dest IP addr data Mestrado & Curso de Especialização em Informática 63

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GCOM - Grupo de Comunicações

por Computador Mestrado & Curso de Especialização em

Informática 63 Escola de Engenharia Departamento de Informática misc fields source IP addr dest IP addr data

• O datagrama não é modificado, desde a origem até ao destino. Quando muito, o datagrama pode dar origem a um novo grupo de datagramas mais pequenos (fragmentação)…

Datagrama IP

Informática 64 Universidade do Minho Escola de Engenharia Departamento de Informática 223.1.1.1 223.1.1.2 223.1.1.3 223.1.1.4 223.1.2.9 223.1.2.2 223.1.2.1 223.1.3.2 223.1.3.1 223.1.3.27 A B E Dest. Net. next interf. #hops

223.1.1 1 223.1.2 223.1.1.4 2 223.1.3 223.1.1.4 2

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Informática 65

Escola de Engenharia Departamento de Informática

Partindo de

A

, datagrama IP endereçado a

B

:

1. Extrair endereço de rede de B;

2. B está na mesma rede de A;

3. Enviar datagrama directamente para B, poisB e

Aestão ligados directamente pelo mesmo link.

misc

fields 223.1.1.1 223.1.1.3 data

Datagrama IP

Informática 66

Universidade do Minho

Partindo de

A

, destino

E

:

1. Extrair endereço de rede de E;

2. E está numa rede diferente, i.e., A e E não têm ligação directa pelo mesmo link;

3. Pela tabela de encaminhamento: próximo nó/interface é o 223.1.1.4;

4. Envia datagrama para router em 223.1.1.4; 5. Datagrama chega a 223.1.1.4;

(Continua…)

Datagrama IP

misc

(3)

Informática 67

Partindo de

A

, destino

E

:

(Continuação)

5. Datagrama chega ao router por 223.1.1.4;

6. Extrair endereço de rede de E;

7. E está na mesma rede da interface 223.1.2.9, i.e., o router e E estão ligados directamente pelo mesmo link;

8. Envia datagrama para 223.1.2.2 ( via interface 223.1.2.9).

Datagrama IP

misc

fields 223.1.1.1 223.1.2.2 data

Informática 68 Universidade do Minho Escola de Engenharia Departamento de Informática

Encaminhamento IP

• Protocolos de Encaminhamento

• Encaminhamento Interno/Externo

• Algoritmos de Vector de Distância (RIP, IGRP, BGP, etc)

• Algoritmos de Estado das Ligações (OSPF)

• Processos de Encaminhamento

• Executados pelos/nos Encaminhadores

• Troca de informação: usando a rede (e suas rotas…)

• Encaminhadores

• Diferentes protocolos, diferentes processos, diferentes arquitecturas, uma Tabela de Encaminhamento

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Informática 69

Encaminhamento IP

Encaminhador

Arquitectura

• Portas de Entrada (Input Port)

Ligação física, lógica; inspecção de tabelas; prepara expedição.

• Portas de Saída (Output Port)

Armazena pacotes (buffer de saída); controlo ligação lógica; transmissão física.

• Lógica de Comutação (Switching)

Interliga portas de Entrada e de Saída.

• Processador de Encaminhamento (Routing Processor)

Através de protocolos de encaminhamento constrói tabelas de encaminhamento; gestão de funções de rede; etc.

(5)

Informática 71

Encaminhador

Arquitectura

Encaminhador

Processamento à entrada

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Informática 73

Encaminhador

Comutação Interna

Encaminhador

Processamento de Saída

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Informática 75

Encaminhador

Filas de Espera e Contenção à Saída

Informática 76

Encaminhador

(8)

Informática 77

QoS

• ESCALONAMENTO:

• FIFO (First In First Out)

• Priority Queuing

• Round Robin &

Weighted Fair Queuing

• POLICIAMENTO:

• Leaky Bucket

QoS

Escalonamento FIFO

(9)

Informática 79

QoS

Escalonamento FIFO

QoS

Escalonamento WFQ

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Informática 81

QoS

Policiamento LB

Parâmetros de QoS

Parameter Meaning

Peak cell rate PCR Maximum rate at which cells will be sent Sustained cell rate SCR The long-term average cell rate

Minimum cell rate MCR Theminimum acceptable cell rate Cell delay variationtolerance CDVT Themaximum acceptable cell jitter Cell loss ratio CLR Fraction of cells lost or delivered too late Cell transfer delay CTD How long delivery takes (mean andmaximum) Cell delay variation CDV The variance in cell delivery times

Cell error rate CER Fraction of cells delivered without error Severely-errored cell block ratio SECBR Fraction of blocks garbled

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Informática 83

• CBR: Constant Bit Rate

t - tempo

LB

_constante

QoS

Largura de Banda

Informática 84

• VBR: Variable Bit Rate

t - tempo LB_mínima.

LB_Máxima.

QoS

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Informática 85

• ABR: Available Bit Rate

LB_mínima.

t - tempo

QoS

Largura de Banda

Informática 86

• Latência

• Round-Trip Delay (cumulativo)

• Atraso de propagação

• Atraso de transmissão

• Atraso de store-and-forward

• Atraso de processamento

• Jitter

• Latência variável (por unidade de informação)

QoS

(13)

Informática 87

Datagrama IPv4

Informática 88

(14)

Informática 89

IPv4

Fragmentação e Re-assemblagem

• MTU: Maximum Transfer Unit

(Quantidade máxima de informação que um datagrama pode transportar)

• Quando LENGTH(IP) > MTU fragmenta-se

• Reconstituição via Re-assemblagem (Onde?)

Informática 90

• Motivação:

• Espaço de endereçamento esgotar-se-ia em 2008 (sem NAT e CIDR);

• Formato de cabeçalho mais simples facilita maior velocidade comutação;

• Formato de cabeçalho facilita QoS;

• Endereços anycast: o melhor de vários servidores/serviços replicados.

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Informática 91

• Formato datagrama IPv6:

• Cabeçalho fixo de 40 byte;

• Pacote sem fragmentação intermédia;

• Campo Checksum removido (reduzir tempo de processamento em cada salto/hop);

• Options implementado com extra-cabeçalho através do campo Next Header;

• ICMPv6: nova versão do ICMP

• Mensagens adicionais, e.g. “Packet Too Big”;

• Funções para gestão de grupos multicast.

IPv6

Informática 92

Cabeçalhos: IPv4

vs

IPv6

Hd Lgth Type of Service

Options

Total Length

Identification Flags Fragment Offset Time to Live Protocol Header Checksum

Source Address Destination Address

Padding

Priority Flow Label Payload Length Next Header Version Version IPv4 Header: IPv6 Header: Hop Limit Source Address Destination Address

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Informática 93

Pilha Protocolar TCP/IP:

Camada de Transporte

Informática 94

• Dois protocolos principais:

• User Datagram Protocol

(RFC 768, August 1980)

Serviço de Transporte não orientado à conexão (CLTS).

• Transmission Control Protocol

(RFC 793, September 1981)

Serviço de Transporte orientado à conexão (COTS).

• Outros protocolos de transporte:

• Real-Time Protocol.

Pilha Protocolar TCP/IP:

Camada de Transporte

(17)

Informática 95

• Definições no RFC-1700.

• Site com as atribuições actuais (#s de porta):

http://www.iana.org/assignments/port-numbers

• Números atribuídos na gama [0 – 1023].

• Atribuição pela IANA (utilização reservada);

• Usados para TCP, IP, UDP e outras Aplicações ou Serviços-Bem-Conhecidos (WKS), p.ex. TELNET.

• Gama de [1024 – 65535] deve ser registada (muitas empresas registam as suas aplicações).

• Dinâmicas: números de porta na gama [1024 – 65535].

Números de Porta e Serviços

Informática 96

User Datagram Protocol

DA

DA SASA TFTF IP HeadIP Head UDP UDP ((Header+DataHeader+Data)) CRCCRC

Source port

Source port Destination portDestination port

Data

Message length

Message length ChecksumChecksum

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Informática 97 Escola de Engenharia Departamento de Informática

Multiplexagem Protocolar

FTP FTP (21) (21) DNS DNS (53) (53) TFTP TFTP (69) (69) TELNET TELNET (23) (23) APP APP (Port) (Port) TCP [6] TCP [6] APP APP (Port) (Port) UDP [17] UDP [17] Transport

Transport (TCP/UDP)(TCP/UDP) Network

Network (IP)(IP) Data Link Data Link (Ethernet/etc) (Ethernet/etc)

Informática 98 Universidade do Minho Escola de Engenharia Departamento de Informática Layer 4 TSAP Time of day server (a) (b)

Host 1 Host 2 Host 1 Host 2

Process Server

User User Process

Server

Multiplexagem Protocolar

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Informática 99

• Transporte fiável de informação;

• Fiabilidade conseguida via retransmissões

(GO-BACK-N);

• Controlo de fluxo por janela deslizante.

Transmission Control Protocol

TCP

Retransmissões

• TCP retransmite segmentos quando o Transmission

Timer (TT) expira;

• Quando TCP transmite um segmento, regista o tempo

da transmissão (e o nº de sequência do segmento) e

quando recebe um ACK, regista o tempo; isto permite

conhecer atraso médio (round-trip delay time);

• O TT é variável e actualizado lentamente por forma a

acomodar variações de congestão na rede.

(20)

Informática 101

Primitive Meaning

SOCKET Create a new communication end point BIND Attach a local address to a socket

LISTEN Announce willingness to accept connections; give queue size

ACCEPT Block the caller until a connection attempt arrives CONNECT Actively attempt to establish a connection

SEND Send some data over the connection

RECEIVE Receive some data from the connection

CLOSE Release the connection

TCP

Primitivas Socket (UNIX)

TCP

Estabelecimento Conecção

T im e Host 1 Host 2 SYN (SEQ = y , ACK = x + 1) SYN (SEQ = x) (SEQ = x + 1, ACK_{= y + 1)} Host 1 Host 2 SYN (SEQ = y , ACK = x + 1) SYN (SEQ = x) SYN (SEQ = y ) SYN (SEQ = x , _{ACK =} y + 1₎ (a) (b)

(a) TCP connection establishment in the normal case. (b) Call collision.

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Informática 103 Escola de Engenharia Departamento de Informática Application does a 2K write Application does a 3K write Application reads 2K Sender is blocked Sender may send up to 2K Receiver's buffer 0 4K 2K 2K Empty Full 2K SEQ_{= 0} 2K SEQ = 2048 1K SEQ_{= 4096} ACK = 2048 WIN = 2048 ACK = 4096 WIN = 0 ACK = 409 6 WIN = 2048 2 K 1K Sender Receiver

TCP

Gestão de Janela Deslizante

Informática 104

Application reads 1 byte

Window update segment sent

New byte arrives Header

Header

Receiver's buffer is full

Receiver's buffer is full Room for one more byte

Only 1 Byte

TCP

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Informática 105

Source port

Source port Destination portDestination port Sequence number

Sequence number Acknowledgment number Acknowledgment number Data offset

Data offset ReservedReserved _Window_Window

Checksum

Checksum Urgent pointerUrgent pointer Options

Options PaddingPadding

TCP data TCP data U U R R P P A A C C K K P P S S H H R R S S T T S S Y Y N N F F I I N N

Segmento TCP

Informática 106

• Cada lado mantém os seus nºs de sequência. (Nº Sequência na gama: 0 - 2,147,483,6478)

• ACK = Nº de Sequência + bytes lidos + 1.

• Acknowledgments podem viajar nos segmentos transmitidos. Seq = 203 ACK = x Seq = 203 ACK = x 200 bytes of data 200 bytes of data Ack = 403 Ack = 403 Host A

Host A Host BHost B

Network

TCP

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Informática 107

TCP

Controlo de Congestão

• Congestão: “demasiadas fontes enviando para a rede tráfego, demasiado rápido”

• Diferente de controlo de fluxo mas influenciado por este!

• Manifestações:

• Pacotes perdidos (buffer overflow)

• Atrasos longos (queueing, buffers)

• Técnica Slow Start ajuda no combate à congestão da rede.

Informática 108

1. É definida uma janela de congestão em cada sentido do tráfego TCP (a janela de congestão não é negociada, é assumida) de usalmente 512/536 bytes;

2. Cada ACK subsequente incrementa esta janela exponencialmente (1, 2, 4, 8, etc.) até a um limite (threshold) que poderá ser o window-size;

3. Não existindo time-outs (ou ACKs duplicados) durante a transmissão, mantém-se janela igual ao window-size.

TCP

(24)

Informática 109

• Quando TCP detecta congestão (ACKs duplicados ou time-out), o algoritmo recomeça:

• Compara os valores da janela de congestão e do window-size e define novo threshold como ½ do menor valor em que é detectada a

congestão;

• Valor deve ser pelo menos de dois segmentos, excepto se a congestão foi detectada por time-out; neste caso a janela de congestão é iniciada com um segmento (slow start).

• Sempre que recebe ACKs, incrementa a janela de congestão.

• Crescimento mais linear da taxa de transmissão.

TCP

Slow Start

Informática 110 Universidade do Minho Escola de Engenharia Departamento de Informática RTT initiate TCP connection request object first window = S/R second window = 2S/R third window = 4S/R fourth window = 8S/R complete transmission object delivered time at client time at server

TCP

Slow Start

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Informática 111 Escola de Engenharia Departamento de Informática 44 40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 C o n g e s ti o n w in d o w ( k ilo b y te s ) Transmission number Threshold

TCP

Slow Start

Informática 112 Universidade do Minho Escola de Engenharia Departamento de Informática 44 40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 0 0 2 4 6 8 10 12 Timeout Threshold 14 16 18 20 22 24 C o n g e s ti o n w in d o w ( k ilo b y te s ) Transmission number Threshold

TCP

Slow Start

(26)

TCP

Terminação

Envia

Envia DatagramaDatagrama FIN bit set SEQ = 400

FIN bit set SEQ = 400

Envia

Envia datagramadatagrama ACK = 401

ACK = 401

Envia

Envia datagramadatagrama FIN bit set, SEQ = 65

FIN bit set, SEQ = 65

ACK = 401

Envia

Envia ACK = 66ACK = 66 Recebe

Recebe ACKACK

Recebe

Recebe FIN FIN e ACK

e ACK

TCP Terminação (1)

DR ACK Host 1 Host 2 DR Send DR + start timer Send DR + start timer Send ACK Release connection (Timeout) release connection Release connection DR ACK Host 1 Host 2 DR Send DR + start timer Send DR + start timer Send ACK Release connection Lost (a) (b)

(27)

Informática 115 Escola de Engenharia Departamento de Informática

TCP Terminação (2)

ACK DR (Timeout) release connection (N Timeouts) release connection ( Timeout) send DR + start timer DR DR Host 1 Host 2 DR Send DR + start timer Send DR & start timer Send DR & start timer Send DR & start timer Send ACK Release connection Release connection Lost ( Timeout) send DR + start timer DR Host 1 Host 2 Send DR + start timer Lost Lost (c) (d)