Implementações TCP para redes móveis

Implementações TCP

Implementações TCP

para redes móveis

para redes móveis

Mário Meyer Mário Meyer (meyer@rdc.puc

Agenda

Agenda

• Problemas em redes móveisProblemas em redes móveis

„

„ Soluções PropostasSoluções Propostas

•

• Protocolos de EnlaceProtocolos de Enlace •

• Protocolos Fim a FimProtocolos Fim a Fim •

• Conexões SeparadasConexões Separadas

„

Introdução

Introdução

„

„ Utilizamos a Utilizamos a internetinternet contando na contando na

confiabilidade da entrega dos dados. confiabilidade da entrega dos dados.

„

„ Protocolo IP interProtocolo IP inter--conecta diferentes tipos conecta diferentes tipos

de redes físicas de redes físicas

„

„ IP fornece somente serviço de IP fornece somente serviço de

Datagramas Datagramas

„

„ TCP projetado para garantir entrega, TCP projetado para garantir entrega,

ordenação e integridade sobre IP ordenação e integridade sobre IP

„

„ TCP foi projetado para redes cabeadasTCP foi projetado para redes cabeadas „

„ Para o TCP a perda de pacotes é devida a Para o TCP a perda de pacotes é devida a

congestionamento da rede congestionamento da rede

Protocolo TCP

Protocolo TCP

„

„ TransmissionTransmission ControlControl ProtocolProtocol „

„ Descrito pela RFC 793 [Descrito pela RFC 793 [PostelPostel 1981]1981] „

„ Última atualização na RFC 3390 Última atualização na RFC 3390

[

[AllmanAllman, , FloydFloyd e e PartridgePartridge 2002]2002]

„

„ Projetado para fornecer transferência Projetado para fornecer transferência

confiável fim a fim confiável fim a fim

„

„ Implementa Circuito Virtual sobre o Implementa Circuito Virtual sobre o

serviço de Datagrama do IP serviço de Datagrama do IP

Características

Características

„

„ Avisos de recebimento (ACK)Avisos de recebimento (ACK) „

„ TimeoutTimeout de pacotesde pacotes „

„ SlowSlow StartStart „

„ Repetição SeletivaRepetição Seletiva „

„ Checagem de errosChecagem de erros „

„ Ordenação dos pacotesOrdenação dos pacotes „

Problemas em redes móveis

Problemas em redes móveis

„

„ Altas Taxas de ErrosAltas Taxas de Erros „

„ DesconexõesDesconexões „

„ Escassez de EnergiaEscassez de Energia „

Altas Taxas de Erro

Altas Taxas de Erro

„

„ Interferências no sinalInterferências no sinal „

„ Distância da Estação Radio Base Distância da Estação Radio Base

(ERB) (ERB)

„

„ Alta densidade de usuáriosAlta densidade de usuários „

„ Ativam os mecanismos de controle Ativam os mecanismos de controle

de congestionamentos do TCP de congestionamentos do TCP

Desconexões

Desconexões

„

„ Passar por área de sombraPassar por área de sombra „

„ DeslocarDeslocar--se para longe da ERBse para longe da ERB „

„ Modo de economia de bateriaModo de economia de bateria

„

„ Perda de pacotes e ACKsPerda de pacotes e ACKs „

„ Rotinas de controle de congestionamentoRotinas de controle de congestionamento „

„ A transmissão pode demorar para A transmissão pode demorar para

recomeçar devido a atrasos de

Escassez de Energia

Escassez de Energia

„

„ Muitas unidades móveis (UM) usam Muitas unidades móveis (UM) usam

baterias como fonte de energia baterias como fonte de energia

„

„ Estoque limitado de energiaEstoque limitado de energia „

„ TCP retransmite em qualquer erroTCP retransmite em qualquer erro „

„ Minimizar o número de Minimizar o número de

(re)transmissões para otimizar o uso (re)transmissões para otimizar o uso

de baterias de baterias

Mudanças de Topologia

Mudanças de Topologia

„

„ UMsUMs podem migrar rapidamentepodem migrar rapidamente „

„ Desconexões durante migraçãoDesconexões durante migração „

„ Problema de Problema de handhand--offoff „

„ Tentar realizar Tentar realizar handhand--offsoffs suaves, suaves,

sem que haja desconexão temporária sem que haja desconexão temporária

Soluções Propostas

Soluções Propostas

„

„ Protocolos de EnlaceProtocolos de Enlace •

• Radio Link Radio Link ProtocolProtocol (RLP) [Nanda(RLP) [Nanda 1994]1994] •

• AIRMAIL [AyanoglyAIRMAIL [Ayanogly 1995]1995] •

• Protocolo SnoopProtocolo Snoop [Balakrishnan[Balakrishnan 1995]1995] „

„ Protocolos Fim a FimProtocolos Fim a Fim •

• Reno [Jacobson 1990, StevensReno [Jacobson 1990, Stevens 1997]1997] •

• New-New-RenoReno [Hoe[Hoe 1996]1996] •

• FR (Retransmissão Rápida) [CaceresFR (Retransmissão Rápida) [Caceres e Iftodee Iftode 1995]1995] •

• ESBN [BakishiESBN [Bakishi 1997]1997] „

„ Conexões SeparadasConexões Separadas •

• MTCP [YvatkarMTCP [Yvatkar e Bhagawate Bhagawat 1995]1995] •

• I-I-TCP [TCP [BakreBakre e Badrinathe Badrinath 1997]1997] •

• M-M-TCP [Brown e TCP [Brown e SinghSingh 1997]1997] •

Protocolos de Enlace

Protocolos de Enlace

„

„ Procuram resolver os problemas de Procuram resolver os problemas de

qualidade do enlace sem fio qualidade do enlace sem fio

„

„ Atuam somente no enlace sem fio Atuam somente no enlace sem fio

entre a ERB e as

Radio Link

Radio Link

Protocol

Protocol

(RLP)

(RLP)

„

„ Dados só serão retransmitidos se a Dados só serão retransmitidos se a

origem tiver certeza de que estes origem tiver certeza de que estes

dados não chegaram ao destino dados não chegaram ao destino

„

„ Receptor envia Receptor envia feedbackfeedback constante constante

do recebimento de pacotes do recebimento de pacotes

AIRMAIL

AIRMAIL

„

„ AIRMAIL AIRMAIL -- AsymetricAsymetric ReliableReliable MobileMobile Access In Access In

Link

Link--LayerLayer

„

„ Protocolo assimétricoProtocolo assimétrico „

„ Processamento referente à confiabilidade dos Processamento referente à confiabilidade dos

dados é todo realizado na ERB dados é todo realizado na ERB

„

„ Utilização de mecanismos ARQ (Utilização de mecanismos ARQ (automatedautomated

repeat

repeat request) e FEC (request) e FEC (fowardfoward errorerror correctioncorrection))

„

„ Dispositivos podem combinar vários Dispositivos podem combinar vários ACKsACKs em um em um

único único

„

Protocolo

Protocolo

Snoop

Snoop

„

„ Módulo Módulo SnoopSnoop reside nas reside nas ERBsERBs „

„ CacheCache de pacotes enviados da rede de pacotes enviados da rede

cabeada para

cabeada para UMsUMs

„

„ ERB reenvia para a UM os pacotes ERB reenvia para a UM os pacotes

perdidos no enlace sem fio perdidos no enlace sem fio

„

„ Estação cabeada não fica sabendo Estação cabeada não fica sabendo

destas perdas de pacote destas perdas de pacote

„

„ Medidas de controle de Medidas de controle de

congestionamento não são ativadas congestionamento não são ativadas

Protocolo

Protocolo

Snoop

Snoop

„

„ Também lida com erros de Também lida com erros de

transmissão da UM para a rede transmissão da UM para a rede

cabeada cabeada

„

„ Ao perceber pacotes perdidos, a ERB Ao perceber pacotes perdidos, a ERB

envia

envia NACKsNACKs ((negativenegative acknowledgements

acknowledgements) para a UM) para a UM

„

„ Reenvio imediato, não há Reenvio imediato, não há

necessidade de esperar

necessidade de esperar timeouttimeout dos dos pacotes

Protocolo

Protocolo

Snoop

Snoop

„

„ Protocolo de roteamentoProtocolo de roteamento „

„ Na percepção de um Na percepção de um handhand--offoff

eminente,

eminente, ERBsERBs formam um grupo formam um grupo

Multicast Multicast

„

„ Todas as Todas as ERBsERBs recebem os pacotes recebem os pacotes

destinados para a UM destinados para a UM

„

„ Nova ERB responsável pela UM Nova ERB responsável pela UM

entrega os pacotes entrega os pacotes

Protocolos Fim a Fim

Protocolos Fim a Fim

„

„ Procuram modificar os mecanismos Procuram modificar os mecanismos

de controle de congestionamento do de controle de congestionamento do

protocolo TCP protocolo TCP

„

„ Na maioria, precisam que o TCP seja Na maioria, precisam que o TCP seja

recompilado em todas as estações recompilado em todas as estações

Reno

Reno

„

„ Muito parecido com TCP padrãoMuito parecido com TCP padrão „

„ Modo de recuperação rápida (Modo de recuperação rápida (fastfast

recovery recovery))

•

• Diminui janela de congestionamento ao Diminui janela de congestionamento ao meio

meio •

• Não realiza Não realiza slowslow startstart

•

• Termina ao receber o ACK de um dos Termina ao receber o ACK de um dos pacotes perdidos

New

New

-

-

Reno

Reno

„

„ Melhoria do protocolo RenoMelhoria do protocolo Reno „

„ Objetivo de melhorar a performance Objetivo de melhorar a performance

quando vários pacotes de uma quando vários pacotes de uma

mesma janela são perdidos mesma janela são perdidos

„

„ Somente sairá do Somente sairá do fastfast recoveryrecovery

depois que receber os

depois que receber os ACKsACKs de todos de todos os pacotes perdidos

FR (Retransmissão Rápida)

FR (Retransmissão Rápida)

„

„ Tenta utilizar o mecanismo de Tenta utilizar o mecanismo de FastFast

Retransmission

Retransmission (FR)(FR) do TCP como do TCP como tratamento para

tratamento para handhand--offsoffs

„

„ UMsUMs sinalizam o termino de um sinalizam o termino de um handhand--offoff, ,

ativando o FR na estação

ativando o FR na estação cabeadacabeada

„

„ No No FastFast RetransmissionRetransmission a janela de a janela de

congestionamento é diminuída mas não congestionamento é diminuída mas não

ocorre

ESBN

ESBN

„

„ Mesmo com protocolos de enlace, Mesmo com protocolos de enlace,

timeouts

timeouts chegarão na rede cabeadachegarão na rede cabeada

•

• retransmissões desnecessáriasretransmissões desnecessárias

„

„ ERBsERBs enviariam enviariam ESBNsESBNs ((ExplicitExplicit BadBad StateState

Notifications

Notifications) à estação cabeada) à estação cabeada

„

„ ESBN eliminaria todos os ESBN eliminaria todos os timeoutstimeouts de de

pacotes já enviados pacotes já enviados

„

„ Medidas de controle de congestionamento Medidas de controle de congestionamento

não seriam tomadas não seriam tomadas

„

„ Aumento de performance de 100% em Aumento de performance de 100% em

WANs

ESBN

ESBN

„

„ BakshiBakshi estudou os efeitos do estudou os efeitos do

tamanho do pacote tamanho do pacote

„

„ Para cada condição de erro no enlace Para cada condição de erro no enlace

sem fio existe um tamanho ideal sem fio existe um tamanho ideal

„

„ ERBsERBs deveriam ter tabelas deveriam ter tabelas

relacionando erros aos tamanhos relacionando erros aos tamanhos

„

„ Aumento de performance em até Aumento de performance em até

30% pelo uso de pacotes do 30% pelo uso de pacotes do

tamanho adequado tamanho adequado

Conexões Separadas

Conexões Separadas

„

„ Separar a conexão em duasSeparar a conexão em duas

•

• Estação cabeada até ERBEstação cabeada até ERB •

• ERB até UMERB até UM

„

„ Não é preciso fazer nenhuma Não é preciso fazer nenhuma

modificação na primeira conexão modificação na primeira conexão

„

MTCP

MTCP

„

„ Protocolo de sessão MHP (Protocolo de sessão MHP (MobileMobile HostHost

Protocol Protocol))

„

„ Implementado nas Implementado nas ERBsERBs e e UMsUMs „

„ Localizado acima do TCP e abaixo do Localizado acima do TCP e abaixo do

Socket Socket

„

„ MHP deveria compensar a falta de MHP deveria compensar a falta de

confiabilidade do enlace sem fio confiabilidade do enlace sem fio

„

„ Duas versões propostas:Duas versões propostas:

•

• TCPTCP •

I

I

-

-

TCP

TCP

„

„ UM deve pedir à ERB que crie uma UM deve pedir à ERB que crie uma

conexão com a estação cabeada conexão com a estação cabeada

„

„ Comunicação entre ERB e UM é Comunicação entre ERB e UM é

realizada com uma variação do TCP realizada com uma variação do TCP especialmente projetada para redes especialmente projetada para redes

sem fio sem fio

M

M

-

-

TCP

TCP

„

„ Estrutura hierárquica de 3 níveisEstrutura hierárquica de 3 níveis

•

• Nível 1 Nível 1 –– UMsUMs •

• Nível 2 Nível 2 –– ERBsERBs •

• Nível 3 Nível 3 –– Computador SupervisorComputador Supervisor

„

„ Vários dispositivos de nível menor podem Vários dispositivos de nível menor podem

estar conectados a um único de nível estar conectados a um único de nível

maior. maior.

„

„ A conexão até a estação cabeada é A conexão até a estação cabeada é

realizada pelo supervisor realizada pelo supervisor

M

M

-

-

TCP

TCP

„

„ Supervisor recebe pacotes e os envia para Supervisor recebe pacotes e os envia para

a UM a UM

„

„ UM envia ACK e o Supervisor os repassa UM envia ACK e o Supervisor os repassa

para a estação cabeada para a estação cabeada

„

„ Ao perceber desconexão, Supervisor faz Ao perceber desconexão, Supervisor faz

com que TCP da estação cabeada entre com que TCP da estação cabeada entre

em modo de persistência em modo de persistência

„

„ Evita Evita timeoutstimeouts e diminuição da janela de e diminuição da janela de

congestionamento congestionamento

M

M

-

-

TCP

TCP

„

„ A UM ao detectar desconexão congela todos os A UM ao detectar desconexão congela todos os

timers timers

„

„ Ao reconectarAo reconectar os os timerstimers são descongeladossão descongelados „

„ Evita que medidas de controle de Evita que medidas de controle de

congestionamento sejam tomadas pelo TCP na congestionamento sejam tomadas pelo TCP na UM

UM

„

„ Tratamento de Tratamento de hand-hand-offsoffs „

„ Ao termino de um Ao termino de um handhand--offoff é estabelecida uma é estabelecida uma

nova conexão entre o supervisor e a UM nova conexão entre o supervisor e a UM

WAP

WAP

„

„ Utiliza um Utiliza um gatewaygateway de aplicação entre a de aplicação entre a

rede cabeada e a rede sem fio rede cabeada e a rede sem fio

„

„ GatewayGateway de aplicação funciona como um de aplicação funciona como um

tipo de

tipo de proxyproxy

„

„ Toda comunicação é feita através do Toda comunicação é feita através do

gateway gateway

„

„ Dados retornados a UM pelo Dados retornados a UM pelo gatewaygateway

podem ter sido modificados podem ter sido modificados

•

• Compressão de imagensCompressão de imagens •

Conclusão

Conclusão

„

„ Existem variadas soluções para Existem variadas soluções para

diferentes problemas do TCP diferentes problemas do TCP

„

„ A combinação de soluções pode A combinação de soluções pode

trazer grandes benefícios trazer grandes benefícios

•

• SnoopSnoop + ESBN+ ESBN

„

„ [[ElAaragElAarag 2002] O padrão de IP Móvel 2002] O padrão de IP Móvel

já foi definido, é necessária uma já foi definido, é necessária uma

definição de um padrão para TCP definição de um padrão para TCP

Móvel Móvel