Bài giảng Mạng máy tính: Chương 3 - Nguyễn Quang Hải Bằng

Chia sẻ: Sơn Tùng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:43

Thêm vào BST

Báo xấu

65
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Mạng máy tính - Chương 3: Giao thức tầng giao vận (transport layer)" cung cấp cho người học các kiến thức: Transport Layer Services & Principles, Multiplexing/Demultiplexing, Connectionless Transport, Principles of Reliable Data Transfer, Connection-oriented Transport, Congestion Control,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Mạng máy tính: Chương 3 - Nguyễn Quang Hải Bằng

Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) Trần Quang Hải Bằng Faculty of Information Technology University of Communication and Transport (Unit 2) Office location: Administration building, Block D3, Room 6 Office phone: 38962018 Cell phone: N/A Email: tqhbang@utc2.edu.vn 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 2
Ch3. The Transport Layer 1. Transport Layer Services & Principles. 2. Multiplexing/Demultiplexing. 3. Connectionless Transport (UDP). 4. Principles of Reliable Data Transfer (RDT). 5. Connection-oriented Transport (TCP). 6. Congestion Control. 7. Sử dụng TCP hay UDP 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 3 Transport Layer Services & Principles Cung cấp phương tiện truyền application thông logic (logical transport network communication) giữa các data link physical network data link network lo physical applications. g data link ic physical a le network PDUs nd data link -e physical network nd application: messages. data link physical tr an transport: segments (đoạn). network s po data link rt physical Các msg từ tầng application gửi application xuống được chia nhỏ thành các transport network đoạn (segments). data link physical Transport protocol được thực thi tại các trạm cuối (end system). 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 4
Transport & Network layers Network layer: Household analogy: Truyền thông logic giữa 12 kids sending letters to 12 kids các trạm làm việc (host). processes = kids PDUs = packets (gói). app messages = letters in IP (Internet Protocol) là giao thức truyền không tin envelopes cậy. hosts = houses Transport layer: transport protocol = Ann and Tạo phương thức truyền Bill thông logic giữa các ứng network-layer protocol = dụng (application/process). postal service Nhận các gói tin từ tầng Network gửi lên. 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 5 Transport Protocols TCP (Transmission Control Protocol) Connection-oriented (có liên kết). Flow control (điều khiển luồng). Congestion control (điều khiển chống nghẽn mạng). reliable transport protocol (tin cậy) UDP (User Datagram Protocol) Connectionless. Không có kiểm soát luồng và kiểm soát nghẽn mạng. unreliable transport protocol. 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 6
Ch3. The Transport Layer 1. Transport Layer Services & Principles. 2. Multiplexing/Demultiplexing. 3. Connectionless Transport (UDP). 4. Principles of Reliable Data Transfer (RDT). 5. Connection-oriented Transport (TCP). 6. Congestion Control. 7. Sử dụng TCP hay UDP 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 7 Multiplexing/demultiplexing (mux/demux) sender receiver sender P3 P4 application-layer M M data application segment P1 transport P2 header M M network application application segment Ht M transport transport network Hn segment network Multiplexing (dồn kênh): Các msgs từ các apps (P1, P2) được chia nhỏ và đóng gói thành các segments (thêm header) dồn kênh diễn ra ở sending hosts Demultiplexing (phân kênh): Các segments nhận được được gửi tới apps tương ứng (P3, P4) phân kênh diễn ra ở receiving hosts 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 8
Dồn và chia kênh thế nào? source port number: ứng 32 bits dụng gửi dữ liệu. source port # dest port # destination port number: other header fields ứng dụng nhận dữ liệu. Port number: application 0-1023: well-known port data (message) number (đã được giữ cho các apps phổ biến). TCP/UDP segment format 1024 – 65535. 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 9 Mux/demux: Ví dụ source port: x Web client host A dest. port: 23 server B host C source port:23 dest. port: x Source IP: C Source IP: C Dest IP: B Dest IP: B source port: y source port: x port use: simple telnet app dest. port: 80 dest. port: 80 Source IP: A Dest IP: B Web Web client source port: x server B host A dest. port: 80 port use: Web server 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 10
Ch3. The Transport Layer 1. Transport Layer Services & Principles. 2. Multiplexing/Demultiplexing. 3. Connectionless Transport (UDP). 4. Principles of Reliable Data Transfer (RDT). 5. Connection-oriented Transport (TCP). 6. Congestion Control. 7. Sử dụng TCP hay UDP 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 11 Connectionless Transport (UDP). User Datagram Protocol [RFC 768] “no frill”, “bare bones” Internet transport protocol. chỉcần những thủ tục cơ bản nhất. thông tin điều khiển cũng chỉ cần cơ bản nhất. “best effort” service: dữ liệu có thể mất mát, sai sót nhưng luôn “cố gắng hết sức” để giảm thiểu. Connectionless: Không có cơ chế bắt tay (handshaking): thiết lập truyền dữ liệu kết thúc. Không nắm giữ trạng thái. Các segments được xử lý độc lập với nhau. 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 12
UDP: Segment structure source port. 32 bits dest port. Length, in source port # dest port # bytes of length checksum length. UDP segment, application data. including header checksum: mã kiểm Application data tra lỗi (phục vụ cho (message) cơ chế nhận biết lỗi – error detection) UDP segment format 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 13 UDP segment - example Sender’s MAC address Receiver’s MAC address Type of upper layer’s protocol ( 0x0800 = IP ) 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 14
UDP segment – example (cnt.) IP’s Header 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 15 UDP segment – example (cnt.) UDP’s header 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 16
UDP segment – example (cnt.) Data of applicaton layer 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 17 UDP checksum Mã kiểm tra phục vụ cho cơ chế nhận biết lỗi. Sender: Coi segment như chuỗi các số nguyên 16-bit. checksum = số bù một (1’s complement) của tổng các số nguyên đó. Receiver: Tính toán checksum của segment nhận được. So sánh với checksum chứa trong trường checksum của segment nhận được nếu sai khác tức là có lỗi. 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 18
UDP checksum: example Phép cộng các số 16-bit liên tiếp là phép cộng có nhớ. Kiểm tra checksum: Lấy tổng các số 16-bit (có nhớ) cộng với checksum: Kết quả là 1111 1111 1111 1111 thì không có lỗi, nếu khác là có lỗi. 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 wraparound 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 sum 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 checksum 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 (bù 1) 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 19 Ch3. The Transport Layer 1. Transport Layer Services & Principles. 2. Multiplexing/Demultiplexing. 3. Connectionless Transport (UDP). 4. Principles of Reliable Data Transfer (RDT). 5. Connection-oriented Transport (TCP). 6. Congestion Control. 7. Sử dụng TCP hay UDP 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 20
Principles of Reliable Data Transfer (RDT) Truyền dữ liệu tin cậy là vấn đề vô cùng quan trọng (top 10 list of important networking topics). Cần thiết đối với app, transport, datalink layer. 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 21 RDT rdt_send(): called from above, deliver_data(): called by (e.g., by app.). Passed data to rdt to deliver data to upper deliver to receiver upper layer send receive side side udt_send(): called by rdt, rdt_rcv(): called when packet to transfer packet over arrives on rcv-side of channel unreliable channel to receiver 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 22
Finite State Machine (FSM) event causing state transition actions taken on state transition state: when in this state state “state” next state event 1 2 uniquely determined actions by next event 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 23 RDT1.0: reliable data transfer over reliable channel Tầng dưới: Không có lỗi. Không mất mát dữ liệu (gói tin). Sender gửi dữ liệu xuống tầng dưới. Receiver nhận dữ liệu gửi từ tầng dưới lên. Wait for rdt_send(data) Wait for rdt_rcv(packet) call from call from extract (packet,data) above packet = make_pkt(data) below deliver_data(data) udt_send(packet) sender receiver 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 24
RDT2.0: channel with bit errors Tầng dưới có thể có lỗi bit (0  1) UDP checksum có khả năng phát hiện lỗi bit. Khắc phục lỗi (error recover) thế nào? acknowledgements (ACKs): receiver thông báo đã nhận gói dữ liệu tốt (không có lỗi). negative acknowledgements (NAKs): receiver thông báo gói dữ liệu nhận được có lỗi. Nếu nhận được NAK, sender cần gửi lại gói tin bị lỗi. human scenarios using ACKs, NAKs? (telephone talking!) rdt2.0 so với rdt1.0: error detection receiver feedback: control msgs (ACK,NAK) rcvr->sender. 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 25 RDT2.0: FSM specification rdt_send(data) snkpkt = make_pkt(data, checksum) receiver udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && isNAK(rcvpkt) Wait for Wait for rdt_rcv(rcvpkt) && call from ACK or udt_send(sndpkt) corrupt(rcvpkt) above NAK udt_send(NAK) rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt) Wait for Λ call from below sender rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ACK) 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 26
RDT2.0: operation with no errors rdt_send(data) snkpkt = make_pkt(data, checksum) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && isNAK(rcvpkt) Wait for Wait for rdt_rcv(rcvpkt) && call from ACK or udt_send(sndpkt) corrupt(rcvpkt) above NAK udt_send(NAK) rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt) Wait for Λ call from below rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ACK) 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 27 RDT2.0: error scenario rdt_send(data) snkpkt = make_pkt(data, checksum) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && isNAK(rcvpkt) Wait for Wait for rdt_rcv(rcvpkt) && call from ACK or udt_send(sndpkt) corrupt(rcvpkt) above NAK udt_send(NAK) rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt) Wait for Λ call from below rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ACK) 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 28
RDT2.0: problems Nếu ACK, NAK bị lỗi? Senderkhông biết kết quả gửi gói tin thế nào. Cũng chẳng thể gửi lại gói tin vì có thể gây hiện tượng lặp gói tin. Giải pháp: Sendertruyền lại nếu như ACK/NAK bị lỗi. Kiểm soát lặp gói tin (duplicate handling) Thêm vào gói tin trường số thứ tự (sequence number). Căn cứ vào số thứ tự gói tin, receiver bỏ qua những gói tin bị lặp. Sender sẽ không gửi gói tin tiếp theo nếu như chưa chắc chắn receiver nhận được gói trước đó (stop and wait protocol). 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 29 RDT2.1: sender, handles garbled ACK/NAKs rdt_send(data) sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || Wait for Wait for ACK or isNAK(rcvpkt) ) call 0 from NAK 0 udt_send(sndpkt) above rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isACK(rcvpkt) Λ Λ Wait for Wait for ACK or call 1 from rdt_rcv(rcvpkt) && NAK 1 above ( corrupt(rcvpkt) || isNAK(rcvpkt) ) rdt_send(data) udt_send(sndpkt) sndpkt = make_pkt(1, data, checksum) udt_send(sndpkt) 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 30
RDT2.1: receiver, handles garbled ACK/NAKs rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && has_seq0(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) sndpkt = make_pkt(ACK, chksum) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && (corrupt(rcvpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && (corrupt(rcvpkt) sndpkt = make_pkt(NAK, chksum) udt_send(sndpkt) sndpkt = make_pkt(NAK, chksum) Wait for Wait for udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && 0 from 1 from rdt_rcv(rcvpkt) && not corrupt(rcvpkt) && below below not corrupt(rcvpkt) && has_seq1(rcvpkt) has_seq0(rcvpkt) sndpkt = make_pkt(ACK, chksum) sndpkt = make_pkt(ACK, chksum) udt_send(sndpkt) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && has_seq1(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) sndpkt = make_pkt(ACK, chksum) udt_send(sndpkt) 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 31 RDT2.2: a NAK-free protocol rdt_send(data) sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || Wait for Wait for ACK isACK(rcvpkt,1) ) call 0 from above 0 udt_send(sndpkt) sender FSM fragment rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && && isACK(rcvpkt,0) (corrupt(rcvpkt) || Λ has_seq1(rcvpkt)) Wait for receiver FSM 0 from udt_send(sndpkt) below fragment rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && has_seq1(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) sndpkt = make_pkt(ACK1, chksum) udt_send(sndpkt) 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 32
RDT3.0: channels with errors and loss Tầng dưới: Có thể có lỗi. Có thể gây mất mát gói tin. Giải pháp: Sender truyền lại gói tin nếu như chờ ACK một thời gian nhất định nào đó mà không thấy (cần countdown timer). Nếu ACK hay gói tin chỉ bị chậm thôi? truyền lại sẽ gây ra hiện tượng lặp gói tin. cần sequence number. 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 33 RDT3.0 sender rdt_send(data) rdt_rcv(rcvpkt) && sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) ( corrupt(rcvpkt) || udt_send(sndpkt) isACK(rcvpkt,1) ) rdt_rcv(rcvpkt) start_timer Λ Λ Wait for Wait for timeout call 0from ACK0 udt_send(sndpkt) above start_timer rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt,1) && notcorrupt(rcvpkt) stop_timer && isACK(rcvpkt,0) stop_timer Wait Wait for timeout for call 1 from udt_send(sndpkt) ACK1 above start_timer rdt_rcv(rcvpkt) rdt_send(data) Λ rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || sndpkt = make_pkt(1, data, checksum) isACK(rcvpkt,0) ) udt_send(sndpkt) start_timer Λ 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 34
RDT3.0 in action 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 35 RDT3.0 in action (cont) 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 36
Hiệu suất của RDT3.0 Giả sử có đường truyền giữa 2 host với các thông số sau: Bandwidth: 1 Gbps (109 bits per second) Propagation delay: 15 ms Size of packet: 1KB Ttransmit = L (packet length in bits) 8kb/pkt = = 8 microsec R (transmission rate, bps) 109 b/sec L/R .008 U = = = 0.00027 sender 30.008 RTT + L / R microsec U sender: utilization – fraction of time sender busy sending 1KB trong 30msec -> 33KB/sec effective throught put over 1 Gbps link network protocol limits use of physical resources! 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 37 RDT3.0 stop-and-wait operation sender receiver first packet bit transmitted, t = 0 last packet bit transmitted, t = L / R first packet bit arrives RTT last packet bit arrives, send ACK ACK arrives, send next packet, t = RTT + L / R L/R .008 U = = = 0.00027 sender 30.008 RTT + L / R microsec 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 38
Tăng hiệu suất đường truyền - Pipelined protocols Pipelining: Gửi liên tục nhiều packets rồi đợi ACK Số thứ tự gói tin (sequence numbers) tăng đều và duy nhất Sử dụng bộ nhớ đệm tại Sender và Receiver Có 2 phương án xử lý khi gặp lỗi: go-Back-N Selective repeat 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 39 Tăng hiệu suất đường truyền - Pipelined protocols sender receiver first packet bit transmitted, t = 0 last bit transmitted, t = L / R first packet bit arrives RTT last packet bit arrives, send ACK last bit of 2nd packet arrives, send ACK last bit of 3rd packet arrives, send ACK ACK arrives, send next packet, t = RTT + L / R Increase utilization by a factor of 3! 3*L/R .024 U = = = 0.0008 sender 30.008 RTT + L / R microsecon 06/02- 24/03/2012 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 40