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.
2 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
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
3 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Cung cấp phương tiện truyền
application transport network data link physical
l o
network data link physical
thông logic (logical communication) giữa các applications.
a
network g i data link c physical l
e
n
d
-
(cid:1) PDUs
e
network data link physical
n
d
t
r
network data link physical
a
n
s
p
o
r
t
network data link physical
application transport network data link physical
(cid:2) application: messages. (cid:2) transport: segments (đoạn). (cid:1) Các msg từ tầng application gửi xuống được chia nhỏ thành các đoạn (segments).
(cid:1) Transport protocol được thực thi tại các trạm cuối (end system).
4 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Network layer:
(cid:2) Truyền thông logic giữa các trạm làm việc (host).
Household analogy: 12 kids sending letters to 12 kids (cid:1) processes = kids (cid:1) app messages = letters in
(cid:2) PDUs = packets (gói). (cid:2) IP (Internet Protocol) là
giao thức truyền không tin cậy.
envelopes (cid:1) hosts = houses (cid:1) transport protocol = Ann and
(cid:1) Transport layer:
Bill
(cid:1) network-layer protocol =
(cid:2) Tạo phương thức truyền thông logic giữa các ứng dụng (application/process).
postal service
(cid:2) Nhận các gói tin từ tầng
Network gửi lên.
5 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) TCP (Transmission Control Protocol)
(cid:2) Connection-oriented (có liên kết). (cid:2) Flow control (điều khiển luồng). (cid:2) Congestion control (điều khiển chống nghẽn mạng). (cid:3) reliable transport protocol (tin cậy)
(cid:1) UDP (User Datagram Protocol)
(cid:2) Connectionless. (cid:2) Không có kiểm soát luồng và kiểm soát nghẽn mạng. (cid:3) unreliable transport protocol.
6 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
1. Transport Layer Services & Principles.
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
7 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
sender
receiver
sender
P3
P4
application-layer data
P2
M M
segment header
P1 M
application transport network
segment
M
application transport network
application transport network
(cid:1) Multiplexing (dồn kênh): Các msgs từ các apps (P1, P2) được chia nhỏ và đóng gói thành các segments (thêm header) (cid:3) dồn kênh diễn ra ở sending hosts
(cid:1) Demultiplexing (phân kênh): Các segments nhận được được gửi tới apps tương ứng (P3, P4) (cid:3) phân kênh diễn ra ở receiving hosts
M Ht Hn segment
8 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
32 bits
(cid:1) source port number: ứng
source port # dest port #
other header fields
(cid:1) destination port number: ứng dụng nhận dữ liệu.
(cid:1) Port number:
(cid:2) 0-1023: well-known port
application data (message)
TCP/UDP segment format
number (đã được giữ cho các apps phổ biến). (cid:2) 1024 – 65535.
9 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
source port: x dest. port: 23
server B
host A
Web client host C
source port:23 dest. port: x
Source IP: C Dest IP: B source port: y dest. port: 80
Source IP: C Dest IP: B source port: x dest. port: 80
port use: simple telnet app
Web server B
Source IP: A Dest IP: B source port: x dest. port: 80
Web client host A
port use: Web server
10 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
1. Transport Layer Services & Principles.
2. Multiplexing/Demultiplexing.
4. Principles of Reliable Data Transfer (RDT).
5. Connection-oriented Transport (TCP).
6. Congestion Control.
7. Sử dụng TCP hay UDP
11 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) User Datagram Protocol [RFC 768] (cid:1) “no frill”, “bare bones” Internet transport protocol.
(cid:2) chỉ cần những thủ tục cơ bản nhất. (cid:2) thông tin điều khiển cũng chỉ cần cơ bản nhất.
(cid:1) “best effort” service: dữ liệu có thể mất mát, sai sót nhưng
luôn “cố gắng hết sức” để giảm thiểu.
(cid:1) Connectionless:
(cid:2) Không có cơ chế bắt tay (handshaking): thiết lập (cid:3) truyền dữ
liệu (cid:3) kết thúc.
(cid:2) Không nắm giữ trạng thái. (cid:2) Các segments được xử lý độc lập với nhau.
12 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
32 bits
source port # dest port #
checksum
length
Length, in bytes of UDP segment, including header
Application data (message)
(cid:1) source port. (cid:1) dest port. (cid:1) length. (cid:1) application data. (cid:1) checksum: mã kiểm tra lỗi (phục vụ cho cơ chế nhận biết lỗi – error detection)
UDP segment format
13 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Sender’s MAC address
Receiver’s MAC address
Type of upper layer’s protocol ( 0x0800 = IP )
14 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
IP’s Header
15 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
UDP’s header
16 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Data of applicaton layer
17 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Mã kiểm tra phục vụ cho cơ chế nhận biết lỗi. (cid:1) Sender:
(cid:2) Coi segment như chuỗi các số nguyên 16-bit. (cid:2) checksum = số bù một (1’s complement) của tổng các
số nguyên đó.
(cid:1) Receiver:
(cid:2) Tính toán checksum của segment nhận được. (cid:2) So sánh với checksum chứa trong trường checksum của
segment nhận được (cid:3) nếu sai khác tức là có lỗi.
18 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Phép cộng các số 16-bit liên tiếp là phép cộng có nhớ. (cid:1) 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.
wraparound
sum checksum (bù 1)
19 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
1. Transport Layer Services & Principles.
2. Multiplexing/Demultiplexing.
3. Connectionless Transport (UDP).
5. Connection-oriented Transport (TCP).
6. Congestion Control.
7. Sử dụng TCP hay UDP
20 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Truyền dữ liệu tin cậy là vấn đề vô cùng quan trọng (top
10 list of important networking topics).
(cid:1) Cần thiết đối với app, transport, datalink layer.
21 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
send side
receive side
22 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
event causing state transition actions taken on state transition
state 1
state 2
event actions
state: when in this “state” next state uniquely determined by next event
23 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Tầng dưới:
(cid:2) Không có lỗi. (cid:2) Không mất mát dữ liệu (gói tin). (cid:1) Sender gửi dữ liệu xuống tầng dưới. (cid:1) Receiver nhận dữ liệu gửi từ tầng dưới lên.
rdt_send(data)
rdt_rcv(packet)
Wait for call from below
Wait for call from above
extract (packet,data) deliver_data(data)
packet = make_pkt(data) udt_send(packet)
sender
receiver
24 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Tầng dưới có thể có lỗi bit (0 (cid:3) 1)
(cid:2) UDP checksum có khả năng phát hiện lỗi bit.
(cid:1) Khắc phục lỗi (error recover) thế nào?
(cid:2) acknowledgements (ACKs): receiver thông báo đã nhận gói dữ
liệu tốt (không có lỗi).
(cid:2) negative acknowledgements (NAKs): receiver thông báo gói dữ
liệu nhận được có lỗi.
(cid:2) Nếu nhận được NAK, sender cần gửi lại gói tin bị lỗi. (cid:2) human scenarios using ACKs, NAKs? (telephone talking!)
(cid:1) rdt2.0 so với rdt1.0:
(cid:2) error detection (cid:2) receiver feedback: control msgs (ACK,NAK) rcvr->sender.
25 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
receiver
rdt_send(data) snkpkt = make_pkt(data, checksum) udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) && isNAK(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
Wait for call from above
Wait for ACK or NAK
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt)
Λ
Wait for call from below
sender
rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ACK)
26 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
rdt_send(data) snkpkt = make_pkt(data, checksum) udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) && isNAK(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
Wait for call from above
Wait for ACK or NAK
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt)
Λ
Wait for call from below
rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ACK)
27 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
rdt_send(data) snkpkt = make_pkt(data, checksum) udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) && isNAK(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt)
udt_send(sndpkt)
Wait for call from above
Wait for ACK or NAK
udt_send(NAK)
rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt)
Λ
Wait for call from below
rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) udt_send(ACK)
28 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Nếu ACK, NAK bị lỗi?
(cid:2) Sender không biết kết quả gửi gói tin thế nào. (cid:2) Cũng chẳng thể gửi lại gói tin vì có thể gây hiện tượng lặp gói
tin. (cid:1) Giải pháp:
(cid:2) Sender truyền lại nếu như ACK/NAK bị lỗi. (cid:2) Kiểm soát lặp gói tin (duplicate handling)
(cid:1) Thêm vào gói tin trường số thứ tự (sequence number).
(cid:2) Căn cứ vào số thứ tự gói tin, receiver bỏ qua những gói tin bị lặp. (cid:3) Sender sẽ không gửi gói tin tiếp theo nếu như chưa chắc chắn receiver nhận được gói trước đó (stop and wait protocol).
29 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
rdt_send(data)
sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || isNAK(rcvpkt) ) udt_send(sndpkt)
Wait for ACK or NAK 0
Wait for call 0 from above
rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isACK(rcvpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isACK(rcvpkt)
Λ
Λ
Wait for ACK or NAK 1
Wait for call 1 from above
rdt_send(data)
rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || isNAK(rcvpkt) )
udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(1, data, checksum) udt_send(sndpkt)
30 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
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)
rdt_rcv(rcvpkt) &&
sndpkt = make_pkt(NAK, chksum) udt_send(sndpkt) rdt_rcv(rcvpkt) &&
Wait for 0 from below
Wait for 1 from below
not corrupt(rcvpkt) && has_seq1(rcvpkt)
not corrupt(rcvpkt) && has_seq0(rcvpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK, chksum) udt_send(sndpkt)
sndpkt = make_pkt(ACK, chksum) 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)
31 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
rdt_send(data) sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) ||
Wait for ACK 0
Wait for call 0 from above
sender FSM fragment
rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isACK(rcvpkt,0)
Λ
rdt_rcv(rcvpkt) && (corrupt(rcvpkt) ||
receiver FSM fragment
Wait for 0 from below
rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt)
&& has_seq1(rcvpkt)
32 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Tầng dưới:
(cid:2) Có thể có lỗi. (cid:2) Có thể gây mất mát gói tin.
(cid:1) Giải pháp:
(cid:2) Sender truyền lại gói tin nếu như chờ ACK một thời
gian nhất định nào đó mà không thấy (cần countdown timer).
(cid:2) Nếu ACK hay gói tin chỉ bị chậm thôi? (cid:1) truyền lại sẽ gây ra hiện tượng lặp gói tin. (cid:1) cần sequence number.
33 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
rdt_send(data)
sndpkt = make_pkt(0, data, checksum) udt_send(sndpkt) start_timer
rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || isACK(rcvpkt,1) ) Λ
rdt_rcv(rcvpkt) Λ
Wait for ACK0
Wait for call 0from above
timeout udt_send(sndpkt) start_timer
rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isACK(rcvpkt,1)
stop_timer
rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isACK(rcvpkt,0) stop_timer
Wait for ACK1
Wait for call 1 from above
timeout udt_send(sndpkt) start_timer
rdt_rcv(rcvpkt) Λ
rdt_send(data)
sndpkt = make_pkt(1, data, checksum) udt_send(sndpkt) start_timer
rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || isACK(rcvpkt,0) ) Λ
34 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
35 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
36 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Giả sử có đường truyền giữa 2 host với các thông số sau:
(cid:2) Bandwidth: 1 Gbps (109 bits per second) (cid:2) Propagation delay: 15 ms (cid:2) Size of packet: 1KB
=
= 8 microsec
T transmit =
L (packet length in bits) R (transmission rate, bps)
8kb/pkt 109 b/sec
.008
L / R
U
=
=
sender
30.008
= 0.00027 microsec
RTT + L / R
(cid:5) U sender: utilization – fraction of time sender busy sending (cid:5) 1KB trong 30msec -> 33KB/sec effective throught put over 1 Gbps link (cid:5) network protocol limits use of physical resources!
37 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
sender
receiver
first packet bit transmitted, t = 0 last packet bit transmitted, t = L / R
RTT
first packet bit arrives last packet bit arrives, send ACK
ACK arrives, send next packet, t = RTT + L / R
.008
L / R
U
=
=
sender
30.008
= 0.00027 microsec
RTT + L / R
38 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Pipelining: Gửi liên tục nhiều packets rồi đợi ACK
(cid:2) Số thứ tự gói tin (sequence numbers) tăng đều và duy nhất (cid:2) Sử dụng bộ nhớ đệm tại Sender và Receiver
(cid:1) Có 2 phương án xử lý khi gặp lỗi:
(cid:2) go-Back-N (cid:2) Selective repeat
39 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
sender
receiver
first packet bit transmitted, t = 0 last bit transmitted, t = L / R
RTT
first packet bit arrives 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!
.024
3 * L / R
U
=
= 0.0008
=
sender
30.008
microsecon
RTT + L / R
40 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Sender: (cid:1) Sử dụng k-bit ở header để lưu sequence number (cid:1) Cửa sổ trượt cho phép chứa N packets chưa được báo ACK.
(cid:6) Nếu nhận ACK(n): Mọi packet có số hiệu tới n-1 đã gửi thành công (cid:6) Cần giám sát thời gian timeout cho mỗi packet đang gửi đi (in-flight packet) (cid:6) timeout(n): Gửi lại packet n và các packet có seq # lớn hơn trong window
41 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
42 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
rdt_send(data)
if (nextseqnum < base+N) {
sndpkt[nextseqnum] = make_pkt(nextseqnum,data,chksum) udt_send(sndpkt[nextseqnum]) if (base == nextseqnum)
start_timer nextseqnum++ } else
Λ
refuse_data(data)
base=1 nextseqnum=1
Wait
rdt_rcv(rcvpkt)
&& corrupt(rcvpkt)
timeout start_timer udt_send(sndpkt[base]) udt_send(sndpkt[base+1]) / udt_send(sndpkt[nextseqnum-1])
rdt_rcv(rcvpkt) &&
notcorrupt(rcvpkt)
base = getacknum(rcvpkt)+1 If (base == nextseqnum)
stop_timer
else start_timer
43 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
default
udt_send(sndpkt)
rdt_rcv(rcvpkt)
&& notcurrupt(rcvpkt) && hasseqnum(rcvpkt,expectedseqnum)
Λ
Wait
expectedseqnum=1 sndpkt =
make_pkt(expectedseqnum,ACK,chksum)
extract(rcvpkt,data) deliver_data(data) sndpkt = make_pkt(expectedseqnum,ACK,chksum) udt_send(sndpkt) expectedseqnum++
ACK-only: always send ACK for correctly-received pkt with highest
in-order seq # (cid:2) may generate duplicate ACKs (cid:2) need only remember expectedseqnum
(cid:1) out-of-order pkt:
(cid:2) discard (don’t buffer) -> no receiver buffering! (cid:2) Re-ACK pkt with highest in-order seq #
44 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Receiver gửi ACK cho từng packet tới đích
(cid:2) Lưu trữ packets vào buffers (nếu cần thiết) để chuyển
lên layer phía trên
(cid:1) Sender gửi lại những packet không nhận được
được ACK) (cid:1) Sender window
(cid:2) N consecutive seq #’s (cid:2) again limits seq #s of sent, unACKed pkts
45 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
46 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
receiver
sender
data from above : (cid:7) if next available seq # in
window, send pkt
pkt n in [rcvbase, rcvbase+N-1] (cid:6) send ACK(n) (cid:6) out-of-order: buffer (cid:6) in-order: deliver (also deliver
buffered, in-order pkts), advance window to next not-yet-received pkt
timeout(n): (cid:7) resend pkt n, restart timer ACK(n) in
pkt n in [rcvbase-N,rcvbase-1] (cid:6) ACK(n) otherwise: (cid:6) ignore
[sendbase,sendbase+N]: (cid:7) mark pkt n as received (cid:7) if n smallest unACKed pkt, advance window base to next unACKed seq #
47 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
48 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Example: (cid:1) seq #’s: 0, 1, 2, 3 (cid:1) window size=3
(cid:1) receiver sees no difference in
two scenarios!
(cid:1) incorrectly passes duplicate
data as new in (a)
Q: what relationship between seq
# size and window size?
Yes, windows size= (total number /2) 0,1,2,3 => widwowsize=4/2=2
Transport Layer 3-49
49 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
1. Transport Layer Services & Principles.
2. Multiplexing/Demultiplexing.
3. Connectionless Transport (UDP).
4. Principles of Reliable Data Transfer (RDT).
6. Congestion Control.
7. Sử dụng TCP hay UDP
50 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Transmission Control Protocol [RFCs: 793,1122,
application writes data
application reads data
(cid:1) Point-to-point: 1 sender, 1 receiver. (cid:1) Giao thức tin cậy (reliable). (cid:1) Kiểm soát luồng (flow control). (cid:1) Kiểm soát nghẽn mạng (congestion control). (cid:1) full duplex: Gửi & Nhận trên cùng một liên kết. (cid:1) send/receive buffers
socket door
socket door
TCP send buffer
TCP receive buffer
segment
51 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
32 bits
URG: urgent data (generally not used)
source port # dest port #
sequence number
ACK: ACK # valid
counting by bytes of data (not segments!)
acknowledgement number
Header length (by 32-bit word)
FSRPAU
rcvr window size
head len
not used checksum
ptr urgent data
# bytes rcvr willing to accept
Options (variable length)
PSH: push data to app immediately (generally not used)
RST, SYN, FIN: connection estab (setup, teardown commands)
application data (variable length)
Internet checksum (as in UDP)
52 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Seq. #’s:
Host B
Host A
(cid:2) byte stream “number”
of first byte in segment’s data
Seq=42, ACK=79, data = ‘C’
User types ‘C’
ACKs:
‘ C ’
(cid:2) seq # of next byte
d a t a =
host ACKs receipt of ‘C’, echoes back ‘C’
A C K = 4 3 ,
S e q = 7 9 ,
expected from other side
(cid:2) cumulative ACK Q: how receiver handles out-
Seq=43, ACK=80
host ACKs receipt of echoed ‘C’
of-order segments (cid:2) A: TCP spec doesn’t
time
say, - up to implementor
simple telnet scenario
53 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Sender’s MAC address
Receiver’s MAC address
Type of network layer’s protocol ( 0x0800 = IP )
54 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
IP’s Header
55 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Dst’s port # (80)
ACK number
TCP’s Header
Sequence number
Src’s port # (2467)
Wnd’s size
Flags (00010000)
Header’s length (0xa0 = 40 bytes)
56 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
TCP’s Header
Check sum
Pointer urgent data
57 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
TCP’s Header
TCP’s Options (20 bytes)
58 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Host A
Host B
Seq=92, 8 bytes data
A C K = 1 0 0
t u o e m i t
X loss
Seq=92, 8 bytes data
A C K = 1 0 0
time
lost ACK scenario
59 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Các apps có thể xử lý dữ liệu chậm, các gói tin nhận về được đưa
vào bộ đệm (receiver buffer).
(cid:1) Flow control: kiểm soát không để cho receiver buffer bị tràn vì
sender gửi nhiều gói tin quá.
(cid:1) Receiver: Thông báo cho sender biết kích thước của RcvWidow
(free buffer): trường rcv window size trong TCP segment headers. (cid:1) Sender: Luôn nắm được kích thước tối đa của gói tin có thể truyền
tiếp.
60 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) TCP: Connection-oriented. (cid:1) Khởi tạo các giá trị: (cid:2) sequence number. (cid:2) buffers, flow control
information.
(cid:1) Client:Connection initiator (khởi tạo liên kết: socket). (cid:1) Server: Chấp nhận kết nối.
61 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
62 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Bước 1: client (phía muốn
client
server
ngắt liên kết) gửi TCP FIN segment.
closing
FIN
A C K
closing
(cid:1) Bước 2: server (phía còn lại) nhận được FIN, gửi ACK, ngắt liên kết, gửi tiếp FIN segment.
F I N
ACK
closed
t i a w d e m i t
(cid:1) Bước 3: client nhận FIN, trả lời bằng ACK. timed wait (chờ một lúc nữa cho tới khi liên kết đóng hẳn). (cid:1) Bước 4: server nhận ACK,
closed
đóng liên kết.
63 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
TCP server lifecycle
TCP client lifecycle
64 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
1. Transport Layer Services & Principles.
2. Multiplexing/Demultiplexing.
3. Connectionless Transport (UDP).
4. Principles of Reliable Data Transfer (RDT).
5. Connection-oriented Transport (TCP).
7. Sử dụng TCP hay UDP
65 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Nghẽn mạng là điều khó tránh khỏi!!! (cid:1) Khi mạng bị nghẽn, các gói tin có thể bị trễ hay bị mất. (cid:1) Hai hướng tiếp cận:
(cid:2) End-end congestion control: Thông tin về mức độ nghẽn mạng được suy ra từ lượng tin bị mất mát trong quá trình truyền.
(cid:2) Network-assited congestion control: Routers cung cấp các thông
tin phản hồi về tình trạng nghẽn mạng tới end systems.
(cid:1) Bit thông báo nghẽn mạng (cid:3) đừng gửi nữa hoăc xin chờ một lát. (cid:1) Tốc độ tối đa cho phép gửi (maximum rate allowed).
(cid:1) TCP sử dụng phương pháp end-end congestion control.
66 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Host A
λ
out
λ
in : original data
(cid:1) 2 senders, 2 receivers
Host B
(cid:1) 01 router, buffers vô
unlimited shared output link buffers
hạn
(cid:1) no retransmission
(cid:1) large delays when
congested (cid:1) maximum achievable throughput
67 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) one router, buffers có hạn (cid:1) sender gửi lại các packet bị mất
λ
Host A
out
λ in : original data
λ'in : original data, plus retransmitted data
Host B
finite shared output link buffers
68 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
λ
λ
(cid:1) always: (goodput) = in
λ
λ
out (cid:1) “perfect” retransmission only when loss:
> in
out λ
(cid:1) retransmission of delayed (not lost) packet makes larger (than perfect
in
λ
case) for same
out
“costs” of congestion: (cid:6) more work (retrans) for given “goodput” (cid:6) unneeded retransmissions: link carries multiple copies of pkt
69 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
λ
λ
Q: what happens as in and increase ?
in
(cid:1) 4 senders (cid:1) multihop paths (cid:1) timeout/retransmit
λ
Host A
out
λ in : original data λ'in : original data, plus retransmitted data
finite shared output link buffers
Host B
70 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
λ
o u
t
H o s t A
H o s t B
Another “cost” of congestion: (cid:6) Khi thực hiện drop các packet trên đường truyền (cid:3) dung lượng đường truyền đã sử dụng để gửi tin tới điểm bị drop là vô ích.
71 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) end-end control (no network assistance) (cid:1) Sender điều khiển lượng dữ liệu gửi đi theo
Làm thế nào sender đánh giá được tình trạng nghẽn? (cid:1) loss event = timeout or 3
≤≤≤≤ min {CongWin, ReceiverWnd}
duplicate ACKs
(cid:1) Công thức xấp xỉ:
rate =
Bytes/sec
CongWin RTT
(cid:1) TCP sender reduces rate (CongWin) after loss event
Cơ chế đánh giá nghẽn:
(cid:1) Giá trị CongWin luôn biến đổi và được tính toán theo khả năng truyền tải của mạng.
(cid:2) AIMD (cid:2) Slow start (cid:2) conservative after timeout
events
72 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
congestion window
24 Kbytes
16 Kbytes
8 Kbytes
time
Long-lived TCP connection
73 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) When connection
(cid:6) When connection begins,
increase rate exponentially fast until first loss event
begins, CongWin = 1 MSS (cid:2) Example: MSS = 500
bytes & RTT = 200 msec
(cid:2) initial rate = 20 kbps (cid:1) Available bandwidth may be >> MSS/RTT (cid:2) desirable to quickly ramp up to respectable rate
74 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) When connection begins,
Host A
Host B
one segment
T T R
increase rate exponentially until first loss event: (cid:2) double CongWin every RTT (cid:2) done by incrementing
two segments
four segments
(cid:1) Summary: initial rate is slow but ramps up exponentially fast
time
75 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Philosophy:
(cid:1) After 3 dup ACKs:
(cid:2) CongWin is cut in half (cid:2) window then grows linearly
(cid:1) But after timeout event:
• 3 dup ACKs indicates network capable of delivering some segments • timeout before 3 dup ACKs is “more alarming”
(cid:2) CongWin instead set to 1
MSS;
(cid:2) window then grows
exponentially
(cid:2) to a threshold, then grows
linearly
76 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Q: When should the
exponential increase switch to linear?
A: When CongWin gets to 1/2 of its value before timeout.
Implementation: (cid:1) Variable Threshold (cid:1) At loss event, Threshold is set to 1/2 of CongWin just before loss
event
77 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) When CongWin is below Threshold, sender in slow-
start phase, window grows exponentially.
(cid:1) When CongWin is above Threshold, sender is in congestion-avoidance phase, window grows linearly.
(cid:1) When a triple duplicate ACK occurs, Threshold set to CongWin/2 and CongWin set to Threshold.
(cid:1) When timeout occurs, Threshold set to CongWin/2
and CongWin is set to 1 MSS.
78 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Gía trị throughout (số packet gửi đi / giây) của TCP
(cid:1) Gọi W là giá trị window size khi xuất hiện mất gói.
(cid:2) Khi window size = W, throughput = W/RTT (cid:2) Ngay sau khi có nghẽn (lost), window size giảm xuống
= W/2 (cid:3) throughput = W/2RTT.
(cid:1) Throughout trung bình là: 0.75 W/RTT
79 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Hỏi: Giả sử MSS = 1500 byte, RTT = 100µs , Cần gửi đi với tốc độ là 10 Gbps (throughput=109 bps). Vậy giá trị Windowsize phải là bao nhiêu ?
(cid:1) Trả lời: window size W = 83,333 in-flight segments (cid:1) Throughput tính theo loss rate:
⋅22.1 RTT
MSS L
(cid:1) Trong đó L = loss rate
80 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Notation, assumptions: (cid:1) Assume one link between client and server of rate R
Q: How long does it take to receive an object from a Web server after sending a request?
Ignoring congestion, delay
(cid:1) S: MSS (bits) (cid:1) O: object size (bits) (cid:1) no retransmissions (no loss, no corruption)
is influenced by:
Window size: (cid:1) First assume: fixed
congestion window, W segments
(cid:1) TCP connection establishment (cid:1) data transmission delay (cid:1) slow start
(cid:1) Then dynamic window, modeling slow start
81 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
First case: WS/R > RTT + S/R: ACK for first segment in window returns before window’s worth of data sent
delay = 2RTT + O/R
82 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Second case: (cid:1) WS/R < RTT + S/R: wait for ACK after sending window’s worth of data sent
delay = 2RTT + O/R + (K-1)[S/R + RTT - WS/R]
Transport Layer 3-83
83 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
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.
84 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
(cid:1) Không liên kết, không lưu
trữ trạng thái.
(cid:1) Có liên kết, lưu trữ trạng thái liên kết (quản lý liên kết).
(cid:1) Điểm-điểm, quảng bá. (cid:1) Độ trễ thấp.
(cid:1) Điểm-điểm (cid:1) Có độ trễ (delay): thiết lập, quản lý liên kết, luồng, nghẽn…
(cid:1) Segment header nhỏ (8
(cid:1) Segment header lớn (20
bytes)
bytes)
(cid:1) Không giới hạn tốc độ
(cid:1) Bị giới hạn tốc độ truyền (congestion control)
truyền.
85 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
Electronic mail
SMTP
TCP
Remote terminal access
Telnet
TCP
Web
HTTP
TCP
File transfer
FTP
TCP
Remote file server
NFS
typically UDP
Streaming multimedia
proprietary
typically UDP
Internet telephony
proprietary
typically UDP
Network management
SNMP
typically UDP
Routing protocol
RIP
typically UDP
Name translation
DNS
typically UDP
86 Chương 3. Giao thức tầng giao vận (transport layer) 06/02- 24/03/2012
![Đề thi học kì 2 môn Nhập môn Mạng máy tính [kèm đáp án]](https://cdn.tailieu.vn/images/document/thumbnail/2025/20251014/lakim0906/135x160/23811760416180.jpg)
![Câu hỏi trắc nghiệm Mạng máy tính: Tổng hợp [mới nhất]](https://cdn.tailieu.vn/images/document/thumbnail/2025/20251001/kimphuong1001/135x160/15231759305303.jpg)
![Câu hỏi ôn tập An toàn mạng môn học: Tổng hợp [mới nhất]](https://cdn.tailieu.vn/images/document/thumbnail/2025/20250919/kimphuong1001/135x160/30511758269273.jpg)
