TCPIP Transportni sloj TCPIP Transportni sloj o o

TCP/IP - Transportni sloj TCP/IP

Transportni sloj o o o Portovi UDP TCP/IP

˝Host-host˝ vs. ˝proces-proces˝ komunikacija Procesi Domen IP protokola Domen UDP i TCP protokola TCP/IP

Brojevi portova ˝Dobro-poznati˝ port Privremeni port TCP/IP

IP adrese vs. Brojevi portova Broj porta procesa IP adresa hosta TCP/IP

Opsezi portova Dodela portova je pod kontrolom međunarodne neprofitne organizacije koja se zove ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) Nisu dodeljeni (organizacija ICANN nije definisala njihvou namenu), ali koje neke druge organizacije mogu registrovati kod ICANN da bi se predupredila dupliciranja Mogu se koristiti kao privremeni ili privatni portovi ˝dobro-poznati˝ portovi Dodeljuje ih (definiše njihovu namenu) organizacija ICANN TCP/IP

Adresa soketa TCP/IP

UDP (User Datagram Protocol - Protokol korisničkih datagrama) koji omogućava udaljenim aplikacijama da razmenjuju enkapsulirane IP datagrame. Konceptualno, jedina bitna razlika između UDP datagrama i IP datagrama je u tome što UDP sadrži brojeve portova, što omogućava predajnoj aplikaciji da se obrati tačno određenoj aplikaciji na odredišnoj mašini. UDP se ne bavi kontrolom toka, kontrolom grešaka i retransmisijom nakon prijema lošeg datagrama, baš kako ni IP TCP/IP

Korisnički datagram Format zaglavlja Veličina UDP datagrama u bajtovima, uključujući i zaglavlje i podatke TCP/IP

Kontrolna suma - pseudo-zaglavlje komplement TCP/IP

Kontrolna suma - primer TCP/IP

Karakteristike UDP-a o Beskonekcioni servis n n n Svaki korisnički datagram poslat preko UDP-a tretira kao nezavisni datagram. Korisnički datagrami nisu numerisani, a pošto do odredišta mogu stići izvan redosleda, UDP nije u mogućnosti da rekonstruiše njihov prvobitni redosled. Svaka poruka koju proces šalje mora biti dovoljno kratka da može stati u jedan UDP datagram TCP/IP

Karakteristike UDP-a o Ne postoje mehanizmi za kontrolu protoka n o Ne postoji zaštita od zagušenja prijemnika velikim brojem poruka Ne postoje mehanizmi za kontrolu grešaka n Pošiljalac ne može znati da li je poruka koju je poslao uspešno preneta, ili je možda izgubljena ili duplicirana u prenosu. TCP/IP

Enkapsulacija korisničkih datagrama TCP/IP

Multipleksiranje i demultipleksiranje TCP/IP

UDP - Primena o Jednostavne klijent-server aplikacije: n n n Klijent šalje kratak upit serveru i očekuje kratak odgovor Ako se upit ili odgovor izgube u prenosu, klijent čeka neko vreme i pokušava ponovo Primer DNS: o o o Upit: klijent traži od servera IP adresu hosta www. elfak. ni. ac. yu Odgovor: Server odgovara UDP datagramom sa IP adresom hosta Nije potrebna nikakva prethodna priprema ili uspostavljanje konekcije, dovoljno je razmeniti dve kratke poruke TCP/IP

UDP - Primena o Real-time multimedijalne aplikacije n n Internet radio, Internet telefonija, muzika-na-zahtev, video konferencije, video-na-zahtev. . . Prenos kontinualnog toka digitalizovanog zvuka i/ili videa (na predaji zvuk/video se digitalizuje i pakuje u UDP datagrame, na predaji datagrami se raspakuju i rekonstruiše tok odmeraka) Nema vremena za retransmisiju izgubljenih paketa Gubitak pojedinih paketa nije katastrofalan TCP/IP

UDP - Primena kod real-time multimedijnih aplikacija Rekonstrukcija izgubljenih datagrama Gubitak datagrama, džiter, prenos izvan redosleda TCP/IP Uredjenje datagrama, eliminacija džitera

TCP (Transmission Control Protocol - Protokol za kontrolu prenosa) je konekcioni, pouzdani proces-proces transportni protokol koji pruža puni transportni servis udaljenim aplikacijama. TCP sprovodi kontrolu protoka i kontrolu grešaka, a projektovan je tako da se može dinamički prilagoditi promenljivim karakteristikama Interneta i održi pouzdanu vezu čak i u slučajevima pojave raznih vrsta otkaza u mrežnoj infrastrukturi TCP/IP

TCP TCP/IP

TCP o Sadržaj n n n n Servisi Mehanizmi Segment Konekcija Dijagram stanja Kontrola protoka Kontrola grešaka Kontrola zagušenja TCP/IP

TCP servisi o Koje servise TCP pruža aplikacijama? n n n Proces-proces komunikacija Orijentacija na tok (prenos toka podataka, a ne pojedinačnih poruka) Puna dupleks komunikacija Konekcioni servis (uspostavljanje veze, prenos podataka, raskidanje veze) Pouzdani servis (pouzdanost prenos podataka je odgovornost TCP-ja, a ne aplikacije) TCP/IP

Proces-proces komunikacija Slično UDP-u, TCP omogućava komunikaciju od procesa do procesa korišćenjem 16 -bitnih brojeva portova za identifikaciju procesa. Opsezi portova (dobro-poznati, registrovani i dinamički) su identični kao kod UDP-a TCP/IP

Orijentacija na tok TCP/IP

Prijemni i predajni baferi TCP/IP

TCP segmenti TCP/IP

Redni brojevi TCP numeriše sve bajtove podataka koji se prenose putem uspostavljene konekcije. Numeracija startuje od slučajno izabranog broja. Redni brojevi se koriste za kontrolu protoka i kontrolu grešaka TCP/IP

Redni brojevi o Za razmenu rednih brojeva u zaglavlju TCP segmenta predviđena su dva polja: n n Sequence Number (SEQ broj) - redni broju prvog bajta u segmentu. Acknowledgement Number (ACK broj, ili broj potvrde) - redni broj prvog sledećeg bajta kojeg pošiljalac segmenta očekuje da primi. Koristi se za kumulativnu potvrdu prijema. TCP/IP

Format TCP segmenta TCP/IP

Kontrolni bitovi Fl Opis a g U Vrednost polja Urgent G Pointer je validna. R A Vrednost polja C Acknowledgment K Number je validna. P Push podataka. S H R Konekcija mora S resetovana. biti TCP/IP

Kontrolna suma - pseudo zaglavlje TCP/IP

Enkapsulacija TCP segmenta TCP/IP

TCP konekcija o o Uspostavljanje konekcije Prenos podataka Raskidanje konekcije Resetovanje konekcije TCP/IP

Uspostavljanje konekcije Trostepeno usaglašavanje TCP/IP

Prenos podataka TCP/IP

Zatvaranje konekcije - trostepeno usaglašavanje TCP/IP

Zatvaranje konekcije - polu-zatvaranje TCP/IP

Dijagram stanja Da bi se olakšalo praćenje različitih događaja i brojnih izuzetnih sitacija koje se mogu desiti u toku uspostavljanja konekcije, prenosa podataka i zatvaranja konekcije, TCP softver je realizovan u vidu konačnog automata (FSM – Finite State Machine). Ovaj konačni automat ima 11 stanja i može se predstaviti u vidu dijagrama stanja TCP/IP

Stanja Stanje Opis CLOSED zatvorena konekcija LISTEN server čeka na poziv (apl. izvršila LISTEN) SYN RCVD primljen zahtev za otvaranje konekcije SYN SENT aplikacija izvršila CONNECT ESTABLISHED stanje za normalni prenos podataka FIN WAIT 1 aplikacija izvršila CLOSE FIN WAIT 2 druga strana potvrdila FIN TIMED WAIT čekanje da paketi nestanu iz mreže CLOSING Istovremeni pokušaj zatvaranja CLOSE WAIT druga strana je inicirala zatvaranje konekcije LAST ACK čekanje da paketi nestanu iz mreže TCP/IP Konekcija ne postoji Otvaranje Konekcija je otvorene Zatvarane konekcije

Dijagram stanja TCP/IP

Scenario uspostavljanja konekcije TCP/IP

Scenario zatvaranja konekcije trostepenim usaglašavanjem TCP/IP

Odbijanje konekcije TCP/IP

Prekidanje konekcije TCP/IP

Kontrola protoka Kotrola protoka reguliše količinu podataka koju izvor može da pošalje pre nego što od odredišta primi potvrdu prijema poslatih podataka. TCP uvodi prozor (eng. window) u okviru predajnog bafera koji definiše koje od svih podataka trenutno prisutnih u baferu TCP sme da pošalje. Veličina prozora se reguliše tzv. protokolom kliznog prozora (eng. sliding window protocol) TCP/IP

Klizni prozor - koncept o o Predajnik vodi evidenciju o preostalom prostoru u baferu prijemnika i šalje samo onoliko bajtova koliko prijemnik može trenutno da prihvati Prijemnik, ima obavezu da obaveštava predajnu stranu o veličini preostalog prostora u svom baferu (Polje Window Size (veličinu prozora) iz zaglavlja TCP segmenta) TCP/IP

Protokol kliznog prozora TCP/IP

Kontrola grešaka o Detekcija i korekcija grešaka kod TCP-ja se postiže pomoću tri jednostavna principa: n n n Kontrolna suma Potvrđivanje Retransmisija TCP/IP

Kontrolna suma Prijemnik odbacuje svaki segment za koji, proverom kontrolne sume, ustanovi da sadrži grešku. Drugim rečima, pogrešni segmenti se tretiraju na isti način kao izgubljeni segmenti (tj. kao da nisu ni primljeni) TCP/IP

Potvrđivanje Kada prijemnik šalje potvrdu? TCP/IP

Pravilo 1 Svaki segment podataka koji jedna strana šalje drugoj sadrži ACK broj postavljen na vrednost rednog broja sledećeg bajta kojeg očekuje da primi. Na ovaj način smanjuje se broj segmenata potrebnih za potvrđivanje. TCP/IP

Pravilo 2 Kada prijemnik primi očekivani segment (sa očekivanim rednim - SEQ brojem) u situaciji kada nema svojih podataka za slanje, a sve prethodno primljene segmente je već potvrdio, prijemnik odlaže slanje ACK segmenta sve do prijema sledećeg segmenta podataka ili do isteka unapred zadatog vremenskog perioda (tipično 500 ms). Drugim rečima, prijemnik odlaže slanje ACK segmenta ako postoji samo jedan nepotvrđeni segment. Ovo pravilo sprečava generisanje dodatnog saobraćaja radi slanja velikog broja ACK segmenata. TCP/IP

Pravilo 3 Kada prijemnik primi očekivani segment u sitaciju kada prethodno primljeni segment još uvek nije potvrdio, prijemnik odmah šalje ACK segment. Drugim rečima, na strani prijemnika ne bi trebalo da postoji više od jednog nepotvrđenog segmenta. Na ovaj način, sprečava se nepotrebna retransmisija segmenata zbog kašnjenja potvrde. TCP/IP

Pravilo 4 Kada prijemnik primi segment izvan redosleda, sa redni brojem većim od očekivanog (što ukazuje da je segment sa očekivanim rednim brojem izgubljen u prenosu), prijemnik odmah šalje ACK segment sa ACK brojem sledećeg očekivanog segmenta. Na ovaj način se inicira brza retransmislija segmenta koji nedostaje. TCP/IP

Pravilo 5 Podaci koji do prijemnika stižu izvan redosleda se ne odbacuju već se privremeno čuvaju u prijemnom baferu (ali se ne isporukučuju aplikaciji sve dok ne pristignu svi prethodni, nedostajući podaci) Kada stigne segment koji nedostaje, prijemnik, bez čekanja, šalje ACK segment kojim predajnika obaveštava o sledećem očekivanom rednom broju TCP/IP

Pravilo 6 Ako primi duplicirani segment, prijemnik, bez čekanja, šalje ACK segment TCP/IP

Retransmisija Svaki segment koji je primljen sa greškom, izgubljen ili dupliciran u prenosu se ponovo šalje (retransmituje). Retransmisiji su podložni segmenti koji troše redne brojeve (segmenti podataka i pojedini kontrolni segmenti). Segmenti koji ne troše redne brojeve, kao što je ACK segment se ne retransmituju. Segment se ponovo šalje u dva slučaja: 1)vreme retransmisionog tajmera (RTO) je isteklo i 2) prijemnik je primio tri. TCP/IP duplicirana ACK segmenta.

Scenario normalnog rada TCP/IP

Scenario: Izgubljeni segment TCP/IP

Scenario: Brza retransmisija TCP/IP

Scenario: Izgubljeni ACK - automatska zamena TCP/IP

Scenario: Izgubljeni ACK - ponovno slanje segmenta TCP/IP

Retransmisioni tajmer Koliko treba da bude RTO vreme ? Ethernet TCP/IP Internet

Određivanje RTO vremena o o o RTT (Round trip time), ili vreme odziva. RTTM (Izmereno RTT) - vreme od trenutka slanja segmenta do trenutka prijema potvrde za poslati segment. RTTS (Uravnoteženo RTT): Početno => nema vrednost Posle prvog merenja => RTTS = RTTM Posle svakog sledećeg merenja => RTTS = (1 -α)RTTS + α RTTM Tipično se usvaja α=7/8 TCP/IP

Određivanje RTO vremena o RTTD (RTT devijacija): Početno => nema vrednost Posle prvog merenja => RTTD = RTTM/2 Posle svakog sledećeg merenja => RTTD = (1 -β)RTTD + β |RTTS - RTTM| Tipično se usvaja β =1/4 TCP/IP

Određivanje RTO vremena o RTO vreme: Početno => Početna vrednost Posle svakog merenja => RTO = RTTS + 4 RTTD TCP/IP

RTO - primer TCP/IP

Eksponencijalni backoff - koju vrednost za RTO izabrati nakon gubitka segmenta? TCP/IP

Kontrola zagušenja Zagušenje u mreži nastaje kada opterećenje mreže (broj paketa poslatih u mrežu) postane veće od kapaciteta mreže (broj paketa koje mreža može da prihvati). Cilj kontrole zagušenja je održavanje opterećenja mreže ispod kapaciteta mreže, tj. regulacija broja paketa u mreži ispod nivoa pri kome performanse mreže počinju naglo da padaju. TCP/IP

Zagušenje je posledica postojanja redova čekanja u ruterima TCP/IP

Performanse: kašnjenje vs. opterećenje Opterećenje - broj paketa ubačenih u mrežu u jedinici vremena Kašnjenje - prosečno kašnjenje paketa kroz mrežu Kapacitet mreže TCP/IP

Performanse: propusnost vs. opterećenje Propusnost - broj paketa koji se prenose kroz mrežu u jedinici vremena Idealna zavisnost Realna zavisnost TCP/IP

Mehanizmi za kontrolu zagušenja o Kontrola zagušenja u otvorenoj petlji n o Cilj je da se spreči pojava zagušenja Kontrola zagušenja u zatvorenoj petlji n Pokušaj da se prevaziđe zagušenje nakon što se ono pojavilo TCP/IP

Kontrola zagušenja u otvorenoj petlji o o Politika retransmisije. Primer Eksponencijalni backoff mehanizam. Ponavljanje retransmisije istog segmenta je simptom zagušenja, a udvostručavanje RTO vremena je pokušaj izvora da u takvim uslovima redukuje broj retransmitovanih paketa koje ubacuje u mrežu. Politika potvrđivanja. Na primer, ako prijemnik, umesto da potvrđuje svaki ili svaki drugi segment, pređe u režim potvrđivanja svakog n-tog segmenta, usporiće predajnika i u isto vreme pomoćiće u prevenciji zagušenja TCP/IP

Kontrola zagušenja u zatvorenoj petlji o Potisak (back pressure). n o Ruter koji je postao zagušen, može zatražiti od prethodnog rutera da redukuje brzinu slanja paketa. Informacija o nastalom zagušenju se rekurzivno prenosi unazad sve do primarnih izvora. Kontrolni (chocke) paket. n n Zagušeni paket šalje choke paket nazad izvornom hostu sa zahtevom da redukuje brzinu slanja paketa. Primer chocke paketa je ICMP poruka za prigušenje izvora. TCP/IP

Kontrola zagušenja u zatvorenoj petlji o Implicitna signalizacija. n o Sam izvor, bez pomoću rutera, može na neki posredan način da detektuje izvesne signale koji upozorenja o mogućem zagušenju u mreži i da nakon toga samnji brzinu slanja paketa. Na primer, povećano kašnjenje u prijemu potvrda (ACK) može biti signal da je mreža zagušena. Eksplicitna signalizacija. n Ruter izložen zagušenju, može poslati ekplicitan signal, na primer, postavljanjem nekog posebnog bita u paketima koje prosleđuje, kao bi pošiljaoca ili primaoca paketa obavestio o pojavi zagušenja TCP/IP

Kontrola zagušenja kod TCP protokola o o o rwnd - veličina prozora koju diktira prijemnik (u cilju kontorle protoka) cwnd - prozor zagušenja - veličina prozora koju diktira mreža. Stvarna veličina prozora: min(rwnd, cwnd) TCP/IP

Kontrola zagušenja kod TCP protokola o Tri faze: n n n Spori start: eksponencijalno povećanje Izbegavanje zagušenja: linearno povećanje Detekcija zagušenja: Multiplikativno smanjenje TCP/IP

Spori start Veličina prozora zagušenja se eksponencijalno povećava sve dok se ne dostigne granična vrednost sstresh TCP/IP

Izbegavanje zagušenja Počinje kada se dostigne granična vrednost sstresh Na svaku potvrdu, veličina prozora zagušenja se povećava za 1 sve dok se ne detektuje zagušenje TCP/IP

Detekcija zagušenja o Kako se detektuje zagušenje ? n n Vreme RTO tajmera je isteklo - sa velikom verovatnoćom ukazuje na mogućnost zagušenja Primljena tri ponovljena ACK-a - takođe ukazuje na zagušenje, ali sa značajno manjom verovatnoćom u odnosu na prethodni slučaj. TCP/IP

Detekcija zagušenja - Isteklo RTO vreme 1. 2. 3. Granična veličinu prozora se postavlja na polovinu trenutne veličine prozora (sstresh = cwnd/2). Veličina prozora zagušenja se postavlja na 1 (cwnd = 1). Ponovo se startuje faza sporog starta. TCP/IP

Detekcija zagušenja - tri ponovljena ACK-a 1. 2. 3. Granična veličinu prozora se postavlja na polovinu trenutne veličine prozora (sstresh = cwnd/2). Veličinu prozora zagušenja se postavlja na graničnu vrednost (cwnd = sstresh) Povratak na fazu izbegavanja zagušenja. TCP/IP

Kontrola zagušenja kod TCP/IP

Kontrola zagušenja - primer TCP/IP