Historiaa. S Tietoliikenneverkot. Historiaa. Historiaa /XHQWR/LLNHQWHHQKDOOLQWD

Samankaltaiset tiedostot
S Tietoliikenneverkot

S Tietoliikenneverkot S Luento 6: Liikenteenhallinta

S ATM JA MULTIMEDIA SEMINAARI, KEVÄT -97

Tietoliikenne II Kurssikoe

kynnysarvo (threshold) varoitusarvo = tästä lähtien syytä varoa ruuhkaa aluksi 64 K RTT

kynnysarvo (threshold)

kynnysarvo (threshold)

Palvelun laatutekijät SISÄLLYSLUETTELO

Kuljetuskerros. Tietokoneverkot. Matti Siekkinen Pasi Sarolahti

ELEC-C7241 Tietokoneverkot Kuljetuskerros

Liikenne ATM- ja SDHverkoissa

TCP:n vuonohjaus (flow control)

Tehtävä 2: Tietoliikenneprotokolla

Selektiiviset kuittaukset (RFC 2018, RFC 3517)

Reiluus. Maxmin-reiluus. Tärkeä näkökohta best effort -tyyppisissä palveluissa. Reiluuden maxmin-määritelmä

Kuva maailmasta Pakettiverkot (Luento 1)

Monimutkaisempi stop and wait -protokolla

Ongelma 1: Ei saada kolmea toistokuittausta

Nopea uudelleenlähetys (Fast retransmit)

Nopea uudelleenlähetys (Fast retransmit)

on yksi keskeisimpiä toimintoja Internetin toiminnan varmistamiseksi Internetin ruuhkanhallinta pitkälti

Ruuhkanvalvonta on hankalaa!

Ruuhkanvalvonta on hankalaa!

Ruuhkanvalvonta on hankalaa!

S Teletekniikan perusteet

Siltojen haitat. Yleisesti edut selvästi suuremmat kuin haitat 2/19/ Kytkin (switch) Erittäin suorituskykyisiä, moniporttisia siltoja

1. FRAME RELAY: RUUHKANHALLINTA

Siltojen haitat Yleisesti edut selvästi suuremmat kuin haitat

Liikenneteoriaa (vasta-alkajille)

OSI malli. S Tietoliikenneverkot S Luento 2: L1, L2 ja L3 toiminteet

10. Liikenteen- ja ruuhkanhallinta ATM:ssä Osa 2

Liikenneteorian tehtävä

Tekijä / Aihe 1

IPTV:n asettamat vaatimukset verkolle ja palvelun toteutus. Lauri Suleva TI07 Opinnäytetyö 2011

Standardiliitännät. Tämä ja OSI 7LHWROLLNHQQHWHNQLLNDQSHUXVWHHW $(/&7 0DUNXV3HXKNXUL

Yleistä. Esimerkki. Yhden palvelimen jono. palvelin. saapuvat asiakkaat. poistuvat asiakkaat. odotushuone, jonotuspaikat

Monimutkaisempi stop and wait -protokolla

Monimutkaisempi stop and wait -protokolla

Yleistä ruuhkasta. 5. Ruuhkan valvonta. ruuhkan valvonta <=> vuon valvonta. open-loop control. closed-loop control

5. Ruuhkan valvonta. yleistä ruuhkan valvonnasta ruuhkan estäminen. vuotava ämpäri, vuoromerkkiämpäri liikennevirran määrittely

5. Ruuhkan valvonta. yleistä ruuhkan valvonnasta ruuhkan estäminen. ruuhkan säätely. liikenteen tasoittaminen. kuorman rajoittaminen

11/20/ Siirron optimointi

Konsensusongelma hajautetuissa järjestelmissä. Niko Välimäki Hajautetut algoritmit -seminaari

Tietoverkot ja QoS. QoS ATM QoS-toteutukset Integrated Services Differentiated Services. Petri Vuorimaa 1

Tietoliikenne II (2 ov)

Tietoliikenne II (2 ov)

1. Tietokoneverkot ja Internet Tietokoneesta tietoverkkoon. Keskuskone ja päätteet (=>-80-luvun alku) Keskuskone ja oheislaitteet

Siirron optimointi. Optimointi on usein tarpeen: Silly window syndrome

OSI ja Protokollapino

TCP. TCP-optiot. Erilaisia suorituskykyongelmia. Aikaleima (timestamp) TCP:n peruspiirteiden toiminta tarkemmin. TCP:n uusia piirteitä.

Tietoliikenne II. Syksy 2005 Markku Kojo. Tietoliikenne II (2 ov,, 4 op) Page1. Markku Kojo Helsingin yliopisto Tietojenkäsittelytieteen laitos

» multiaccess channel» random access channel LAN (Ethernet) langaton. ongelma: käyttövuoron jakelu Yhteiskäyttöisen kanavan käyttö

4. MAC-alikerros. yleislähetys (broadcast) ongelma: käyttövuoron jakelu. » multiaccess channel» random access channel LAN (Ethernet) langaton

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Pakettikytkentäiset verkot. Helsinki University of Technology Networking Laboratory

Tiivistelmä Kunal Shahin Master of Science -työstä: Simulation Based Study of TCP Fairness in Multi-Hop Wireless Networks

Siirron optimointi. Optimointi on usein tarpeen: Silly window syndrome. Esimerkki jatkuu

Esimerkki jatkuu. <seq = 6, data = m6> <ack = 4, buf = 0> <ack = 4, buf = 1> <ack = 4, buf = 2> <ack = 6, buf = 0> <ack = 6, buf = 4> 1/31/

Vuonohjaus: ikkunamekanismi

Miksi? Miksi? Kaksisuuntainen liikenne TCP-protokolla. Ikkunankoko. Valikoiva toisto: ikkuna 5, numeroavaruus 8

Chapter 3 Transport Layer. Kuljetuskerros

Tietoliikenne II (2 ov) Tietoliikenne II. Sisällysluettelo jatkuu. Alustava sisällysluettelo. Suoritus. Täydennystä Tietoliikenne I -kurssin asioihin

ITKP104 Tietoverkot - Teoria 3

Tietoliikenne II (2 ov)

Tietoliikenteen perusteet. Langaton linkki

Tietoliikenteen perusteet. Langaton linkki

Tietoverkot ja QoS. QoS QoS-toteutukset Integrated Services Differentiated Services

TCP. TCP:n peruspiirteiden toiminta tarkemmin. TCP:n uusia piirteitä. osin vain harjoitustehtävissä

TCP:n peruspiirteiden toiminta tarkemmin. osin vain harjoitustehtävissä. TCP:n uusia piirteitä

Kuittaukset ACK. NAK-kuittaus. kumulatiivinen ACK. yksittäinen ACK. sanoma virheellinen tai puuttuu. tähän saakka kaikki ok!

Kuittaukset. Miksi? Miksi? Negatiiviset kuittaukset NAK-kuittauksilla voidaan nopeuttaa uudelleenlähettämistä. Ikkunankoko ACK

Kuittaukset. tähän saakka kaikki ok! Go-Back N. sanoma virheellinen tai puuttuu

j n j a b a c a d b c c d m j b a c a d a c b d c c j

OSI-malli. S Tietoliikenneverkot. Miksi kytketään. Välitys ja kytkeminen OSI-mallissa. /XHQWR.\WNHQWlMDUHLWLW\V

Ikkunankoko. Kun käytetty numeroavaruus on 0, 1,.. n ja eri numeroita siis käytettävissä n+1

Ikkunankoko. Kun käytetty numeroavaruus on 0, 1,.. n ja eri numeroita siis käytettävissä n+1

Tietoliikenne II (2 ov)

Luento 13: Arkkitehtuurit. Internet tänään

Tietoliikenne II (2 ov) Sisällysluettelo jatkuu. Tietoliikenne II. Alustava sisällysluettelo. Suoritus

J. Virtamo Jonoteoria / Prioriteettijonot 1

Ratkaisu: Miksi lähetetään uusi paketti? SACK (Selective Acknowledgement) Nopea toipuminen ei onnistu! Limited Transmit

1. Tietokoneverkot ja Internet

1. Tietokoneverkot ja Internet Tietokoneesta tietoverkkoon. Keskuskone ja päätteet (=>-80-luvun alku) Keskuskone ja oheislaitteet

Diplomityöseminaari

3. Kuljetuskerros 3.1. Kuljetuspalvelu

7. Palvelun laatu (QoS) Internetissä

7. Palvelun laatu (QoS) Internetissä

Pertti Pennanen OSI 1 (4) EDUPOLI ICTPro

Tietokone. Tietokone ja ylläpito. Tietokone. Tietokone. Tietokone. Tietokone

Tietoverkot ja QoS. Quality of Service (QoS) QoS-toteutukset. Laatuparametrit. Jonotus. Reitittimen toiminta

Tietoliikenteen perusteet

1. Johdanto luento01.ppt S Liikenneteorian perusteet - Kevät

M. Allman, H. Balakrishnan, S. Floyd. January (Status: PROPOSED STANDARD) Lähettäjä ei saa kolmea toistokuittausta =>

Liikkuvuudenhallinta Mobile IP versio 6 - protokollalla

M. Allman, H. Balakrishnan, S. Floyd. January Lähettäjä ei saa kolmea toistokuittausta =>

Salausmenetelmät (ei käsitellä tällä kurssilla)

1.4. Tietoliikenneohjelmistot eli protokollat

1.4. Tietoliikenneohjelmistot eli protokollat

1.4. Tietoliikenneohjelmistot eli protokollat. Protokollien kerrosrakenne. Mitä monimutkaisuutta?

1. Tietokoneverkot ja Internet Tietokoneesta tietoverkkoon. Keskuskone ja oheislaitteet. Keskuskone ja päätteet (=>-80-luvun alku)

" Internet on globaalin mittakaavan koeverkko. " Nykyinen Internet. " yhtäläiset resurssit ja kurjuus. " Best Effort palvelua. " 3 bitin precedence

Transkriptio:

Historiaa S-38.188 Tietoliikenneverkot /XHQWR/LLNHQWHHQKDOOLQWD Mitä ongelmia havaittiin? Ensimmäiset ongelmat liittyivät TCP:n sisäiseen vuonhallintaan. Pienet paketit, joita syntyy esimerkiksi merkkipohjaisessa tiedonsiirrossa, 40 tavua otsikkoa ja yksi tavu hyötykuormaa, johti verkkojen ylikuormittumiseen turhalla informaatiolla. Toinen ongelmatiikka syntyi, kun verkkojen käyttö kasvoi ja aiheutti mahdollisuuden yhteyden äkillisiin viiveiden kasvuihin; mikäli yhteyden kiertoaikaviive kasvaa nopeammin kuin lähettävän TCP-prosessin mittaama kiertoaikaviive, syntyy uudelleen lähetyksiä, jotka vastaavasti kuormittavat lisää reitittimiä aiheuttaen yhä pitemmän kiertoaikaviiveen. 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 3 Historiaa Internet reitittimien ruuhkanhallinta sai alkunsa Ford yhtymän sisäisen verkon ongelmista. Nämä ongelmat ilmenivät, koska silloinen ARPANET perustui identtisiin linkkeihin, joita hallittiin erillisellä vuonohjauksella. Näin mitään ruuhkatilanteita ei ollut päässyt syntymään, ainakaan siinä määrin, että niihin olisi reagoitu. Fordin verkko vastaavasti oli heterogeeninen, yhdistäen useita tuotantolaitoksia eri puolilla USAta sekä sateliitin kautta laitoksen Englannissa. Heterogeenisuus syntyi siitä, että laitoksien sisällä käytettiin ethernet verkkoa ja laitoksien välillä vuokrajohtoja, joilla liikennöintinopeus oli alhaisimmillaan 1,2kbit/s. 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 2 Historiaa Ongelmiin pyrittiin ratkaisemaan TCP-prosessin modifioinnilla sekä ns Source Quench toiminnolla, jossa ruuhkautunut reititin pyytää edellistä reititintä pakottamaan lähdettä pienentämään nopeutta. Tämä informointi tapahtuu vastavuohon aina lähteeseen saakka, joka riippuen riippuen toteutuksesta pienentää nopeuttaan tai ei. Kuten saattaa arvata lähderiippuvat ratkaisut reitittimen ruuhkanhallintaan ovat aina ehdollisia; mikäli lähde ei noudata reitittimen ohjeita mitään ei tapahdu. Näin ollen kehitys johti reitittimien sisäisiin ruuhkanhallintamekanismeihin. 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 4

Mitä ja Miksi liikenteenhallintaa Reitittimet jakavat yhteisiä resursseja Verkon siirtokapasiteettia Reitittimen puskurointikapasiteettia Reitittimen prosessointikapasiteettia Resurssit ovat rajallisia ja yhdenkin loppuminen johtaa toiminnan rajoittumiseen Resurssien jako ja ruuhkanhallinta Kolikon kaksi puolta Resurssienjako: Yhteydelle määritellään ennaltakäsin rajoja Ruuhkanhallinta: Yhteydelle määritellään rajoja ruuhkautumisen tapahduttua Ääripäissä Ei ruuhkanhallintaa --> resurssit on jaettu ennaltakäsin (vrt puhelinverkko) Ei resurssienjakoa --> yhteydet kilpailevat samasta kaistasta ja ruuhkatlanteissa algoritmi ratkaisee resurssien jaon 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 5 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 7 Contend vs Congest Resurssien jako ja ruuhkanhallinta Contend, viivästyminen Kun verkon siirtokapasiteetti hetkellisesti ylittyy ja paketit asetellaan jonoon, josta ne palvellaan ajallaan. Congest, ruuhkautuminen Kun verkon siirtokapasiteetti ylitetään tarpeeksi pitkän aikaa, vuotaa puskurit yli ja paketteja katoaa 100% Resurssien varaus Ruuhkanhallinta 0% 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 6 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 8

Liikenteenhallinta Liikenteenhallinta on laajempi kokonaisuus kuin pelkkä resurssienjako ja ruuhkanhallinta mutta sisältää käsitteenä molemmat osa-alueet. Liikenteenhallinta on monisäikeistä (hajautettua): verkossa on useita laitteita laitteiden toiminnot on jaettu useille protokollakerroksille usiden laitteiden sisäiset resurssit on jaettu Ruuhkanhallinta vs vuonhallinta Ruuhkanhallinta pyrkii estämään lähdettä ylittämästä verkon resursseja Vuonhallinta pyrkii estämään lähdettä ylittämästä vastaanottajan resursseja 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 9 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 11 Liikenteen hallinnan aikatasoja Vuo (eri kuin vuonhallinta) Paketti Vuonhallinta IP-kytkentä Yhteys Reititys Yhteydellinen kytkentä, jokainen paketti kulkee ennalta määrättyä reittiä Yhteydetön kytkentä, jokainen paketti reititetään omana kokonaisuutena Käytännössä paketit kulkevat samoja reittejä pitkin ja muodostavat siten VUON. Vuo ei ole kongreettinen reunaehto vaan abstractio, joka helpottaa liikenteenhallintaa Verkonhallinta 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma Verkonrakennus 10 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 12

Vuon tila Ei tilaa: puhdas yhteydetön kytkentä Pehmeä tila: reititin ylläpitää tietoa kyseisen yhteyden kytkennästä välimuistissa jonkinlaista tietoa yhteyden puskurointiviiveestä jonkinlaista tietoa yhteyden resurssitarpeesta Kova tila: reititin ylläpitää tarkkaa tietoa yhteyden kytkennästä yhteyden resurssitarpeesta yhteyden olemassaolosta Lähteen käyttäytyminen Erilaisilla sovelluksilla on ominaisuuksia, jotka määrittelevät millaista palvelua niiden tulisi verkosta saada Compressed audio MPEG-video Telephone Rate variation intensity Cell loss tolerance TCP/IP Cell delay variance tolerance 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 13 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 15 Palvelumalli Best Effort Ei takuuta kaistasta Ei takuuta viiveestä Ei takuuta hukasta Taattu palvelu Takuu kaistan tietylle arvolle Rajoitettu viive Taattu hukka tietyllä aikavälillä Harmaa alue 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 14 Palvelun hyödyllisyys Palvelulla täytyy olla tiettyjä reunaehtoja mikäli nykyisiä sovelluksia halutaa onnestuneesti käyttää. Value of the service 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Telephone TCP/IP Layer coded Video 0 0 5 10 15 20 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot Bandwidth / Marko Luoma 16

Lähestymistapoja liikenteenhallintaan Reititin - lähde keskeinen Varaus - vaste pohjainen Ikkuna - nopeus pohjainen 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 17 Varaus - vaste pohjainen Varauspohjaisissa järjestelmissä lähde pyytää verkolta tiettyä määrää resursseja yhteyden ajaksi. Jokainen reititin täyttää tämän pyynnön tai hylkää yhteyden. Vastepohjaisissa järjestelmissä lähteet aloittavat lähettämisen heti ja säätävät nopeuttaa saamansa vasteen perusteella. Ekspilisiittisesti; reititin informoi lähdettä Implisiittisesti; lähde havainnoi verkon tilaa uudelleen lähetyspyyntöjen kautta HUOM!!! Varauspohjainen toiminta edellyttää reititin keskeistä toimintaa 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 19 Reititin - lähde keskeinen Reititin keskeiset menetelmät perustuvat reitittimen tekemään päätökseen, mitkä paketit saavat palvelua ja mitkä eivät Lähde keskeisissä menetelmissä lähteet sopeutuvat verkon tilaan lähettämällä sopivan määrän informaatiota verkkoon Nämä kaksi menetelmää eivät ole toisiaan poissulkevia Vaikka reititin suorittaa pakettien karsintaa tarvitaan lähdepohjaista hallintaa mukautumaan verkon tilaan Vaikka lähde kontrolloisikin liikennettä tarvitaan reitittimiin mekanismeja turvaamaan niiden toimintaa ruuhkatilanteissa 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 18 Ikkuna - nopeus pohjainen Lähteelle kerrotaan kuinka paljon informaatiota lähde saa lähettää Tietyssä aikaikkunassa (purskeinen) Millä nopeudella (tasainen) Nopeuspohjainen lähestymistapa soveltuu varauspohjaisiin järjestelmiin 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 20

Internet Best effort verkko Vastepohjainen toiminta (ei varausta) Lähdepohjainen toimintatapa Käyttää ikkunapohjaista lähteenhallintaa Tulevaisuudessa taattuja palveluita Varauspohjaisia palveluita Vaatii paljon reitittimiltä Luonnostaan nopeuspohjainen lähteenhallinta Resurssiteho Resurssiteho optimoi kahta keskeistä parametria läpäisyä viivettä Optimoinnin tavoite on saada mahdollisimman suuri läpäisy mahdollisimman pienellä viiveellä Teho = Läpäisy Viive α Teho Optimi 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 21 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma Kuorma 23 Liikenteenhallinnan vertailumenetelmiä Liikenteenhallinnan menetelmiä vertaillaan usein niiden suhteessa Verkon resurssien hyödyntämiseen Lähteiden reiluun käsittelyyn Reiluus Reiluus on määritelmä sille, miten oikeudenmukaisesti eri yhteyksiä kohdellaan ruuhkautuvassa reitittimessä. 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 22 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 24

Sosialistinen näkökanta Kaikkia palvellaan tasapuolisest Kaikki resurssit ovat kaikkien vapaasti hyödynntettävissä Kaikilta odotetaan kunnioitusta toisia kohtaan. TCP-ruuhkanhallinta Tehtävä on määrittää kuinka paljon verkossa on kapasiteettia vapaana Toimii itseohjautuvasti Kellotus vastesanomilla (ACK) Kello on kiertoaikaviive (RTT), joka kertoo ajan, joka kuluu paketin lähettämisestä sen vastaanottamiseen. 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 25 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 27 Kapitalistinen näkökanta Yhteyksiä käsitellään perustuen maksukykyyn, eli sen kulutat mistä maksat. Sosiokapitalistisessa järjestelmässä uudet yhteydet pääsevät mukaan ja vanhat yhteydet saatavat kärsiä siitä ( vakio palveluaika ) Puhtaassa kapitalistisessa järjestelmässä olemassa olevien yhteyksien tilaan ei puututa mitenkään TCP-ruuhkanhallinta Ruuhkaikkuna vastaa vuonhallinnan ilmoitettuaikkunaa Ikkuna on minimiresurssi rajoitettu Maksimissaan: MaxIkkuna = MIN(RuuhkaIkkuna, IlmoitettuIkkuna) Käytännössä: Ikkuna = MaxIkkuna-(Viim. lähetetty tavu - Viim. hyväksytty tavu) KYSYMYS: Kuinka ruuhkaikkuna tiedetään? Lähde suorittaa itseohjautuvaa verkon tilan seurantaa perustuen vastesanomiin (ACK) ja kadonneisiin paketteihin 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 26 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 28

TCP-ruuhkanhallinta TCP-ruuhkanhallinta Lineaarinen kasvu Jokainen onnistuneesti lähetetty ruuhkaikkunallinen kasvattaa ruuhkaikkunaa yhdellä paketilla: RuuhkaIkkuna = RuuhkaIkkuna + MSS Käytännössä jokainen vastesanoma kasvattaa ikkunaa omalta osaltaan: Inc = MSS * (MSS/RuuhkaIkkuna) RuuhkaIkkuna = RuuhkaIkkuna + Inc Eksponentiaalinen peräytyminen Jokainen epäonnistunut lähetys (ajastin laukeaa) aiheuttaa ruuhkaikkunan puoliintumisen: RuuhkaIkkuna = ½ * RuuhkaIkkuna Lähteen nopeuden kasvattaminen on alussa liian hidasta Tarvitaan tehokkaampi mekanismi ensi alkuun Ruuhkaikkuna tuplataan jokaisella vastesanomalla SLOW START on mekanismi, jossa Ruuhkaikkunaa kasvatetaan 1:stä paketista tuplaamalla jokaisen paketin kohdalla ikkunan arvo Se estää laitetta lähettämästä täyttä ikkunaa paketteja niissä tapauksissa, joissa se vastaanottaa useita ACK-paketteja 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 29 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 31 TCP-ruuhkanhallinta Perusversion käyttäytyminen Pitkät hitaat kasvamiset Nopeat pudotukset TCP-ruuhkanhallinta Alussa lähteen ruuhkaikkunan loputon tuplaaminen johtaa pakettien suureen katoamiseen mittaa verkon kapasiteetin tulevan toiminnan varalle Ajastimen laukeamisen jälkeen tuplaamista käytetään ainoastaan siihen asti, että saavutetaan edellinen validi ruuhkaikkunan koko tämän jälkeen jatketaan normaalia toimintaa (lineaarinen kasvu) 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 30 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 32

TCP-Ruuhkanhallinta TCP-Ruuhkanhallinta Slow Start käyttäytyminen Nopeat nopeuden kasvattamiset Pitkät kuolleet hetket Lähetettävä data Paketin katoaminen ja siitä johtuva ajastimen laukeaminen Ruuhkaikkuna Jokainen yksittäinen kadonnut tai viivästynyt paketti vahvistetaan edellisellä oikealla ACK sanomalla. Kolme peräkkäistä samaa ACK sanomaa laukaisee uudelleen lähetyksen. Mikäli uudelleen lähetys ei tuo kuittausta jokaiseen pakettiin odotetaan ajastimen laukeamista. Paketti 1 Paketti 2 Paketti 3 Paketti 4 Paketti 5 Paketti 6 Paketti 3 ACK 1 ACK 2 ACK 2 ACK 2 ACK 2 ACK 6 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 33 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 35 TCP-Ruuhkanhallinta Miten poistaa pitkät hiljaiset hetket yksittäisen paketin kaoamisen jälkeen? Fast Recovery and Fast Retransmit on menetelmä siihen OLETUS: Verkossa katoaa useimmiten vain yksi paketti!!! TCP-Ruuhkanhallinta Nopea vaste useimmissa tapauksissa Monen paketin katoaminen ja niistä johtuva ajastimen laukeaminen Yksittäisen paketin katoaminen ja nopea palaaminen Ruuhkaikkuna 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 34 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 36

Reitittimet Ruuhkatila reitittimessä syntyy, kun resurssien tarve reitittimessä ylittää tarjolla olevan resurssien määrän. Reititin suojautuu resurssien vajetta vastaan erilaisilla jonotusalgoritmeilla, joilla jaetaan verkon kapasiteettia jaetaan puskurimuistin määrää ruuhkan aikana poistetaan oikeat paketit Reitittimet Ennustavat menetelmät pyrkivät pitämään verkon/reitittimen toimintapisteen resurssiteho maksimissa Reagoivat menetelmät pyrkivät palauttamaan toimintapisteen optimiin, mikäli se sen ylittää. 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 37 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 39 Reitittimet Ruuhkanhallinnan menetelmät voidaan jakaa kahteen luokkaan: ruuhkatilaa ennustaviin ruuhkatilaan reagoiviin Reitittimet Toimiakseen menetelmät tarvitsevat erilaisia suoritusarvoja: Jonon keskimääräinen pituus Kiertoaikaviive Mikäli suoritusarvoja mitataan ja ennustetaan perustuen liian tiheään tai harvaan näytteenottoon ilmenee tuloksissa väistämättä virheitä, jotka johtuvat internet-liikenteen dynamiikasta. 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 38 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 40

Reitittimet Tail Drop Kiertoaikaviive voidaan määrittää jonon regeneroitumisprosessista. Periaate on hyödyntää dominoivan liikenteen dynamiikkaa. Dominoiva kiertoaikaviive voidaan määrittää tarkkailemalla jonon täyttymis- ja tyhjentymisprosessia. Mikäli prosessi on deterministinen, voidaan syklin pituudesta määrittää kiertoaikaviive. 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 41 Tail Drop eli häntäkarsinta on yksinkertaisin puskurinhallintamekanismi. Siinä rajallinen puskuri, jota palvellaan FIFOperiaatteella, ylivuotaa pitäen siten liikenteen kurissa. 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 43 Reitittimet Puskurinhallintaan on erilaisia mekanismeja Tail Drop (häntäkarsinta) Random Drop (Satunnaiskarsinta) Random Early Detection (Ennakoiva satunnaiskarsinta) Weighted Fair Queueing (Reilujonotus) Tail Dropin ongelmia Pienellä puskurilla: TCP:llä hankaluuksia päästä slow-startista Heikko vaste verkon transienteille Suurella puskurilla: Reaaliaikaiselle liikenteelle kohtuuttoman suuri viive Verkossa ei etene hetken päästä ollenkaan liikennettä, mikäli linkin nopeus on pieni. 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 42 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 44

Tail Dropin ongelmia Globaali synkronisaatio seuraa siitä, että jonon täyttyessä kaikki yhteydet kokevat pakettihukkaa miltei yhtäaikaisesti ja joutuvat siten slow startiin. Selkeä painotus tasaiselle liikenteelle, koska jonon ollessa kasvussa todennäköisyys, että purskeiselle yhteydelle riittää puskurikapasiteettia pienenee. Random Drop Voidaan käyttää sekä ruuhkaa ennakoivana että ruuhkaan reagoivana menetelmänä. Reagointi perustuu paketin karsintaan jokaisen uuden paketin saapuessa Ennakoinnissa jokainen tuleva paketti aiheuttaa karsintatodennäköisyyden laskemisen ja sen perusteella toimimisen. 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 45 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 47 Random Drop Perustuu olettamukseen, että paketti, joka valitaan satunnaisesti kuuluu lähteelle N todennäköisyydellä, joka on suoraan verrannollinen lähteen keskinopeuteen. Paketti valitaan tällä kertaa koko jonosta tasajakaumaan perustuvulla satunnaisprosessilla. Random Early Detection REDissä hyödynnetään puskurin keskimääräistä tilaa karsinta todennäköisyyden laskemiseen. Keskimääräinen puskurin täyttöaste lasketaan keskiarvo-suodattimella Max Min avgt = αqt + ( α) avgt 1 1 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 46 avg 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 48

REDin edut Ei aiheuta globaalia synkronoitumista Toiminta perustuu eston havainnointiin jo ennen kuin sitä edes esiintyy. Takaa puskuriin kapasiteettia purkeiden varalle Purskeen todennäköisyys tulla karsituksi ei kasva lineaarisesti; sillä purske ei aikaansaa keskiarvon välitöntä nousua (EWMA). Fair Queuing metodit Palvelua jaetaan kiertävällä periaattella perustuen: Tasapuolisesti» Paketti kerrallaan» Bitti kerrallaan Painotetusti» Paketti kerrallaan» Bitti kerrallaan 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 49 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 51 Fair Queuing Menetelmä, jossa ryhmälle yhteyksiä muodostetaan rinnakkaiset jonot Nämä rinnakkaiset jonot ovat tietyssä mielessä autonomisia, eli niillä ei ole suoraa interaktiota keskenään Entä jos ATM ATM:ssä toimitaan 48-tavun hyötykuorman omaavassa pakettiverkossa. IP-paketit, joudutaan paloittelemaan useaan ATM-soluun siten, että yksittäinen paketti voi jakaantua jopa 200:n soluun. Perinteiset protokollat eivät kykene paketin osittaisiin uudelleen lähteyksiin ja siksi yhden solun hukkaaminen johtaakin koko protokollakehyksen (10-200 -solua) poistamiseen. 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 50 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 52

Kuinka parantaa hyötysuhdetta Valikoivia liikenteen karsintamenetelmiä ovat: EPD (Early Packet Discard) PPD (Partial Packet Discard) EPD on estoa ennakoiva menetelmä. Se hyödyntää tietoa jonon pituudesta. Mikäli jonon pituus ylittää aseteltavan rajan hylätään saapuva AAL5 -kehys. PPD on vastaavasti reaktiivinen toimintamalli, jossa täyttynyt jono on aiheuttanut ylivuodon puskurissa ja näin ollen aikaansaanut AAL5 -kehyksen vikaantumisen. PPD poistaa jäljelle jääneet solut jonosta ja näin vapauttaa tilaa tuleville soluille. Lisälukemista Opetusmonisteissa tulee kaksi artikkelia, jotka käsittelee ruuhkanhallintaa ja ATM:n tuomia ongelmia IETF:n työsuositus Recommendation on Queue Management and Congestion Avoidance in the Internet Omar Elloumi & Hossan Afifi RED Algorithm in ATM Networks 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 53 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 55 Miten nämä vaikuttavat verkkoon EPD ja PPD johtavat helposti globaaliin synkronisaatioon, mikä on verkon toiminnan kannalta epäedullinen tilanne. Mikä ratkaisuksi FBA (Fair Buffer Allocation) parantaa EPD:tä lisäämällä pehmeän käyttäytymisen raja-alueella C-RED (Cell Random Early Detection) Yhdistää REDin ja koko kehyksen poiston soluverkkoon Lisäpähkinä Jotta mielenne pysyisi virkeänä ja saisitte tutkiskella asiaa tarkemmin vuorossa on tehtävät Kirjasta kappaleen 8 tehtävät 5 ja 6 Laitan ne myös www-sivulle 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 54 14.10.1998 S-38.188 Tietoliikenneverkot / Marko Luoma 56