutsu: Luotaessa UDP sockettiin lähetettävää datapakettia, täytyy määrittää: Päämäärän IP Päämäärän portti# Kun solmu vastaanottaaudp segmentin: Tarkastaan päämäärä portin# segmentistä Ohjaa UDP segmentin oikealla porttinumerolla vatustettuun sockettiin Samoilla PM. Portti#:lla varustetut IP datapaketit, mutta eri IP-lähteet ja/tai lähde porttinumerot, ohjataan samaan sockettiin päämäärässä Transport Layer3-19

20 Connectionless demux: example DatagramSocket mysocket2 = new DatagramSocket (9157); application P 3 transport network link physical DatagramSocket serversocket = new DatagramSocket (6428); application P 1 transport network link physical DatagramSocket mysocket1 = new DatagramSocket (5775); application P 4 transport network link physical source port: 6428 dest port: 9157 source port:? dest port:? source port: 9157 dest port: 6428 source port:? dest port:? Transport Layer3-20

21 Yhteydetän demultiplexaus: esimerkki DatagramSocket mysocket2 = new DatagramSocket (9157); application P 3 transport network link physical DatagramSocket serversocket = new DatagramSocket (6428); application P 1 transport network link physical DatagramSocket mysocket1 = new DatagramSocket (5775); application P 4 transport network link physical source port: 6428 dest port: 9157 source port:? dest port:? source port: 9157 dest port: 6428 source port:? dest port:? Transport Layer3-21

22 Connection-oriented demux TCP socket identified by 4-tuple: source IP address source port number dest IP address dest port number demux: receiver uses all four values to direct segment to appropriate socket server host may support many simultaneous TCP sockets: each socket identified by its own 4-tuple web servers have different sockets for each connecting client non-persistent HTTP will have different socket for each request Transport Layer3-22

23 Yhteys-orientoitunut demultiplexaus TCP socketti tunnistetaan nelikolla : Lähde IP -osoite Lähde portti# PM IP -osoite PM portti# demux: vastaanottaja käyttää kaikkia neljää arvoa segmentin ohjaamiseen oikealle socketille Palvelin solmu saattaa tukea monia samanaikaisia TCP socketteja: Jokainen socketti tunnistetaan niiden omasta nelikosta Web palvelimilla on erilliset socketit jokaiselle yhdistetylle asiakkaalle Ei-pysyvä HTTP varaa eri socketit jokaiselle pyynnölle Transport Layer3-23

24 Connection-oriented demux: example application P 3 transport network link physical P 4 application P P application 5 6 P P 2 3 transport transport network link network physical link physical server: IP address B host: IP address A source IP,port: B,80 dest IP,port: A,9157 source IP,port: A,9157 dest IP, port: B,80 three segments, all destined to IP address: B, dest port: 80 are demultiplexed to different sockets source IP,port: C,5775 dest IP,port: B,80 source IP,port: C,9157 dest IP,port: B,80 host: IP address C Transport Layer3-24

25 Yhteys-orientoitunut demultiplexaus: esimerkki application P 3 transport network link physical P 4 application P P application 5 6 P P 2 3 transport transport network link network physical link physical Palvelin: IP osoite B solmu: IP osoite A source IP,port: B,80 dest IP,port: A,9157 source IP,port: A,9157 dest IP, port: B,80 Ko,me segmenttiä, jokainen samaan IP osoitteeseen: B, PM portti: 80 jokainen segmentti on multiplexattu eri socketteihin source IP,port: C,5775 dest IP,port: B,80 source IP,port: C,9157 dest IP,port: B,80 Solmu: IP osoite C Transport Layer3-25

26 Connection-oriented demux: example threaded server application P 3 transport network link physical application P4 transport network link physical server: IP address B application P P 2 3 transport network link physical host: IP address A source IP,port: B,80 dest IP,port: A,9157 source IP,port: C,5775 dest IP,port: B,80 host: IP address C source IP,port: A,9157 dest IP, port: B,80 source IP,port: C,9157 dest IP,port: B,80 Transport Layer3-26

27 Yhteys-orientoitunut demultiplexaus: esimerkki Kierteinen palvelin application P 3 transport network link physical application P4 transport network link physical Palvelin: IP Osoite B application P P 2 3 transport network link physical Solmu: IP osoite A source IP,port: B,80 dest IP,port: A,9157 source IP,port: C,5775 dest IP,port: B,80 Solmu: IP osoite C source IP,port: A,9157 dest IP, port: B,80 source IP,port: C,9157 dest IP,port: B,80 Transport Layer3-27

28 Chapter 3 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 Layer3-28

29 Kappale 3: kehys 3.1 Kuljetuskerroksen palvelut 3.2 Multiplexaus, demultiplexaus 3.3 Yhteydetön tiedonsiirto: UDP 3.4 Luotettavan tiedonsiirron perusteet 3.5 Yhteys-orientoitunut luotettava tiedonsiirto : TCP Segmenttirakenne Luotettava tiedonsiirto Virtauksen ohjaus Yhteyden hallinta 3.6 Ruuhkanhallinnan perusteet 3.7 TCP Ruuhkanhallinta Transport Layer3-29

30 UDP: User Datagram Protocol [RFC 768] no frills, bare bones Internet transport protocol best effort service, UDP segments may be: lost delivered out-of-order to app connectionless: no handshaking between UDP sender, receiver each UDP segment handled independently of others UDP use: streaming multimedia apps (loss tolerant, rate sensitive) DNS SNMP reliable transfer over UDP: add reliability at application layer application-specific error recovery! Transport Layer3-30

31 UDP: Käyttäjä Datapaketti protokolla [RFC 768] Ei erikoisuuksia, perus Internet kuljetusprotokolla Parasmahdollinen palvelu, UDP segmentit voivat: hukkua Päätyä epäjärjestyksessä sovellukselle Yhteydetön: Ei yhteyden alustusta UDP lähettäjän ja vastaanottajan välillä Jokainen UDP segmentti käsitellään itsenäisesti erillään muista UDP käytetään: Strrimaus sovelluksissa (YLE areena, youtube, yms.) DNS (root hakee syvemmältä tietoja jne.) SNMP Luotettava tiedonsiirto käyttäen UDP:tä: Lisätään sovellustasolla Sovelluskohtainen palautuminen vikatilanteista. Transport Layer3-31

32 UDP: segment header source port # dest port # length 32 bits application data (payload) checksum UDP segment format length, in bytes of UDP segment, including header why is there a UDP? no connection establishment (which can add delay) simple: no connection state at sender, receiver small header size no congestion control: UDP can blast away as fast as desired Transport Layer3-32

33 UDP: segmenttiotsikko 32 bits Lähteen portti# Kohteen portti # pituus sovellusdata (tietosisältö) tarkiste UDP segmentti muoto UDP segmentin, otsikko mukaan lukien, pituus biteissä Miksi UDP on olemassa? Ei tarvita yhteyttä(mikä voi lisätä viivettä) yksinkertaista: ei yhteystilaa vastaanottajalla eikä lähettäjällä Pieni otsikon koko Ei ruuhkakontrollia: UDP voi painaa eteenpäin niin paljon kuin halutaan Transport Layer3-33

34 UDP checksum Goal: detect errors (e.g., flipped bits) in transmitted segment sender: treat segment contents, including header fields, as sequence of 16-bit integers checksum: addition (one s complement sum) of segment contents sender puts checksum value into UDP checksum field receiver: compute checksum of received segment check if computed checksum equals checksum field value: NO - error detected YES - no error detected. But maybe errors nonetheless? More later. Transport Layer3-34

35 UDP tarkiste Tavoite: havaita virheet (ts., käännetyt bitit) siirretyssä segmentissä lähettäjä: Kohtelee segmentin sisältöä, otsikko mukaan lukien, 16-bittisinä kokonaislukuina tarkiste: segmentin sisällön yhteenlasku Lähettäjä laittaa yhteenlaskun arvon UDP:n tarkisteen kenttään Vastaanottaja: Laskee vastaanotetun segmentin tarkisteen Tarkistaa vastaako äsken laskettu tarkiste vastaanotetun segmentin UDP:n tarkistekentän vastaavaa arvoa: EI virhe havaittu KYLLÄ ei havaittu virhettä. Transport Layer3-35

36 Internet checksum: example example: add two 16-bit integers wraparound sum checksum Note: when adding numbers, a carryout from the most significant bit needs to be added to the result Transport Layer3-36

37 Internetin tarkiste: esimerkki esimerkki: lisää kaksi 16-bittistä kokonaislukua kierre summa tarkiste Huom: numeroita lisätessä, tärkeimmän bitin suorite täytyy lisätä lopputulokseen Transport Layer3-37

38 Chapter 3 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 Layer3-38

39 Kappale 3 kehys 3.1 kuljetustason palvelut 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 Layer3-39

40 Principles of reliable data transfer important in application, transport, link layers top-10 list of important networking topics! characteristics of unreliable channel will determine complexity of reliable data transfer protocol (rdt) Transport Layer3-40

41 Luotettavan tiedonsiirron periaatteet Tärkeää sovellus-, kuljetus- ja linkkitasoilla top-10 listalla verkon tärkeistä puheenaiheista Epäluotettavan kanavan tunnusmerkit määrittelevät luotettavan tiedonsiirtoprotokollan monimutkaisuuden (rtd) Transport Layer3-41

42 Principles of reliable data transfer important in application, transport, link layers top-10 list of important networking topics! characteristics of unreliable channel will determine complexity of reliable data transfer protocol (rdt) Transport Layer3-42

43 Luotettavan tiedonsiirron periaatteet Tärkeää sovellus-, kuljetus- ja linkkitasoilla top-10 listalla verkon tärkeistä puheenaiheista Epäluotettavan kanavan tunnusmerkit määrittelevät luotettavan tiedonsiirtoprotokollan monimutkaisuuden (rtd) Transport Layer3-43

44 Principles of reliable data transfer important in application, transport, link layers top-10 list of important networking topics! characteristics of unreliable channel will determine complexity of reliable data transfer protocol (rdt) Transport Layer3-44

45 Luotettavan tiedonsiirron periaatteet Tärkeää sovellus-, kuljetus- ja linkkitasoilla top-10 listalla verkon tärkeistä puheenaiheista Epäluotettavan kanavan tunnusmerkit määrittelevät luotettavan tiedonsiirtoprotokollan monimutkaisuuden (rtd) Transport Layer3-45

46 Reliable data transfer: getting started rdt_send(): called from above, (e.g., by app.). Passed data to deliver to receiver upper layer deliver_data():called by rdt to deliver data to upper send side receive side udt_send(): called by rdt, to transfer packet over unreliable channel to receiver rdt_rcv(): called when packet arrives on rcv-side of channel Transport Layer3-46

47 Luotettava tiedonsiirto: alkusysäys rdt_send(): kutsutaan yläpuolelta, (esim., sovellus.). Siirretty data kuljettajalle, jolta vastaanottajalle ylemmälle tasolle deliver_data():rtd kutsuu, siirretään data ylemmälle tasolle Lähetetys puoli Vastaanott o puoli udt_send(): rtd kutsuu, Siirretään paketti epäluotettavaa kanavaa pitkin vastaanottajalle rdt_rcv(): kutsutaan kun paketti saapuu vastaanotto-puolelle Transport Layer3-47

48 Reliable data transfer: getting started we ll: incrementally develop sender, receiver sides of reliable data transfer protocol (rdt) consider only unidirectional data transfer but control info will flow on both directions! use finite state machines (FSM) to specify sender, receiver state: when in this state next state uniquely determined by next event state 1 event causing state transition actions taken on state transition event actions state 2 Transport Layer3-48

49 Luotettava tiedonsiirto Me: Inkrementaalisesti kehitämme rtd:n sekä lähettäjäettä vastaanottopuolta Harkitse vain yksisuuntaista tiedonsiirtoa Mutta kontrollitieto liikkuu molempiin suuntiin! Käytetään FSM:ää tarkentamaan lähettäjää ja vastaanottajaa tila: kun ollaan tässä tilassa, seuraava toiminto määrää itse seuraavan tilan Tila 1 Tapahtuma aiheuttaa tilan vaihdon Tilan vaihdon aiheutamat toimenpiteet tapahtuma toimenpiteet Tila 2 Transport Layer3-49

50 rdt1.0: reliable transfer over a reliable channel underlying channel perfectly reliable no bit errors no loss of packets separate FSMs for sender, receiver: sender sends data into underlying channel receiver reads data from underlying channel Wait for call from above rdt_send(data) packet = make_pkt(data) udt_send(packet) Wait for call from below rdt_rcv(packet) extract (packet,data) deliver_data(data) sender receiver Transport Layer3-50

51 rdt1.0: luotettava siirto luotettavan kanavan yli Alla oleva kanava täysin luotettava Ei bitti virheitä Ei pakettihäviötä Erilliset FSM:ät lähettäjälle ja vastaanottajalle Lähettäjä lähettää datan alla olevaan kanavaan Vastaanottaja lukee dataa alla olevasta kanavasta Odota kutsua ylhäältä rdt_send(data) packet = make_pkt(data) udt_send(packet) Odota kutsua alapuolelt a rdt_rcv(packet) extract (packet,data) deliver_data(data) lähettäjä vastaanottaja Transport Layer3-51

52 rdt2.0: channel with bit errors underlying channel may flip bits in packet checksum to detect bit errors the question: how to recover from errors: acknowledgements (ACKs): receiver explicitly tells sender that pkt received OK negative acknowledgements (NAKs): receiver explicitly tells sender that pkt had errors sender retransmits pkt on receipt of NAK How do humans recover from errors new mechanisms in rdt2.0 (beyond rdt1.0): error detection receiver feedback: during control conversation? msgs (ACK,NAK) rcvr- >sender Transport Layer3-52

53 rdt2.0: kanava bittivirheillä Alla oleva kanava voi pyöräyttää bittejä Tarkisteen avulla huomataan bittivirheet kysymys: kuinka palautua virheistä: acknowledgements (ACKs): receiver explicitly tells sender that pkt received OK negative acknowledgements (NAKs): receiver explicitly tells sender that pkt had errors sender retransmits pkt on receipt of NAK Kuinka ihmisiet palautuvat virheistä keskustelun new mechanisms in rdt2.0 (beyond rdt1.0): aikana? error detection receiver feedback: control msgs (ACK,NAK) rcvr- >sender Transport Layer3-53

54 rdt2.0: channel with bit errors underlying channel may flip bits in packet checksum to detect bit errors the question: how to recover from errors: acknowledgements (ACKs): receiver explicitly tells sender that pkt received OK negative acknowledgements (NAKs): receiver explicitly tells sender that pkt had errors sender retransmits pkt on receipt of NAK new mechanisms in rdt2.0 (beyond rdt1.0): error detection feedback: control msgs (ACK,NAK) from receiver to sender Transport Layer3-54

55 rdt2.0: kanava bittivirheillä perustana oleva kanava voi kääntää paketeissa olevia bittejä checksum bittivirheiden tarkistusta varten Tärkein kysymys: kuinka palaudutaan virheistä: kuittaus (ACKs): vastaaottaja kertoo yksiselitteisesti lähettäjälle, että paketti on vastaanotettu OK kielteinen kuittaus (NAKs): vastaanottaja kertoo yksiselitteisesti lähettäjälle, että paketissa oli virheitä lähettäjä uudelleenlähettää paketin, josta saatiin NAK uusi mekanismi rdt2.0:ssa (yli rdt1.0:n): virheen tunnistus palaute: kontrolli viestejä (ACK,NAK) vastaanottajalta lähettäjälle Transport Layer3-55

56 rdt2.0: FSM specification rdt_send(data) sndpkt = make_pkt(data, checksum) udt_send(sndpkt) Wait for call from above rdt_rcv(rcvpkt) && isack(rcvpkt) Λ sender Wait for ACK or NAK rdt_rcv(rcvpkt) && isnak(rcvpkt) udt_send(sndpkt) receiver rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt) udt_send(nak) Wait for call from below rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ack) Transport Layer3-56

57 rdt2.0: FSM erittely rdt_send(data) sndpkt = make_pkt(data, checksum) udt_send(sndpkt) Odota kutsua ylhäältä rdt_rcv(rcvpkt) && isack(rcvpkt) Λ lähettäjä Odota ACK tai NAK rdt_rcv(rcvpkt) && isnak(rcvpkt) udt_send(sndpkt) vastaanottaja rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt) udt_send(nak) Odota kutsua ylhäältä rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ack) Transport Layer3-57

58 rdt2.0: operation with no errors rdt_send(data) snkpkt = make_pkt(data, checksum) udt_send(sndpkt) Wait for call from above rdt_rcv(rcvpkt) && isack(rcvpkt) Λ Wait for ACK or NAK rdt_rcv(rcvpkt) && isnak(rcvpkt) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt) udt_send(nak) Wait for call from below rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ack) Transport Layer3-58

59 rdt2.0: toimenpide ilman virheitä rdt_send(data) snkpkt = make_pkt(data, checksum) udt_send(sndpkt) Wait for call from above rdt_rcv(rcvpkt) && isack(rcvpkt) Λ Wait for ACK or NAK rdt_rcv(rcvpkt) && isnak(rcvpkt) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt) udt_send(nak) Wait for call from below rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ack) Transport Layer3-59

60 rdt2.0: error scenario rdt_send(data) snkpkt = make_pkt(data, checksum) udt_send(sndpkt) Wait for call from above rdt_rcv(rcvpkt) && isack(rcvpkt) Λ Wait for ACK or NAK rdt_rcv(rcvpkt) && isnak(rcvpkt) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt) udt_send(nak) Wait for call from below rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ack) Transport Layer3-60

61 rdt2.0: virheskenaario rdt_send(data) snkpkt = make_pkt(data, checksum) udt_send(sndpkt) Wait for call from above rdt_rcv(rcvpkt) && isack(rcvpkt) Λ Wait for ACK or NAK rdt_rcv(rcvpkt) && isnak(rcvpkt) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt) udt_send(nak) Wait for call from below rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ack) Transport Layer3-61

62 rdt2.0 has a fatal flaw! what happens if ACK/NAK corrupted? sender doesn t know what happened at receiver! can t just retransmit: possible duplicate handling duplicates: sender retransmits current pkt if ACK/NAK corrupted sender adds sequence number to each pkt receiver discards (doesn t deliver up) duplicate pkt stop and wait sender sends one packet, then waits for receiver response Transport Layer3-62

63 rdt2.0:ssa on kohtalokas vika! Mitä tapahtuu jo ACK/NAK on korruptoitunut? lähettäjä ei tiedä vastaanottajan päässä tapahtui! ei voi vain uudelleenlähettää: mahdollisia duplikaatioita duplikaattien käsittely: lähettäjä uudelleenlähettää nykyisen paketin jos ACK/NAK korruptioitunut lähettäjä lisää järjestysnumeron jokaiseen pakettiin vastaanottaja hylkää duplikaatti paketetit pysähdy ja odota lähettäjä lähettää yhden paketin ja odottaa vastaanottajan vastausta Transport Layer3-63

64 rdt2.1: sender, handles garbled ACK/NAKs rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isack(rcvpkt) Λ rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) isnak(rcvpkt) ) udt_send(sndpkt) rdt_send(data) sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) udt_send(sndpkt) Wait for call 0 from above Wait for ACK or NAK 1 rdt_send(data) Wait for ACK or NAK 0 Wait for call 1 from above rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) isnak(rcvpkt) ) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isack(rcvpkt) sndpkt = make_pkt(1, data, checksum) udt_send(sndpkt) Λ Transport Layer3-64

65 rdt2.1: lähettäjä, käsittelee sotkuisen ACK/NAK rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isack(rcvpkt) Λ rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) isnak(rcvpkt) ) udt_send(sndpkt) rdt_send(data) sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) udt_send(sndpkt) Wait for call 0 from above Wait for ACK or NAK 1 rdt_send(data) Wait for ACK or NAK 0 Wait for call 1 from above rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) isnak(rcvpkt) ) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isack(rcvpkt) sndpkt = make_pkt(1, data, checksum) udt_send(sndpkt) Λ Transport Layer3-65

66 rdt2.1: vastaanottaja, käsittelee sotkuisen ACK/NAKs rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && has_seq0(rcvpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && (corrupt(rcvpkt) sndpkt = make_pkt(nak, chksum) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && not corrupt(rcvpkt) && has_seq1(rcvpkt) sndpkt = make_pkt(ack, chksum) udt_send(sndpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) sndpkt = make_pkt(ack, chksum) udt_send(sndpkt) Wait for 0 from below Wait for 1 from below rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && has_seq1(rcvpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && (corrupt(rcvpkt) sndpkt = make_pkt(nak, chksum) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && not corrupt(rcvpkt) && has_seq0(rcvpkt) sndpkt = make_pkt(ack, chksum) udt_send(sndpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) sndpkt = make_pkt(ack, chksum) udt_send(sndpkt) Transport Layer3-66

67 rdt2.1: discussion sender: seq # added to pkt two seq. # s (0,1) will suffice. Why? must check if received ACK/NAK corrupted twice as many states state must remember whether expected pkt should have seq # of 0 or 1 receiver: must check if received packet is duplicate state indicates whether 0 or 1 is expected pkt seq # note: receiver can not know if its last ACK/NAK received OK at sender Transport Layer3-67

68 rdt2.1: keskustelu lähettäjä: järjestysnumero # lisätty pakettiin kaksi järj.num. # s (0,1) riittää. Miksi? täytyy tarkistaa jos vastaanotettu ACK/NAK korruptoitunut tuplasti enemmän tiloja tilan täytyy muistaa josko odotetun paketin järj.num. tulisi olla 0 vai 1 receiver: täytyy tarkistaa, onko vastaanotettu paketti duplikaatti tila osoittaa indicates joko 0 tai 1 on odotettu pkt järj.num. huom: vastaanottaja EI voi tietää onko lähettäjä vastaanottanu viimeiseksi lähetetyn ACK/NAK kuittauksen Transport Layer3-68

69 rdt2.2: a NAK-free protocol same functionality as rdt2.1, using ACKs only instead of NAK, receiver sends ACK for last pkt received OK receiver must explicitly include seq # of pkt being ACKed duplicate ACK at sender results in same action as NAK: retransmit current pkt Transport Layer3-69

70 rdt2.2: NAK-vapaa protokolla sama toiminnallisuus kuin rdt2.1, käytetään ainoastaan ACK NAK:n sijaan vastaanottaja lähettää ACK kuittauksen viimeisestä vastaanotetusta paketista vastaanottajan täytyy yksiselitteisesti sisällyttää paketin järj.num. joka kuitataan ACK duplikaatti ACK lähettäjällä johtaa samaan toimenpiteeseen kuin NAK: uudelleen lähetetään sen kyseinen paketti Transport Layer3-70

71 rdt2.2: sender, receiver fragments rdt_rcv(rcvpkt) && (corrupt(rcvpkt) has_seq1(rcvpkt)) udt_send(sndpkt) rdt_send(data) sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) udt_send(sndpkt) Wait for call 0 from above Wait for 0 from below sender FSM fragment receiver FSM fragment Wait for ACK 0 rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) isack(rcvpkt,1) ) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isack(rcvpkt,0) Λ rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && has_seq1(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) sndpkt = make_pkt(ack1, chksum) udt_send(sndpkt) Transport Layer3-71

72 rdt2.2: lähettäjä, vastaanottajan kappale rdt_rcv(rcvpkt) && (corrupt(rcvpkt) has_seq1(rcvpkt)) udt_send(sndpkt) rdt_send(data) sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) udt_send(sndpkt) Wait for call 0 from above Wait for 0 from below sender FSM fragment receiver FSM fragment Wait for ACK 0 rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) isack(rcvpkt,1) ) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isack(rcvpkt,0) Λ rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && has_seq1(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) sndpkt = make_pkt(ack1, chksum) udt_send(sndpkt) Transport Layer3-72

73 rdt3.0: channels with errors and loss new assumption: underlying channel can also lose packets (data, ACKs) checksum, seq. #, ACKs, retransmissions will be of help but not enough approach: sender waits reasonable amount of time for ACK retransmits if no ACK received in this time if pkt (or ACK) just delayed (not lost): retransmission will be duplicate, but seq. # s already handles this receiver must specify seq # of pkt being ACKed requires countdown timer Transport Layer3-73

74 rdt3.0: kanavia joissa virheitä ja hävikkiä uusi oletus: perustana oleva kanava voi myös kadottaa paketteja (dataa, kuittauksia) checksum, järj.num. #, ACK, uudelleenlähetys auttavat mutta ei tarpeeksi lähestymistapa: lähettäjä odottaa kohtuullisen ajan ACKkuittausta uudelleen lähettää jos ACK ei saavu tässä ajassa jos pkt (tai ACK) vain viivästyy (ei häviä): uudelleen lähetys tulee olemaan duplikaatti, mutta järj.num. ottaa tämän jo huomioon vastaanottajan täytyy tarkentaa minkä järj. numn paketti ACKkuitataan vaattii lähtölaskenta ajastimen Transport Layer3-74

75 rdt3.0 sender rdt_rcv(rcvpkt) Λ Wait for call 0from above rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isack(rcvpkt,1) stop_timer timeout udt_send(sndpkt) start_timer rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) isack(rcvpkt,0) ) Λ Wait for ACK1 rdt_send(data) sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) udt_send(sndpkt) start_timer rdt_send(data) Wait for ACK0 Wait for call 1 from above sndpkt = make_pkt(1, data, checksum) udt_send(sndpkt) start_timer rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) isack(rcvpkt,1) ) Λ timeout udt_send(sndpkt) start_timer rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isack(rcvpkt,0) stop_timer rdt_rcv(rcvpkt) Λ Transport Layer3-75

76 rdt3.0 lähettäjä rdt_rcv(rcvpkt) Λ Wait for call 0from above rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isack(rcvpkt,1) stop_timer timeout udt_send(sndpkt) start_timer rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) isack(rcvpkt,0) ) Λ Wait for ACK1 rdt_send(data) sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) udt_send(sndpkt) start_timer rdt_send(data) Wait for ACK0 Wait for call 1 from above sndpkt = make_pkt(1, data, checksum) udt_send(sndpkt) start_timer rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) isack(rcvpkt,1) ) Λ timeout udt_send(sndpkt) start_timer rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isack(rcvpkt,0) stop_timer rdt_rcv(rcvpkt) Λ Transport Layer3-76

77 rdt3.0 toiminnassa lähettäjä vastaanottaja send pkt0 pkt0 rcv pkt0 ack0 send ack0 rcv ack0 send pkt1 pkt1 rcv pkt1 ack1 send ack1 rcv ack1 send pkt0 pkt0 rcv pkt0 ack0 send ack0 (a) ei hävikkiä lähettäjä send pkt0 rcv ack0 send pkt1 ajastin laukeaat resend pkt1 rcv ack1 send pkt0 pkt0 ack0 pkt1 X hävikki pkt1 ack1 pkt0 ack0 vastaanottaja rcv pkt0 send ack0 rcv pkt1 send ack1 rcv pkt0 send ack0 (b) paketti häviää Transport Layer3-77

78 rdt3.0 toiminnassa lähettäjä send pkt0 rcv ack0 send pkt1 ajastin laukeaat resend pkt1 rcv ack1 send pkt0 pkt0 ack0 pkt1 ack1 X loss pkt1 ack1 pkt0 ack0 vastaanottaja rcv pkt0 send ack0 rcv pkt1 send ack1 rcv pkt1 (detect duplicate) send ack1 rcv pkt0 send ack0 lähettäjä send pkt0 rcv ack0 send pkt1 ajastin laukeaat resend pkt1 rcv ack1 send pkt0 rcv ack1 send pkt0 pkt0 ack0 pkt1 ack1 pkt1 pkt0 ack1 ack0 pkt0 ack0 vastaanottaja rcv pkt0 send ack0 rcv pkt1 send ack1 rcv pkt1 (detect duplicate) send ack1 rcv pkt0 send ack0 rcv pkt0 (detect duplicate) send ack0 (c) ACK hävikki (d) ennenaikainen aikakatkaisu / viivästetty ACK Transport Layer3-78

79 rdt3.0:n suorituskyky rdt3.0 on virheetön, mutta suorituskyky haisee esim..: 1 Gbps yhteys, 15 ms viive, 8000 bitin paketti: D trans = L R 8000 bits = 10 9 = 8 mikrosekunttia bits/sec U lähettäjä : käyttöaste murto-osan ajasta lähettäjä kiireinen lähettämään Jos RTT=30 msek, 1KB pkt joka 30 msek: 33kB/sec läpimeno yli 1 Gbps yhteys verkkoprotokolla rajoittaa fyysisten resurssien käyttöä! Transport Layer3-79

80 rdt3.0: stop-and-wait operation first packet bit transmitted, t = 0 last packet bit transmitted, t = L / R sender receiver RTT first packet bit arrives last packet bit arrives, send ACK ACK arrives, send next packet, t = RTT + L / R Transport Layer3-80

81 rdt3.0: pysähdy-ja-odota toimenpide lähettäjär ensimmäisen paketin bitti lähetetää viimeisen paketin bitti läh., t = L / R vastaanottaja RTT ensimmäisen paketin bitti saapuu viim. pktn bitti saapuu, lähetetää ACK ACK saapuu, lähetetään seurava pkt, t = RTT + L / R Transport Layer3-81

82 Pipelined protocols pipelining: sender allows multiple, in-flight, yetto-be-acknowledged pkts range of sequence numbers must be increased buffering at sender and/or receiver two generic forms of pipelined protocols: go-back-n, selective repeat Transport Layer3-82

83 Kanavoituprotokolla kanavointi: lähettäjä sallii useaman matkalla, mutta-ei-vielä-kuitattu paketin järj. numeroiden joukkoa täytyy kasvattaa puskurointi lähettäjällä ja/tai vastaanottajalla kaksi geneeristä kanavointiprotokollan muotoa: meneja-tule-takaisin (go-back-n), valikoiva toisto Transport Layer3-83

84 Pipelining: increased utilization first packet bit transmitted, t = 0 last bit transmitted, t = L / R sender receiver RTT ACK arrives, send next packet, t = RTT + L / R first packet bit arrives last packet bit arrives, send ACK last bit of 2 nd packet arrives, send ACK last bit of 3 rd packet arrives, send ACK 3-packet pipelining increases utilization by a factor of 3! Transport Layer3-84

85 Kanavointi: hyötykäytön kasvatus isen paketin bittilähetetään, t = 0 viim. bitti lähetetty, t = L / R lähettäjä vastaanotaja RTT ACK saapuu, läh. seuraava pkt, t = RTT + L / R ensim. pktn bitti saapuu viim. pktn bitti saapuu, läh. ACK toisen pktn viim. bitti saapuu, läh. ACK kolmannen pktn viim. bitti saapuu, läh. ACK 3-paketin kanavointi lisää hyötykäyttöä kolminkertaisesti! Transport Layer3-85

86 Pipelined protocols: overview Go-back-N: sender can have up to N unacked packets in pipeline receiver only sends cumulative ack doesn t ack packet if there s a gap sender has timer for oldest unacked packet when timer expires, retransmit all unacked packets Selective Repeat: sender can have up to N unack ed packets in pipeline rcvr sends individual ack for each packet sender maintains timer for each unacked packet when timer expires, retransmit only that unacked packet Transport Layer3-86

87 Kanavoidut protokollat: yleiskatsaus Go-back-N: lähettäjällä voi olla N kuitattujen pakettien putki vastaanotin lähettää vain kumulatiivisen ack:n ei ole ack jos on aukko lähettäjällä on ajastin vanhimpaan kuitattuun pakettiin kun aika on kulunut, lähetetään uudestaan kaikki kuittaamattomat paketit Valikoiva uudelleenlähetys: lähettäjällä voi olla N kuitattujen pakettien putki rcvr lähettää yksittäisen ack: jokaisesta paketista lähettäjä ylläpitää ajastinta jokaiseen kuittaamattomaan pakettiin kun ajastin on kulunut, uudelleenlähetetään vain kuittaamaton paketti Transport Layer3-87

88 Go-Back-N: sender k-bit seq # in pkt header window of up to N, consecutive unack ed pkts allowed ACK(n): ACKs all pkts up to, including seq # n - cumulative ACK may receive duplicate ACKs (see receiver) timer for oldest in-flight pkt timeout(n): retransmit packet n and all higher seq # pkts in window Transport Layer3-88

89 Go-Back-N: lähettäjä k-bit seq # paketin ylätunniste ikkuna jopa N, peräkkäistä kuittaamatonta pakettia sallittu ACK(n): ACKs kaikki paketit, mukaanlukien seq # n - kumulatiivinen ACK voi saada duplikaatti-acks (kts vastaanotin) ajastin vanhimmalle menossa olevalle paketille timeout(n): uudelleenlähettää paketin n ja kaikki korkeammat seq # paketit ikkunasta Transport Layer3-89

90 GBN: sender extended FSM rdt_send(data) Λ base=1 nextseqnum=1 rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt) if (nextseqnum < base+n) { sndpkt[nextseqnum] = make_pkt(nextseqnum,data,chksum) udt_send(sndpkt[nextseqnum]) if (base == nextseqnum) start_timer nextseqnum++ } else refuse_data(data) Wait rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) base = getacknum(rcvpkt)+1 If (base == nextseqnum) stop_timer else start_timer timeout start_timer udt_send(sndpkt[base]) udt_send(sndpkt[base+1]) udt_send(sndpkt[nextseqnum-1]) Transport Layer3-90

91 GBN: lähettäjä laajennettu FSM rdt_send(data) Λ base=1 nextseqnum=1 rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt) if (nextseqnum < base+n) { sndpkt[nextseqnum] = make_pkt(nextseqnum,data,chksum) udt_send(sndpkt[nextseqnum]) if (base == nextseqnum) start_timer nextseqnum++ } else refuse_data(data) Wait rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) base = getacknum(rcvpkt)+1 If (base == nextseqnum) stop_timer else start_timer timeout start_timer udt_send(sndpkt[base]) udt_send(sndpkt[base+1]) udt_send(sndpkt[nextseqnum-1]) Transport Layer3-91

92 GBN: receiver extended FSM default udt_send(sndpkt) Λ expectedseqnum=1 Wait sndpkt = make_pkt(expectedseqnum,ack,chksum) rdt_rcv(rcvpkt) && notcurrupt(rcvpkt) && hasseqnum(rcvpkt,expectedseqnum) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) sndpkt = make_pkt(expectedseqnum,ack,chksum) udt_send(sndpkt) expectedseqnum++ ACK-only: always send ACK for correctly-received pkt with highest in-order seq # may generate duplicate ACKs need only remember expectedseqnum out-of-order pkt: discard (don t buffer): no receiver buffering! re-ack pkt with highest in-order seq # Transport Layer3-92

93 GBN: vastaanottajan laajennettu FSM default udt_send(sndpkt) Λ expectedseqnum=1 Wait sndpkt = make_pkt(expectedseqnum,ack,chksum) rdt_rcv(rcvpkt) && notcurrupt(rcvpkt) && hasseqnum(rcvpkt,expectedseqnum) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) sndpkt = make_pkt(expectedseqnum,ack,chksum) udt_send(sndpkt) expectedseqnum++ ACK-vain: aina lähettää ACK oikein vastaanotettu paketti suurimmassa seq # järjestyksessä voi tuottaa päällekkäisiä ACKseja täytyy vain muistaa expectedseqnum viallinen paketti: hylkäys (ei puskurointia): ei vastaanottajan puskurointia! uudelleen-ack paketti suurimmassa seq # järjestyksessä Transport Layer3-93

94 GBN in action sender window (N=4) sender send pkt0 send pkt1 send pkt2 send pkt3 (wait) rcv ack0, send pkt4 rcv ack1, send pkt5 ignore duplicate ACK pkt 2 timeout send pkt2 send pkt3 send pkt4 send pkt5 Xloss receiver receive pkt0, send ack0 receive pkt1, send ack1 receive pkt3, discard, (re)send ack1 receive pkt4, discard, (re)send ack1 receive pkt5, discard, (re)send ack1 rcv pkt2, deliver, send ack2 rcv pkt3, deliver, send ack3 rcv pkt4, deliver, send ack4 rcv pkt5, deliver, send ack5 Transport Layer3-94

95 GBN toiminnassa lähettäjän ikkuna (N=4) lähettäjä lähettää pkt0 lähettää pkt1 lähettää pkt2 lähettää pkt3 (wait) vast.ottaa ack0, lähettää pkt4 rcv ack1, send pkt5 ignore duplicate ACK pkt 2 timeout lähettää pkt2 lähettää pkt3 lähettää pkt4 lähettää pkt5 Xloss vastaan ottaja vastaanottaa pkt0, lähettää ack0 vastaanottaa pkt1, lähettää ack1 receive pkt3, hylkää, uudelleen lähettää ack1 receive pkt4, discard, (re)send ack1 receive pkt5, discard, (re)send ack1 vast.o pkt2, toimittaa, lähettää ack2 rcv pkt3, deliver, send ack3 rcv pkt4, deliver, send ack4 rcv pkt5, deliver, send ack5 Transport Layer3-95

96 Selective repeat receiver individually acknowledges all correctly received pkts buffers pkts, as needed, for eventual in-order delivery to upper layer sender only resends pkts for which ACK not received sender timer for each unacked pkt sender window N consecutive seq # s limits seq #s of sent, unacked pkts Transport Layer3-96

97 Valikoiva uudelleenlähetys vastaanotin erikseen kuittaa kaikki oikein vastaanotetut paketit puskuroidaan paketteja tarpeen mukaan, lopulta järjestykseen ylemmälle kerrokselle lähettäjä uudelleenlähettää vain paketit, joiden ACK ei vastaanoteta lähettäjän ajastin jokaiselle kuittaamattomalle paketille lähettäjän ikkuna N peräkkäinen seq # s rajoitukset seq #s lähettämisessä, unacked pkts Transport Layer3-97

98 Selective repeat: sender, receiver windows Transport Layer3-98

99 Valikoiva uudelleenlähetys: lähettäjä, vastaanottaja ikkuna Transport Layer3-99

100 Selective repeat sender data from above: if next available seq # in window, send pkt timeout(n): resend pkt n, restart timer ACK(n) in [sendbase,sendbase+n]: mark pkt n as received if n smallest unacked pkt, advance window base to next unacked seq # receiver pkt n in [rcvbase, rcvbase+n-1] send ACK(n) out-of-order: buffer in-order: deliver (also deliver buffered, in-order pkts), advance window to next not-yet-received pkt pkt n in [rcvbase-n,rcvbase-1] ACK(n) otherwise: ignore Transport Layer3-100

101 Valikoiva uudelleenlähetys lähettäjä data ylhäältä: jos seuraava saatavissa oleva seq #ikkunassa, lähetä paketti timeout(n): uudelleen lähetä paketti, ajastin alkaa alusta ACK(n) in [sendbase,sendbase+n]: merkitse paketti vast.otetuksi jos pienin unacked paketti, etukäteen ikkunaan seuraava unacked seq # vastaanottaja pkt n in [rcvbase, rcvbase+n-1] lähetä ACK(n) viallinen: puskuroi toimiva: toimita (myös toimita puskuroidut, toimivat paketit), etene ikkuna seuraavaan ei vielä toimitettuun pakettiin pkt n in [rcvbase-n,rcvbase-1] ACK(n) otherwise: ignooraa Transport Layer3-101

102 Selective repeat in action sender window (N=4) sender send pkt0 send pkt1 send pkt2 send pkt3 (wait) rcv ack0, send pkt4 rcv ack1, send pkt5 record ack3 arrived pkt 2 timeout send pkt2 record ack4 arrived record ack5 arrived Xloss receiver receive pkt0, send ack0 receive pkt1, send ack1 receive pkt3, buffer, send ack3 receive pkt4, buffer, send ack4 receive pkt5, buffer, send ack5 rcv pkt2; deliver pkt2, pkt3, pkt4, pkt5; send ack2 Q: what happens when ack2 arrives? Transport Layer3-102

103 Valikoiva uudelleenlähetys toiminnassa lähettäjän ikkuna (N=4) lähettäjä lähetä pkt0 lähetä pkt1 lähetä pkt2 lähetä pkt3 (odota) rcv ack0, läh pkt4 rcv ack1, läh pkt5 rekisteröi ack3 saapuneeksi pkt 2 timeout send pkt2 record ack4 arrived record ack5 arrived Xloss vastaanottaja vast.ota pkt0, läh ack0 vast.ota pkt1, läh ack1 vast.ota pkt3, puskuroi, lähetä ack3 receive pkt4, buffer, send ack4 receive pkt5, buffer, send ack5 rcv pkt2; deliver pkt2, pkt3, pkt4, pkt5; send ack2 Q: Mitä tapahtuu kun ack2 saapuu? Transport Layer3-103

104 Selective repeat: dilemma example: seq # s: 0, 1, 2, 3 window size=3 receiver sees no difference in two scenarios! duplicate data accepted as new in (b) Q: what relationship between seq # size and window size to avoid problem in (b)? sender window (after receipt) pkt pkt pkt2 X X timeout retransmit pkt0 X pkt0 (b) oops! pkt0 pkt1 pkt pkt (a) no problem pkt0 X receiver window (after receipt) will accept packet with seq number 0 receiver can t see sender side. receiver behavior identical in both cases! something s (very) wrong! will accept packet with seq number 0 Transport Layer3-104

105 Valikoiva uudelleen lähetys:ongelma eseimerkki: järjestysnrot: 0, 1, 2, 3 ikkunan koko=3 vastaanottaja ei näe eroa 2 skenaarion välillä! duplikoitunut data hyväksytään uutena b:ssä Q: mikä on suhde järjestysnumeron ja ikkunan koolla välttääkseen ongelmaa b:ssä? lähetysikkuna (kuitin jälkeen) pkt pkt pkt2 X aikakatkaisuuudelleenlähet X ys pkt0 X pkt0 (b) Ups! pkt0 pkt1 pkt pkt pkt0 X vastaanottoikku na (kuitin jälkeen) hyväksyy paketin järj.numerolla 0 (a) ei ongelmia vastaanottaja ei näe lähettäjän puolta. vastaanottajan käytös identtistä molemmissa tapauksissa. jotain pahasti pielessä! hyväksyy paketin järj. numerolla 0 Transport Layer3-105

106 Chapter 3 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 Layer3-106

107 TCP: Overview RFCs: 793,1122,1323, 2018, 2581 point-to-point: one sender, one receiver reliable, in-order byte steam: no message boundaries pipelined: TCP congestion and flow control set window size full duplex data: bi-directional data flow in same connection MSS: maximum segment size connection-oriented: handshaking (exchange of control msgs) inits sender, receiver state before data exchange flow controlled: sender will not overwhelm receiver Transport Layer3-107

108 TCP: Yleiskatsaus RFC:t 793,1122,1323, 2018, 2581 pisteestä pisteeseen: yksi lähettäjä, yksi vastaanottajaa luotettava, käytössä pysyvä datavirta : ei viestirajoja putkitettu: TCP:n ruuhkan ja virran hallinta asettaa ikkunalle koon täysin dupleksinen data: kaksisuuntainen tiedonvirtaus samassa yhteydessä MSS: maksimaalinen segmentin koko yhteys-orientoitunut: tervehtiminen (kontrolliviestien vaihto) määrittää lähettäjän ja vastaanottajan tilan ennen tiedonvaihtoa virta hallittuna: lähettäjä ei pysty valtaamaan vastaanottajaa Transport Layer3-108

109 TCP segment structure URG: urgent data (generally not used) ACK: ACK # valid PSH: push data now (generally not used) RST, SYN, FIN: connection estab (setup, teardown commands) Internet checksum (as in UDP) 32 bits source port # dest port # head len sequence number acknowledgement number not used UAP R S F checksum receive window application data (variable length) Urg data pointer options (variable length) counting by bytes of data (not segments!) # bytes rcvr willing to accept Transport Layer3-109

110 TCP segmentin rakenne URG: kiireinen data (yleensä ei käytetä) ACK: ACK numero ok PSH: työnnä dataa nyt (ei käytetä usein) RST, SYN, FIN: yhteyden perustus (asennus, purku käskyt) Internetin tarkistussu mma (UDPmuodossa) 32 bits lähtöportin nro saapumisportin nro järjestysnumero ots. pit. tunnistautumisnumero ei käyt. UAP R S F checksum sovelluksen data (vaihteleva pituus) vast.ottoikkuna Kiireellisen datan osoitin vaihtoehdot(vaihteleva pituus) laskettu tavuina dataa (ei segmentteinä) määrä tavuja, jonka vastaanott aja on valmis hyväksym ään Kuljetuskerros 3-110