Slow‐Start
RTT
RTT
RTT
... ...
Source Destination
Starte mit einem CongestionWindow der Länge MSS.
Erhöhe CongestionWindow um eine MSS pro ACK.
Somit wird das CongestionWindow pro RTT wie weit erhöht?
Warum heißt das eigentlich Slow‐Start?
Historischer Grund: In TCP‐Anfängen wurde zum Starten direkt mit einem großen
CongestionWindow gestartet.
Wann beginnt und endet der Slow‐Start?
Wenn eine Verbindung neu hergestellt wurde.
• Setze CongestionWindow auf eine MSS
• Beginne Slow‐Start
• Wechsele in AdditiveIncrease sobald ein bestimmter
Schwellwert (CongestionThreshold) überschritten wurde Wenn ein Timeout stattgefunden hat
• CongestionThreshold = CongestionWindow/2 (man merkt sich also den CongestionWindow nach dem durch den Timeout ausgelösten MultiplicativeDecrease)
• Setze CongestionWindow auf eine MSS
• Beginne Slow‐Start
• Wechsele in AdditiveIncrease sobald der Schwellwert
Ein Beispiel
Fast‐Retransmit
Sender Empfänger
Paket 1 Paket 2
* ACK 1
ACK 2 ACK 2
ACK 2 ACK 2
ACK 6 Paket 4
Paket 5 Paket 6
Paket 3
(retransmit) Paket 3
Erinnerung: ACKS sind kummulativ (d.h. bestätigen die bisher voll‐
ständig zusammenhängende Se‐
quenz von Segmenten)
Verlorene Sequenz führt zu
„duplicate ACKs“.
Fast‐Retransmit: Warte nicht auf Timeout, sondern reübertrage ein Segment, nach drei aufeinander folgenden Duplicate‐ACKs.
Die TCP‐Variante mit Fast‐Recovery
• Slow‐Start, wenn die TCP‐Verbindung neu aufgebaut wurde.
• Die Reübertragung wegen duplicate ACK lediglich CongestionWindow wie üblich halbieren.
• Aber keinen Slow‐Start, sondern gewöhnlichen AdditiveIncrease.
TCP‐Überlastvermeidung
Motivation
TCP implementiert Überlastkontrolle, d.h. erst wenn Segmente auf den Routern verworfen werden, wird an den Quellen die in das Netz gesendete Last reduziert.
Die Idee von Überlastvermeidung: reduziere die an den Quellen erzeugte Last schon bevor die ersten Segmente (Pakete) an den Routern wegen voll gelaufener Queues verworfen werden.
TCP hat an den Quellknoten keine Mechanismen eingebaut, die eine solche Strategie unmittelbar ermöglicht. Man müsste hierzu TCP
durch ein neues Protokoll ersetzen.
Idee: Router „gaukeln“ vorzeitig übergelaufene Queues vor, sodass die TCP‐Quellknoten auch vorzeitig die Last reduzieren und somit keine Überlast an den Routern auftreten kann.
Random‐Early‐Detection (RED)
Router berechnet regelmäßig die mittlere Queuelänge AvgLen anhand von gemessenen Queuelängensamples SampleLen:
Jeder Router hat ein MinThreshold und ein MaxThreshold. Bei Ankunft eines Paketes wird folgender Algorithmus ausgeführt:
if AvgLen <= MinThreshold
speichere Paket in der Queue else if AvgLen < MaxThreshold
berechne Wahrscheinlichkeit p
verwerfe das Paket mit der Wahrscheinlichkeit p else
Berechnung der Drop‐Wahrscheinlichkeit
Bestimme die Wahrscheinlichkeit TempP zunächst in Abhängigkeit von AvgLen wie folgt:
D.h. zwischen MinThresh und MaxThresh als Formel:
Zähle die Anzahl count der nicht verworfenen Pakete während AvgLen zwischen MinThresh und MaxThresh war und berechne:
TempP 1.0
MaxP
MinThresh MaxThresh
AvgLen
TCP‐Varianten
TCP erlaubt Implementationsvarianten
• Send‐Policy
– Keine Festlegung wie lange und wieviel gepuffert wird, bevor ein Segment gesendet wird
– Abzuwägen ist: Response‐Zeit versus Overhead wegen Nachrichten‐Header
• Deliver‐Policy
– Keine Festlegung wie lange Segmente auf der Empfängerseite gepuffert werden, bevor diese an die Anwendung weiter gegeben werden
– Abzuwägen ist: Response‐Zeit versus Overhead wegen Processing in TCP‐
und User‐Software, sowie unnötige OS‐Interrupts
• Accept‐Policy
– Keine Festlegung, wie mit Out‐of‐Order Segmenten umzugehen ist – Zwei Optionen
• Verwerfe Out‐of‐Order‐Segmente
• Behalte alle Segmente, die in das Receive‐Fenster passen
– Abzuwägen ist: Aufwand für Puffer‐Verwaltung versus Netzlast
TCP erlaubt Implementationsvarianten
• Retransmit‐Policy
– Keine Festlegung, wann ein gepuffertes und noch nicht bestätigtes Segment nochmals übertragen wird
– Mögliche Strategien:
• First‐only: Ein Retransmit‐Timeout für das Segment am Anfang der Sende‐Queue (wenn Timeout stattfindet sende das erste Segment und setze den Timer erneut)
• Batch: Sende alle Segmente erneut sobald der Retransmit‐Timeout stattfindet
• Individuell: Ein Timer für jedes Segment in der Queue
– Abzuwägen ist:
• First‐only: geringe Netzlast aber größere Verzögerung
• Batch und Individuell: geringere Verzögerung bei höherer Netzlast
• Acknowledge‐Policy
– Keine Festlegung, wann genau ein einkommendes Segment bestätigt werden muss – Mögliche Strategien:
• Immediate: sende leeres Segment (d.h. ohne Daten) mit Acknowledgement
• Cummulative: Sammele Daten auf der Empfangsseite und sende Acknowledgement erst dann (allerdings: Persit‐Timer, um Acknowledgement nicht zu lange zu verzögern)
– Abzuwägen ist: Netzlast versus Verzögerung
Beispiele von TCP‐Varianten
TCP existiert/existierte in verschiedenen Varianten TCP Tahoe
Ursprüngliche TCP‐Implementierung des beschriebenen Congestion‐Control‐Mechanismus; mit Ausnahme des diskutierten Fast‐Recovery
TCP Reno
Unter anderem wurde Fast‐Recovery hinzugefügt TCP Vegas
Beobachtung der RTT auf den sendenden Knoten und proaktive Anpassung des CongestionWindows, um Congestion vorab zu vermeiden
Zusammenfassung und Literatur
Zusammenfassung
• Die wichtigsten Internet‐Transportprotokolle
– UDP (keine Aufwertung des IP Best‐Effort‐Dienstes) – TCP (zuverlässiger Byte‐Strom über IP)
• Flusskontrolle und Überlastkontrolle
– Flusskontrolle findet Ende‐zu‐Ende statt – Überlastkontrolle betrifft das ganze Netz
• Design‐Merkmale
– Ende‐zu‐Ende‐Argument: realisiere Funktion auf der Schicht, in der diese komplett implementierbar ist
– TCP funktioniert nach dem Smart‐Sender/Dumb‐Receiver‐Prinzip
• Eine weitere TCP‐Stärke: TCP erlaubt Erweiterungen; Hosts müssen sich einigen welche Erweiterungen genutzt werden sollen; Neue TCP‐Erweiterung erfordert damit nicht im ganzen Internet TCP komplett neu zu installieren
• Die Unterscheidung zwischen Überlastkontrolle und Überlastvermeidung
Literatur
[PetersonDavie2007] Larry L. Peterson and Bruce S. Davie, „Computer Networks: A Systems Approach“, Edition 4, 2007.
5.1 Simple Demultiplexer (UDP) 5.2.2 Segment Format
5.2.3 Connection Establishement and Termination 5.2.4 Sliding Window Revisited
5.2.5 Triggering Transmission 5.2.6 Adaptive Retransmission 5.2.7 Record Boundaries
5.2.8 TCP Extensions
6.3.1 Additive Increase/Multiplicative Decrease 6.3.2 Slow Start
6.3.3 Fast Retransmit and Fast Recovery
