ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP

•Download as PPTX, PDF•
•
Andrey Sozykin
Andrey Sozykin

Презентация лекции "Управление потоком и перегрузкой в TCP". План лекции: Скорость передачи данных с использованием протокола TCP Управление потоком в TCP Алгоритм Нагля Управление перегрузкой в TCP AIMD Медленный старт

1 of 25
Downloaded 28 times
Сети и системы телекоммуникаций Управление потоком и перегрузкой в TCP ИМКН УрФУ
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Скорость передачи данных с использованием протокола TCP Управление потоком в TCP Алгоритм Нагля Управление перегрузкой в TCP AIMD Медленный старт План 2
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP TCP должен обеспечивать • Гарантированную доставку данных • Эффективное использование канала связи TCP должен хорошо работать как на медленных каналах связи с ошибками, так и на быстрых надежных каналах Изменение размера скользящего окна – основной метод регулирования скорости в TCP • Традиционный подход – фиксированный размер окна 8 сегментов TCP • Современный подход – динамический размер окна в зависимости от требований приложения и загрузки сети Скорость передачи данных в TCP 3
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Скорость передачи данных в TCP 4 Отправитель Получатель Приложение Буфер Транспортная подсистема
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Управление потоком 5 Отправитель Получатель Приложение Буфер Транспортная подсистема
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Управление перегрузкой 6 Отправитель Получатель Приложение Буфер Транспортная подсистема
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Предотвращение «затопления» быстрым отправителем медленного получателя • Сеть может быть свободна, но приложение не готово получить данные Транспортная подсистема работает с приложениями: • Приложение не обязано забирать данные, как только они появились • Транспортная подсистема не обязана передавать данные приложению или в сеть, как только она их получила Управление потоком в TCP 7
Сети и системы телекоммуникаций. Протокол TCP Управление потоком в TCP 8 32 бита Порт отправителя Порт получателя Порядковый номер Номер подтверждения Размер окна F I N S Y N R S T P S H A C K U R G Длина заголо -вка Контрольная сумма Указатель на срочные данные Параметры (не обязательно) Данные (не обязательно)
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Для управления потоком TCP использует механизм скользящего окна Получатель записывает в поле заголовка TCP «Размер окна» объем данных, которые он готов принять (свободное место в буфере) Размер окна может меняться динамически • Приложение читает данные из буфера быстро – окно растет • Приложение читает медленно, буфер заполнен – окно уменьшается Управление потоком в TCP 9
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Некоторые приложения читают и пишут данные маленькими порциями Эмуляторы терминала telnet или ssh • При нажатии каждой клавиши данные передаются на сервер – 1 байт данных • Для передачи 1 байта данных требуется передать IP- пакет длиной 41 байт (20 байт заголовок IP, 20 байт заголовок TCP, 1 байт данных) • Высокие накладные расходы Отложенные подтверждения • Задержка отправки подтверждения до 500 мс в надежде получить данные • Терминал за 500 мс выдает эхо, данные отправляются вместе с подтверждением Отложенные подтверждения 10
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Получателю отправляется только первая порция маленьких данных Остальные данные буферизируются, пока не придет подтверждение Данные из буфера отправляются в одном сегменте Продолжается накопление данные в буфере, пока не придет новое подтверждение Алгоритм Нагля (Nagle’s algorithm) 11
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Приложение может быть готово принять данные, но сеть перегружена • Отправляется большая порция данных • Многие сегменты будут отброшены сетью Перегрузка (congestion) – состояние, при котором в сеть поступает больше пакетов, чем она способна передать Управление перегрузкой 12 Маршрутизатор Буфер
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Коллапс перегрузки в Интернет (congestion collapse) • Произошел в 1986 г. (теоретически предсказан в 1984) • Каналы связи загружены полностью • Скорость передачи данных между хостами падала на порядок Решение: • Учет загрузки сети при формировании размера скользящего окна • Механизм – окно перегрузки • Традиционный подход – фиксированный размер 8 сегментов TCP • Предложенный подход – динамический размер окна в зависимости от нагрузки на сеть Коллапс перегрузки 13
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Окно управления потоком: • Задается получателем (поле «Размер окна» в заголовке TCP) • Размер определяется возможностями приложения читать данные из буфера Окно перегрузки: • Задается отправителем • Размер определяется загрузкой сети Размер скользящего окна определяется меньшим из окон перегрузки или управления потоком Окна перегрузки и управления потоком 14
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Эффективность • Сеть должна быть максимально загружена Справедливость • Все хосты в сети получают примерно одинаковую часть от пропускной способности сети Характеристики загрузки сети 15 A B C
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Additive increase/multiplicative decrease (Аддитивное увеличение, мультипликативное уменьшение) • Метод, который используется в TCP для определения размера окна перегрузки Типовые параметры: • a – максимальный размер сегмента (MSS) • b – ½ AIMD 16
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP AIMD 17 Хост 1 Хост 2 «Узкое» место Computer Networks 5/E http://computernetworks5e.org/
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Размер окна AIMD 18 Размерокна Время Аддитивное увеличение Сигнал о перегрузке Мультипликативное уменьшение
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Сигнал о перегрузке 19 Сигнал Пример протокола Достоинства и недостатки Потеря пакета TCP New Reno Cubic TCP (Linux) Хорошо распознается Поздно узнаем о перегрузке Задержка пакета Compound TCP (Windows) Быстро узнаем о перегрузке Задержка может быть вызвана не только перегрузкой Сигнал от маршрутизатора TCP with Explicit Congestion Notification Быстро узнаем о перегрузке Необходима поддержка в маршрутизаторе Computer Networks 5/E http://computernetworks5e.org/
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Проблема AIMD – медленный (линейный) рост размера окна перегрузки • Приемлемо на медленных каналах • Неприемлемо на быстрых надежных каналах Медленный старт - альтернативный метод управления размером окна перегрузки: • Первоначально размер окна перегрузки устанавливается маленьким (1 или 4 сегмента) • При каждом получении подтверждения отправляется 2 сегмента • После сигнала о перегрузке начинаем с начала Медленный старт обеспечивает экспоненциальный рост размера окна перегрузки Медленный старт 20
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP TCP использует совместно AIMD и медленный старт • Работа начинается с медленного старта • После достижения «порога медленного старта» TCP переходит на AIMD Определение «порога медленного старта» • Медленный старт начинает работать без ограничения • Поступает сигнал о перегрузке • Порог медленного старта устанавливается в половину текущего окна перегрузки • Окно перегрузки уменьшается до минимального значения Медленный старт и AIMD в TCP 21
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Медленный старт и AIMD в TCP 22 Размерокна Время Аддитивное увеличение Порог медленного старта Медленный старт Сигнал о перегрузке Мультипликативное уменьшение
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Приложение просит много данных, но сеть перегружена: • Окно управления потоком: 40Кбайт • Окно перегрузки: 20 Кбайт • Скользящее окно: 20 Кбайт Сеть свободна, но приложение ограничивает скорость : • Окно управления потоком: 20Кбайт • Окно перегрузки: 40 Кбайт • Скользящее окно: 20 Кбайт Размер скользящего окна 23
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Скорость передачи данных с использованием протокола TCP Управление потоком в TCP Алгоритм Нагля Управление перегрузкой в TCP AIMD Медленный старт Итоги 24
Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Вопросы? 25

More Related Content

Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP

  • 1. Сети и системы телекоммуникаций Управление потоком и перегрузкой в TCP ИМКН УрФУ
  • 2. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Скорость передачи данных с использованием протокола TCP Управление потоком в TCP Алгоритм Нагля Управление перегрузкой в TCP AIMD Медленный старт План 2
  • 3. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP TCP должен обеспечивать • Гарантированную доставку данных • Эффективное использование канала связи TCP должен хорошо работать как на медленных каналах связи с ошибками, так и на быстрых надежных каналах Изменение размера скользящего окна – основной метод регулирования скорости в TCP • Традиционный подход – фиксированный размер окна 8 сегментов TCP • Современный подход – динамический размер окна в зависимости от требований приложения и загрузки сети Скорость передачи данных в TCP 3
  • 4. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Скорость передачи данных в TCP 4 Отправитель Получатель Приложение Буфер Транспортная подсистема
  • 5. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Управление потоком 5 Отправитель Получатель Приложение Буфер Транспортная подсистема
  • 6. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Управление перегрузкой 6 Отправитель Получатель Приложение Буфер Транспортная подсистема
  • 7. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Предотвращение «затопления» быстрым отправителем медленного получателя • Сеть может быть свободна, но приложение не готово получить данные Транспортная подсистема работает с приложениями: • Приложение не обязано забирать данные, как только они появились • Транспортная подсистема не обязана передавать данные приложению или в сеть, как только она их получила Управление потоком в TCP 7
  • 8. Сети и системы телекоммуникаций. Протокол TCP Управление потоком в TCP 8 32 бита Порт отправителя Порт получателя Порядковый номер Номер подтверждения Размер окна F I N S Y N R S T P S H A C K U R G Длина заголо -вка Контрольная сумма Указатель на срочные данные Параметры (не обязательно) Данные (не обязательно)
  • 9. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Для управления потоком TCP использует механизм скользящего окна Получатель записывает в поле заголовка TCP «Размер окна» объем данных, которые он готов принять (свободное место в буфере) Размер окна может меняться динамически • Приложение читает данные из буфера быстро – окно растет • Приложение читает медленно, буфер заполнен – окно уменьшается Управление потоком в TCP 9
  • 10. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Некоторые приложения читают и пишут данные маленькими порциями Эмуляторы терминала telnet или ssh • При нажатии каждой клавиши данные передаются на сервер – 1 байт данных • Для передачи 1 байта данных требуется передать IP- пакет длиной 41 байт (20 байт заголовок IP, 20 байт заголовок TCP, 1 байт данных) • Высокие накладные расходы Отложенные подтверждения • Задержка отправки подтверждения до 500 мс в надежде получить данные • Терминал за 500 мс выдает эхо, данные отправляются вместе с подтверждением Отложенные подтверждения 10
  • 11. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Получателю отправляется только первая порция маленьких данных Остальные данные буферизируются, пока не придет подтверждение Данные из буфера отправляются в одном сегменте Продолжается накопление данные в буфере, пока не придет новое подтверждение Алгоритм Нагля (Nagle’s algorithm) 11
  • 12. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Приложение может быть готово принять данные, но сеть перегружена • Отправляется большая порция данных • Многие сегменты будут отброшены сетью Перегрузка (congestion) – состояние, при котором в сеть поступает больше пакетов, чем она способна передать Управление перегрузкой 12 Маршрутизатор Буфер
  • 13. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Коллапс перегрузки в Интернет (congestion collapse) • Произошел в 1986 г. (теоретически предсказан в 1984) • Каналы связи загружены полностью • Скорость передачи данных между хостами падала на порядок Решение: • Учет загрузки сети при формировании размера скользящего окна • Механизм – окно перегрузки • Традиционный подход – фиксированный размер 8 сегментов TCP • Предложенный подход – динамический размер окна в зависимости от нагрузки на сеть Коллапс перегрузки 13
  • 14. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Окно управления потоком: • Задается получателем (поле «Размер окна» в заголовке TCP) • Размер определяется возможностями приложения читать данные из буфера Окно перегрузки: • Задается отправителем • Размер определяется загрузкой сети Размер скользящего окна определяется меньшим из окон перегрузки или управления потоком Окна перегрузки и управления потоком 14
  • 15. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Эффективность • Сеть должна быть максимально загружена Справедливость • Все хосты в сети получают примерно одинаковую часть от пропускной способности сети Характеристики загрузки сети 15 A B C
  • 16. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Additive increase/multiplicative decrease (Аддитивное увеличение, мультипликативное уменьшение) • Метод, который используется в TCP для определения размера окна перегрузки Типовые параметры: • a – максимальный размер сегмента (MSS) • b – ½ AIMD 16
  • 17. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP AIMD 17 Хост 1 Хост 2 «Узкое» место Computer Networks 5/E http://computernetworks5e.org/
  • 18. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Размер окна AIMD 18 Размерокна Время Аддитивное увеличение Сигнал о перегрузке Мультипликативное уменьшение
  • 19. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Сигнал о перегрузке 19 Сигнал Пример протокола Достоинства и недостатки Потеря пакета TCP New Reno Cubic TCP (Linux) Хорошо распознается Поздно узнаем о перегрузке Задержка пакета Compound TCP (Windows) Быстро узнаем о перегрузке Задержка может быть вызвана не только перегрузкой Сигнал от маршрутизатора TCP with Explicit Congestion Notification Быстро узнаем о перегрузке Необходима поддержка в маршрутизаторе Computer Networks 5/E http://computernetworks5e.org/
  • 20. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Проблема AIMD – медленный (линейный) рост размера окна перегрузки • Приемлемо на медленных каналах • Неприемлемо на быстрых надежных каналах Медленный старт - альтернативный метод управления размером окна перегрузки: • Первоначально размер окна перегрузки устанавливается маленьким (1 или 4 сегмента) • При каждом получении подтверждения отправляется 2 сегмента • После сигнала о перегрузке начинаем с начала Медленный старт обеспечивает экспоненциальный рост размера окна перегрузки Медленный старт 20
  • 21. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP TCP использует совместно AIMD и медленный старт • Работа начинается с медленного старта • После достижения «порога медленного старта» TCP переходит на AIMD Определение «порога медленного старта» • Медленный старт начинает работать без ограничения • Поступает сигнал о перегрузке • Порог медленного старта устанавливается в половину текущего окна перегрузки • Окно перегрузки уменьшается до минимального значения Медленный старт и AIMD в TCP 21
  • 22. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Медленный старт и AIMD в TCP 22 Размерокна Время Аддитивное увеличение Порог медленного старта Медленный старт Сигнал о перегрузке Мультипликативное уменьшение
  • 23. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Приложение просит много данных, но сеть перегружена: • Окно управления потоком: 40Кбайт • Окно перегрузки: 20 Кбайт • Скользящее окно: 20 Кбайт Сеть свободна, но приложение ограничивает скорость : • Окно управления потоком: 20Кбайт • Окно перегрузки: 40 Кбайт • Скользящее окно: 20 Кбайт Размер скользящего окна 23
  • 24. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Скорость передачи данных с использованием протокола TCP Управление потоком в TCP Алгоритм Нагля Управление перегрузкой в TCP AIMD Медленный старт Итоги 24
  • 25. Сети и системы телекоммуникаций. Управление потоком и перегрузкой в TCP Вопросы? 25