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3: Camada de Transporte3a-1 Comparação entre as camadas Camada de Transporte repousa exatamente a camada de rede. Protocolo da camada de transporte fornece.

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2 3: Camada de Transporte3a-1 Comparação entre as camadas Camada de Transporte repousa exatamente a camada de rede. Protocolo da camada de transporte fornece comunicação lógica entre processos, rodando em hosts diferentes. Protocolo da camada de rede fornece comunicação lógica entre hosts. Esta distinção é sutil, mas MUITO importante!!!

3 3: Camada de Transporte3a-2 Camada de Transporte X Camada de Rede Considere 12 irmãos numa casa em São Paulo. E outros 12 irmãos em outra casa em Boa Vista no Acre. Os de SP São primos daqueles em Boa Vista, e escrevem uns para os outros semanalmente. Em SP, João recolhe as cartas dos irmãos e as entrega ao correio. No Acre, Maria recolhe as cartas dos irmãos, e as entrega ao correio. Ambos também fazem a distribuição local do que chega.

4 3: Camada de Transporte3a-3 Camada de Transporte X Camada de Rede (2) Hosts (end systems) = Casas. Processos = os primos que trocam mensagens. Mensagens da Aplicação = cartas em envelopes. Protocolo da camada de rede = serviço postal (correio). Protocolo da camada de transporte = João e Maria.

5 3: Camada de Transporte3a-4 Capítulo 3: Camada de Transporte Metas do capítulo: Ø compreender os princípios atrás dos serviços da camada de transporte: ü multiplexação/ demultiplexação ü transferência confiável de dados ü controle de fluxo ü controle de congestionamento Ø instanciação e implementação na Internet Resumo do Capítulo: Ø serviços da camada de transporte Ø multiplexação/demultiplexação Ø transporte sem conexão: UDP Ø princípios de transferência confiável de dados Ø transporte orientado a conexão: TCP ü transferência confiável ü controle de fluxo ü gerenciamento de conexões Ø princípios de controle de congestionamento Ø controle de congestionamento em TCP

6 3: Camada de Transporte3a-5 Serviços e protocolos de transporte Ø provê comunicação lógica entre processos de aplicação executando em hospedeiros diferentes Ø protocolos de transporte executam em sistemas terminais Ø serviços das camadas de transporte X rede: Ø camada de rede : dados transferidos entre sistemas Ø camada de transporte: dados transferidos entre processos ü depende de, estende serviços da camada de rede aplicação transporte rede enlace física rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física transporte lógico fim a fim

7 3: Camada de Transporte3a-6 Serviços e protocolos de transporte (2) Do ponto de vista da APLICAÇÃO a camada de transporte permite enxergar os sistemas como se eles estivessem fisicamente conectados. Mesmo que existam vários roteadores, links e outros equipamentos no caminho. A camada de Aplicação não tem que se preocupar com os detalhes físicos da infra-estrutura de interligação, usada para carregar as mensagens.

8 3: Camada de Transporte3a-7 Serviços e protocolos de transporte aplicação transporte rede enlace física rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física transporte lógico fim a fim Ø Como já foi dito: Protocolos de transporte são implementados nos sistemas de extremidade (end systems) e não nos roteadores intermediários. TRANSPORTE: Camada 4, superior à camada de rede

9 3: Camada de Transporte3a-8 Protocolos da camada de transporte Serviços de transporte na Internet: Ø entrega confiável, ordenada, ponto a ponto (TCP) ü congestionamento ü controle de fluxo ü estabelecimento de conexão (setup) Ø entrega não confiável, (melhor esforço), não ordenada, ponto a ponto ou multiponto: UDP Ø serviços não disponíveis: ü tempo-real ü garantias de banda ü multiponto confiável aplicação transporte rede enlace física rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física transporte lógico fim a fim

10 3: Camada de Transporte3a-9 Multiplexação/demultiplexação Lembrança: segmento unidade de dados trocada entre entidades da camada de transporte = TPDU: transport protocol data unit receptor Demultiplexação: entrega de segmentos recebidos para os processos da camada de aplicação corretos P3 P4 aplicação transporte rede M P2 aplicação transporte rede H t H n segmento M aplicação transporte rede P1 M M M cabeçalho de segmento dados da camada de aplicação

11 3: Camada de Transporte3a-10 Multiplexação/demultiplexação multiplexação/demultiplexação: Ø baseadas em números de porta e endereços IP de remetente e receptor ü números de porta de remetente/receptor em cada segmento ü lembrete: número de porta bem conhecido para aplicações específicas juntar dados de múltiplos processos de apl, envelopando dados com cabeçalho (usado depois para demultiplexação) porta remetenteporta receptor 32 bits dados da aplicação (mensagem) outros campos do cabeçalho formato de segmento TCP/UDP Multiplexação:

12 3: Camada de Transporte3a-11 Multiplexação/demultiplexação: exemplos estação A servidor B porta orig.: x porta dest: 23 porta orig:23 porta dest: x uso de portas: apl. simples de telnet cliente WWW estação A servidor WWW B Web client host C IP orig: C IP dest: B porta orig: x porta dest: 80 IP orig : C IP dest: B porta orig: y porta dest: 80 uso de portas : servidor WWW IP orig: A IP dest: B porta orig: x porta dest: 80

13 3: Camada de Transporte3a-12 UDP: User Datagram Protocol [RFC 768] Ø Protocolo de transporte da Internet mínimo, sem frescura, Ø Serviço melhor esforço, segmentos UDP podem ser: ü perdidos ü entregues à aplicação fora de ordem do remesso Ø sem conexão: ü não há setup UDP entre remetente, receptor ü tratamento independente de cada segmento UDP Por quê existe um UDP? Ø elimina estabelecimento de conexão (o que pode causar retardo) Ø simples: não se mantém estado da conexão no remetente/receptor Ø pequeno cabeçalho de segmento Ø sem controle de congestionamento: UDP pode transmitir o mais rápido possível

14 3: Camada de Transporte3a-13 Mais sobre UDP Ø muito utilizado para apls. de meios contínuos (voz, vídeo) ü tolerantes de perdas ü sensíveis à taxa de transmissão Ø outros usos de UDP (por quê?): ü DNS (nomes) ü SNMP (gerenciamento) Ø transferência confiável com UDP: incluir confiabilidade na camada de aplicação ü recuperação de erro específica à apl.! porta origemporta dest. 32 bits Dados de aplicação (mensagem) UDP segment format comprimento checksum Comprimento em bytes do segmento UDP, incluindo cabeçalho

15 3: Camada de Transporte3a-14 Checksum UDP Remetente: Ø trata conteúdo do segmento como seqüência de inteiros de 16-bits Ø campo checksum zerado Ø checksum: soma (adição usando complemento de 1) do conteúdo do segmento Ø remetente coloca complemento do valor da soma no campo checksum de UDP Receptor: Ø calcula checksum do segmento recebido Ø verifica se checksum computado é zero: ü NÃO - erro detectado ü SIM - nenhum erro detectado. Mas ainda pode ter erros? Veja depois …. Meta: detecta erro (e.g., bits invertidos) no segmento transmitido

16 3: Camada de Transporte3a-15 Exemplo de cálculo do checksum (1) Considere 3 palavras de 16 bits sendo transmitidas: A soma das duas primeiras palavras é: Adicionando a terceira palavra, a soma acima fica: Os complementos de 1 são obtidos convertendo todos os 0s para 1s, e todos os 1s para 0s.

17 3: Camada de Transporte3a-16 Exemplo de cálculo do Checksum (2) Assim o complemento de 1s da soma é Este valor se torna o checksum No receptor, todas as palavras de 16 bits são somadas, incluindo o checksum. Se não foram introduzidos erros no pacote, a soma no receptor certamente deverá resultar em Se um dos bits for zero, então algum erro foi introduzido no pacote. Pergunta para casa: Por que o UDP usa o checksum, se a maioria dos protocolos data-link(inferiores), incluindo o popular Ethernet, também fornece verificação de erro?

18 3: Camada de Transporte3a-17 Princípios de Transferência confiável de dados (rdt) Ø importante nas camadas de transporte, enlace Ø na lista dos 10 tópicos mais importantes em redes! Ø características do canal não confiável determinam a complexidade de um protocolo de transferência confiável de dados (rdt)

19 3: Camada de Transporte3a-18 Transferência confiável de dados (rdt): como começar send side receive side rdt_send(): chamada de cima, (p.ex.,pela apl.). Dados recebidos p/ entregar à camada sup. do receptor udt_send(): chamada por rdt, p/ transferir pacote pelo canal ñ confiável ao receptor rdt_rcv(): chamada quando pacote chega chega no lado receptor do canal deliver_data(): chamada por rdt p/ entregar dados p/ camada superior

20 3: Camada de Transporte3a-19 Transferência confiável de dados (rdt): como começar Iremos: Ø desenvolver incrementalmente os lados remetente, receptor do protocolo RDT Ø considerar apenas fluxo unidirecional de dados ü mas info de controle flui em ambos os sentidos! Ø Usar máquinas de estados finitos (FSM) p/ especificar remetente, receptor state 1 state 2 event causing state transition actions taken on state transition estado: neste estado o próximo estado é determinado unicamente pelo próximo evento event actions

21 3: Camada de Transporte3a-20 Rdt1.0: transferência confiável usando um canal confiável Ø canal subjacente perfeitamente confiável ü não tem erros de bits ü não tem perda de pacotes Ø FSMs separadas para remetente, receptor: ü remetente envia dados pelo canal subjacente ü receptor recebe dados do canal subjacente

22 3: Camada de Transporte3a-21 Mensagem de Controle: Permitem o receptor informar ao emissor o que foi recebido corretamente e o que foi recebido com erro, exigindo repetição. Em redes de computadores, protocolo RDT baseados em retransmissão são chamados de Protocolos ARQ (Automatic Repeat reQuest).

23 3: Camada de Transporte3a-22 Rdt2.0: canal com erros de bits Ø canal subjacente pode inverter bits no pacote ü lembre-se: checksum UDP pode detectar erros de bits Ø a questão: como recuperar dos erros? ü reconhecimentos (ACKs): receptor avisa explicitamente ao remetente que pacote chegou bem ü reconhecimentos negativos (NAKs): receptor avisa explicitamente ao remetente que pacote tinha erros ü remetente retransmite pacote ao receber um NAK ü cenários humanos usando ACKs, NAKs? novos mecanismos em rdt2.0 (em relação ao rdt1.0 ): ü deteção de erros ü realimentação pelo receptor: msgs de controle (ACK,NAK) receptor->remetente

24 3: Camada de Transporte3a-23 Novas capacidades em RDT (três) capacidades adicionais são exigidas em protocolos ARQ para lidar com a presença de erros de bits: Detecção de erros: mecanismo para permitir que o receptor identifique quando os erros de bits ocorreram. Realimentação (feedback) pelo receptor: mensagens de controle (ACK, NAK) trocadas entre receptor remetente. Retransmissão: para corrigir os erros detectados. Estes novos mecanismos estão presentes em RDT 2.0 (além do RDT 1.0)

25 3: Camada de Transporte3a-24 rdt2.0: especificação da FSM FSM do remetenteFSM do receptor

26 3: Camada de Transporte3a-25 rdt2.0: especificação da FSM - Emissor Aguarda dados da aplicação Possui 2 estados: Em um estado aguarda dados da camada superior. Em outro estado, aguarda ACK ou NAK do receptor. Aguarda ACK ou NAK do receptor Recebe um NAK, reenvia o último pacote atual, e retorna a aguardar um ACK ou NAK.Não pode aceitar dados da da camada superior (stop-and-wait). Se receber um ACK confirmando que um dado atual foi recebido, retorna ao estado de aguardar um pacote da camada superior

27 3: Camada de Transporte3a-26 Rdt 2.0 – Especificações da FSM - Receptor Possui 1 estado: ao receber um pacote, responde com ACK ou NAK, dependendo se o pacote está ou não corrompido. Pacote recebido apresenta erro. Emite um NAK, e retorna ao estado de aguardar. Pacote recebido está íntegro. Emite um ACK, confirmando e retorna ao estado de aguardar.

28 3: Camada de Transporte3a-27 rdt2.0: em ação (sem erros) FSM do remetenteFSM do receptor

29 3: Camada de Transporte3a-28 rdt2.0: em ação (cenário de erro) FSM do remetenteFSM do receptor

30 3: Camada de Transporte3a-29 rdt2.0 tem uma falha fatal! O que acontece se ACK/NAK com erro? Ø Remetente não sabe o que passou no receptor! Ø não se pode apenas retransmitir: possibilidade de pacotes duplicados O que fazer? Ø remetente usa ACKs/NAKs p/ ACK/NAK do receptor? E se perder ACK/NAK do remetente? Ø retransmitir, mas pode causar retransmissão de pacote recebido certo! Lidando c/ duplicação: Ø remetente inclui número de seqüência p/ cada pacote Ø remetente retransmite pacote atual se ACK/NAK recebido com erro Ø receptor descarta (não entrega) pacote duplicado Remetente envia um pacote, e então aguarda resposta do receptor para e espera

31 3: Camada de Transporte3a-30 rdt2.1: remetente, trata ACK/NAKs c/ erro Insere um nº de seqüência no pacote Deve verificar se ACK/NAK recebido tinha erro

32 3: Camada de Transporte3a-31 rdt2.1: receptor, trata ACK/NAKs com erro Deve checar se pacote recebido é duplicado. Estado indica se nº de seqüência esperado é 0 ou 1.

33 3: Camada de Transporte3a-32 rdt2.1: discussão Remetente: Ø no. de seq no pacote Ø bastam dois nos. de seq. (0,1). Por quê? Ø deve checar se ACK/NAK recebido tinha erro Ø duplicou o no. de estados ü estado deve lembrar se pacote corrente tem no. de seq. 0 ou 1 Receptor: Ø deve checar se pacote recebido é duplicado ü estado indica se no. de seq. esperado é 0 ou 1 Ø note: receptor não tem como saber se último ACK/NAK foi recebido bem pelo remetente

34 3: Camada de Transporte3a-33 rdt2.2: um protocolo sem NAKs Ø mesma funcionalidade que rdt2.1, só com ACKs Ø ao invés de NAK, receptor envia ACK p/ último pacote recebido bem ü receptor deve incluir explicitamente no. de seq do pacote reconhecido Ø ACK duplicado no remetente resulta na mesma ação que o NAK: retransmite pacote atual FSM do remetente !

35 3: Camada de Transporte3a-34 rdt3.0: canais com erros e perdas Nova suposição: canal subjacente também pode perder pacotes (dados ou ACKs) ü checksum, no. de seq., ACKs, retransmissões podem ajudar, mas não serão suficientes P: como lidar com perdas? ü remetente espera até ter certeza que se perdeu pacote ou ACK, e então retransmite ü eca!: desvantagens? Abordagem: remetente aguarda um tempo razoável pelo ACK Ø retransmite e nenhum ACK recebido neste intervalo Ø se pacote (ou ACK) apenas atrasado (e não perdido): ü retransmissão será duplicada, mas uso de no. de seq. já cuida disto ü receptor deve especificar no. de seq do pacote sendo reconhecido Ø requer temporizador

36 3: Camada de Transporte3a-35 rdt3.0: remetente

37 3: Camada de Transporte3a-36 rdt3.0 em ação

38 3: Camada de Transporte3a-37 rdt3.0 em ação

39 3: Camada de Transporte3a-38 Desempenho de rdt3.0 Ø rdt3.0 funciona, porém seu desempenho é muito ruim Ø exemplo: enlace de 1 Gbps, retardo fim a fim de 15 ms, pacote de 1KB: T transmitir = 8kb/pacote 10**9 b/seg = 8 microseg Utilização = U = = 8 microseg mseg fração do tempo remetente ocupado = 0,00015 ü pac. de 1KB a cada 30 mseg -> vazão de 33kB/seg num enlace de 1 Gbps ü protocolo limita uso dos recursos físicos!

40 3: Camada de Transporte3a-39 Protocolos dutados (pipelined) Dutagem (pipelining): remetente admite múltiplos pacotes em trânsito, ainda não reconhecidos ü faixa de números de seqüência deve ser aumentada ü buffers no remetente e/ou no receptor Ø Duas formas genéricas de protocolos dutados: volta-N, retransmissão seletiva

41 3: Camada de Transporte3a-40 Volta-N Remetente: Ø no. de seq. de k-bits no cabeçalho do pacote Ø admite janela de até N pacotes consecutivos não reconhecidos Ø ACK(n): reconhece todos pacotes, até e inclusive no. de seq n - ACK cumulativo ü pode receber ACKs duplicados (veja receptor) Ø temporizador para cada pacote em trânsito Ø timeout(n): retransmite pacote n e todos os pacotes com no. de seq maiores na janela

42 3: Camada de Transporte3a-41 Volta-N: FSM estendida do remetente Recibo de um pacote. ACK(n): confirma que todos os pacotes, até – e inclusive – o nº de seqüência n foram recebidos no receptor:ACK acumulativo pode receber ACKs duplicados. Camada superior: verifica se a janela está cheia. Se não está, forma o pacote e envia. Se está cheia, recusa. Existe um temporizador para cada pacote em trânsito. Timeout(n): retransmite pacote n e todos os pacotes com nº de seqüências maiores na janela

43 3: Camada de Transporte3a-42 Volta-N: FSM estendida do receptor receptor simples: Ø usa apenas ACK: sempre envia ACK para pacote recebido bem com o maior no. de seq. em-ordem ü pode gerar ACKs duplicados só precisa se lembrar do expectedseqnum Ø pacote fora de ordem: ü descarta (não armazena) -> receptor não usa buffers! ü manda ACK de pacote com maior no. de seq em-ordem

44 3: Camada de Transporte3a-43 Volta-N em ação Janela = 4. Envia de 0 a 3 e o 2 se perde Pacote 2 se perdeu. Descarta o 3 e pede o 2 (confirma o 1). Descarta o 4 e o 5, e continua pedindo o 2. Timeout do ACK de 2. Retransmite o 2.

45 3: Camada de Transporte3a-44 Retransmissão seletiva Ø receptor reconhece individualmente todos os pacotes recebidos corretamente ü armazena pacotes no buffer, conforme precisa, para posterior entrega em-ordem à camada superior Ø remetente apenas re-envia pacotes para os quais ACK não recebido ü temporizador de remetente para cada pacote sem ACK Ø janela do remetente ü N nos. de seq consecutivos ü outra vez limita nos. de seq de pacotes enviados, mas ainda não reconhecidos

46 3: Camada de Transporte3a-45 Retransmissão seletiva: janelas de remetente, receptor

47 3: Camada de Transporte3a-46 Retransmissão seletiva dados de cima: Ø se próx. no. de seq na janela, envia pacote timeout(n): Ø reenvia pacote n, reiniciar temporizador ACK(n) em [sendbase,sendbase+N]: Ø marca pacote n recebido Ø se n for menor pacote não reconhecido, avança base da janela ao próx. no. de seq não reconhecido pacote n em [rcvbase, rcvbase+N-1] Ø envia ACK(n) Ø fora de ordem: buffer Ø em ordem: entrega (tb. entrega pacotes em ordem no buffer), avança janela p/ próxima pacote ainda não recebido pacote n em [rcvbase-N,rcvbase-1] Ø ACK(n) senão: Ø ignora receptor remetente

48 3: Camada de Transporte3a-47 Retransmissão seletiva em ação Quando um pacote com um nº de seqüência de rcv_base=2 é recebido, então ele e os pacotes rcv_base+1 e rcv_base+2 podem ser entregues à camada superior.

49 3: Camada de Transporte3a-48 Retransmissão seletiva: dilema Exemplo: Ø nos. de seq : 0, 1, 2, 3 Ø tam. de janela =3 Ø receptor não vê diferença entre os dois cenários! Ø incorretamente passa dados duplicados como novos em (a) Q: qual a relação entre tamanho de no. de seq e tamanho de janela?


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