Capa Transporte 3-1

Capiacutetulo 3 Capa TransporteControl de congestioacuten en TCP

ELO322 Redes de ComputadoresAgustiacuten J Gonzaacutelez

Este material estaacute basado en Material de apoyo al texto Computer Networking A Top Down Approach Jim Kurose Keith Ross

Capa Transporte 3-2

Capiacutetulo 3 Continuacioacuten 31 Servicios de la

capa transporte 32 Multiplexing y

demultiplexing 33 Transporte sin

conexioacuten UDP 34 Principios de

transferencia confiable de datos

35 Transporte orientado a la conexioacuten TCP Estructura de un

segmento Transferencia confiable

de datos Control de flujo Administracioacuten de

conexioacuten

36 Principios del control de congestioacuten

37 Control de congestioacuten en TCP

Capa Transporte 3-3

Control de Congestioacuten en TCP Usa control extremo a extremo

(sin asistencia de la red) Tx limita su ventana de

transmisioacuten

Si Rx tiene espacio se tiene

CongWin es dinaacutemica y funcioacuten de la congestioacuten percibida de la red

RcvWindow es el nuacutemero de bytes que el Rx puede recibir en su buffer aquiacute lo suponemos grande y no limita la tasa de enviacuteo

iquestCoacutemo el Tx percibe la congestioacuten

Evento de peacuterdida = timeout oacute 3 acks duplicados

Tx TCP reduce tasa (CongWin) despueacutes de un evento de peacuterdida

Hay tres mecanismos AIMD (Additive-Increase

Multiplicative-Decrease) ldquoPartida lentardquo Conservativo despueacutes de

evento de timeout

tasaAprox = CongWin

RTT [Bytessec]

Bytes entraacutensito LastByteSentminusLastByteAcked

leminCongWin RcvWindow

Capa Transporte 3-4

TCP AIMD (Additive-Increase Multiplicative-Decrease)

Decrecimiento multiplicativo reducir CongWin a la mitad luego de peacuterdida

Aumento aditivo aumenta CongWin en 1 MSS cada RTT en ausencia de peacuterdida En algunas implementaciones CongWin incrementa en MSSx(MSSCongWin) por cada ACK recibido

MSS (Maximum Segment Size) es la maacutexima cantidad de datos que se enviacutea en cada segmento sin fragmentarse

Aumento aditivoDecremento

multiplicativo

5

Indique queacute protocolo usa el tamantildeo de segmento maacuteximo (MSS Maximum Segment Size) iquestA queacute corresponde

El MSS es usado por TCP Corresponde al MTU (Maximum Transmission Unit) maacutes pequentildeo en la ruta de la fuente al destino Usando segmentos de tamantildeo MSS TCP asegura que sus paquetes no seraacuten fragmentados

Capa Transporte 3-6

Aumento aditivo La idea es aumentar un MSS luego de un RTT Podemos aproximarnos aumentando la

CongWin cada vez que se recibe un ACK de manera que al completar 1 RTT hayamos sumado un MSS Se enviacutea como maacuteximo

CongWin bytes y esperamos por el acuse de recibo

NumSegmentos=NumAkcs=CongWinMSS

Incr =MSS

NumAkcs=

MSSCongWinMSS

=MSSlowastMSSCongWin

Incr Incremento por cada ACK

RTT

CongWin

Si hay ACK retardados el incremento debe ser mayor

Capa Transporte 3-7

Partida lenta en TCP (slow start)

Cuando la conexioacuten comienza CongWin = 1 MSS Ejemplo MSS = 500

bytes amp RTT = 200 msec Tasa inicial = 20 kbps

Pero la tasa disponible de la ruta puede ser gtgt MSSRTT Es deseable aumentar

tasa raacutepidamente hasta una tasa respetable

IDEA Cuando la conexioacuten comienza aumentar tasa exponencialmente raacutepido hasta llegar a un umbral predefinido o tener 3 ACKs duplicados

Se le llama Slow Start porque parte desde tasa muy abaja

Capa Transporte 3-8

Partida Lenta en TCP (maacutes detalles) Cuando la conexioacuten

comienza aumentar tasa exponencialmente hasta umbral o primera peacuterdida Idea Duplicar CongWin

cada RTT Lo logra incrementando CongWin en 1 MSS por cada ACK recibido

Resumen tasa inicial es lenta pero se acelera exponencialmente raacutepido

Host A

one segment

RTT

Host B

time

two segments

four segments

Todo esto pasa en la medida que Tx tenga muchos datos que enviar

Capa Transporte 3-9

Reaccioacuten ante eventos de peacuterdida

Q iquestCuaacutendo deberiacutea cambiar el aumento de exponencial a lineal

A Un buen criterio es Cuando CongWin llega a 12 de su valor antes del timeout

Implementacioacuten Umbral variable (variable

threshold) Ante evento de peacuterdidas el

umbral (threshold) es fijado en 12 de CongWin justo antes de la peacuterdida

Tahoe primera versioacuten de control de congestioacuten en TCP No distinguiacutea entre timeout o ACK duplicadosReno versioacuten siguiente en TCP Siacute distingue timeout de ACK duplicados Hay otras versiones

3 ACKsDuplicadosEvento

umbral

Mejor

Capa Transporte 3-10

Reaccioacuten ante eventos de timeout (Reno) Despueacutes de 3 ACKs

duplicados CongWin baja a la mitad Luego la ventana crece

linealmente Despueacutes de un timeout

CongWin es fijada en 1 MSS

Luego la ventana crece exponencialmente hasta un umbral (mitad de ventana antes del timeout) luego crece linealmente

3 ACKs duplicados indican que la red es capaz de transportar algunos segmentos (solo llegan fuera de orden en el Rx) Se perdioacute uno pero llegaron los otros y por eso tenemos ACKs duplicados

timeout antes de 3 duplicados es ldquomaacutes alarmanterdquo (no llegan paquetes)

Filosofiacutea

11

En ausencia de errores y cuando el buffer de recepcioacuten es muy grande la tasa promedio de transferencia de TCP durante un RTT se puede aproximar por (Tamantildeo de Ventana de congestioacuten)RTT Muestre un diagrama que explique la deduccioacuten de esta expresioacuten iquestEs esta expresioacuten vaacutelida para todo valor de ldquoVentana de Congestioacutenrdquo Explique

Luego de enviar la ventana W el Tx debe esperar la llegada del acuse de recibo maacutes antiguo para retomar la transmisioacuten

No es vaacutelida siempre pues conforme la ventana de congestioacuten aumenta aumenta la utilizacioacuten del canal y cuando eacutesta alcanza 100 no es posible seguir aumentando la tasa pues la tasa de transmisioacuten del enlace pone una cota maacutexima

Tx Rx

Capa Transporte 3-12

Resumen Control de Congestioacuten en TCP

Cuando CongWin estaacute bajo el Threshold (umbral) Tx estaacute en fase slow-start la ventana de transmisioacuten crece exponencialmente (un MSS por cada ACK)

Cuando CongWin estaacute sobre Threshold Tx estaacute en fase abolicioacuten de congestioacuten la ventana crece linealmente (aprox un MSS por cada RTT)

Al tercer ACK duplicados Threshold pasa a CongWin2 y CongWin pasa a Threshold

Cuando ocurre un timeout Threshold pasa a CongWin2 y CongWin se lleva a 1 MSS Pasa a slow-start

Capa Transporte 3-13

Se presenta por completitud no se pide memorizarlo

Capa Transporte 3-14

Control de congestioacuten del Tx TCP (similar informacioacuten que diagrama previo)

SS or CA

SS or CA

SS or CA

CongestionAvoidance (CA)

Slow Start (SS)

State

CongWin y Threshold no cambian

Increment duplicate ACK count for segment being acked

Duplicate ACK

Ingresa a Partida Lenta (slow start)

Threshold = CongWin2 CongWin = 1 MSSSet state to ldquoSlow Startrdquo

Timeout

Recuperacioacuten raacutepida implementando reduccioacuten multiplicativa CongWin no caeraacute a 1 MSS

Threshold = CongWin2 CongWin = ThresholdSet state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

Loss event detected by triple duplicate ACK

Aumento aditivo resulta en aumento de CongWin en apox 1 MSS cada RTT

CongWin = CongWin+MSS (MSSCongWin)

ACK receipt for previously unacked data

Resulta en una duplicacioacuten de CongWin cada RTT

CongWin = CongWin + MSS If (CongWin gt Threshold) set state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

ACK receipt for previously unacked data

CommentaryTCP Sender Action Event

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-2

Capiacutetulo 3 Continuacioacuten 31 Servicios de la

capa transporte 32 Multiplexing y

demultiplexing 33 Transporte sin

conexioacuten UDP 34 Principios de

transferencia confiable de datos

35 Transporte orientado a la conexioacuten TCP Estructura de un

segmento Transferencia confiable

de datos Control de flujo Administracioacuten de

conexioacuten

36 Principios del control de congestioacuten

37 Control de congestioacuten en TCP

Capa Transporte 3-3

Control de Congestioacuten en TCP Usa control extremo a extremo

(sin asistencia de la red) Tx limita su ventana de

transmisioacuten

Si Rx tiene espacio se tiene

CongWin es dinaacutemica y funcioacuten de la congestioacuten percibida de la red

RcvWindow es el nuacutemero de bytes que el Rx puede recibir en su buffer aquiacute lo suponemos grande y no limita la tasa de enviacuteo

iquestCoacutemo el Tx percibe la congestioacuten

Evento de peacuterdida = timeout oacute 3 acks duplicados

Tx TCP reduce tasa (CongWin) despueacutes de un evento de peacuterdida

Hay tres mecanismos AIMD (Additive-Increase

Multiplicative-Decrease) ldquoPartida lentardquo Conservativo despueacutes de

evento de timeout

tasaAprox = CongWin

RTT [Bytessec]

Bytes entraacutensito LastByteSentminusLastByteAcked

leminCongWin RcvWindow

Capa Transporte 3-4

TCP AIMD (Additive-Increase Multiplicative-Decrease)

Decrecimiento multiplicativo reducir CongWin a la mitad luego de peacuterdida

Aumento aditivo aumenta CongWin en 1 MSS cada RTT en ausencia de peacuterdida En algunas implementaciones CongWin incrementa en MSSx(MSSCongWin) por cada ACK recibido

MSS (Maximum Segment Size) es la maacutexima cantidad de datos que se enviacutea en cada segmento sin fragmentarse

Aumento aditivoDecremento

multiplicativo

5

Indique queacute protocolo usa el tamantildeo de segmento maacuteximo (MSS Maximum Segment Size) iquestA queacute corresponde

El MSS es usado por TCP Corresponde al MTU (Maximum Transmission Unit) maacutes pequentildeo en la ruta de la fuente al destino Usando segmentos de tamantildeo MSS TCP asegura que sus paquetes no seraacuten fragmentados

Capa Transporte 3-6

Aumento aditivo La idea es aumentar un MSS luego de un RTT Podemos aproximarnos aumentando la

CongWin cada vez que se recibe un ACK de manera que al completar 1 RTT hayamos sumado un MSS Se enviacutea como maacuteximo

CongWin bytes y esperamos por el acuse de recibo

NumSegmentos=NumAkcs=CongWinMSS

Incr =MSS

NumAkcs=

MSSCongWinMSS

=MSSlowastMSSCongWin

Incr Incremento por cada ACK

RTT

CongWin

Si hay ACK retardados el incremento debe ser mayor

Capa Transporte 3-7

Partida lenta en TCP (slow start)

Cuando la conexioacuten comienza CongWin = 1 MSS Ejemplo MSS = 500

bytes amp RTT = 200 msec Tasa inicial = 20 kbps

Pero la tasa disponible de la ruta puede ser gtgt MSSRTT Es deseable aumentar

tasa raacutepidamente hasta una tasa respetable

IDEA Cuando la conexioacuten comienza aumentar tasa exponencialmente raacutepido hasta llegar a un umbral predefinido o tener 3 ACKs duplicados

Se le llama Slow Start porque parte desde tasa muy abaja

Capa Transporte 3-8

Partida Lenta en TCP (maacutes detalles) Cuando la conexioacuten

comienza aumentar tasa exponencialmente hasta umbral o primera peacuterdida Idea Duplicar CongWin

cada RTT Lo logra incrementando CongWin en 1 MSS por cada ACK recibido

Resumen tasa inicial es lenta pero se acelera exponencialmente raacutepido

Host A

one segment

RTT

Host B

time

two segments

four segments

Todo esto pasa en la medida que Tx tenga muchos datos que enviar

Capa Transporte 3-9

Reaccioacuten ante eventos de peacuterdida

Q iquestCuaacutendo deberiacutea cambiar el aumento de exponencial a lineal

A Un buen criterio es Cuando CongWin llega a 12 de su valor antes del timeout

Implementacioacuten Umbral variable (variable

threshold) Ante evento de peacuterdidas el

umbral (threshold) es fijado en 12 de CongWin justo antes de la peacuterdida

Tahoe primera versioacuten de control de congestioacuten en TCP No distinguiacutea entre timeout o ACK duplicadosReno versioacuten siguiente en TCP Siacute distingue timeout de ACK duplicados Hay otras versiones

3 ACKsDuplicadosEvento

umbral

Mejor

Capa Transporte 3-10

Reaccioacuten ante eventos de timeout (Reno) Despueacutes de 3 ACKs

duplicados CongWin baja a la mitad Luego la ventana crece

linealmente Despueacutes de un timeout

CongWin es fijada en 1 MSS

Luego la ventana crece exponencialmente hasta un umbral (mitad de ventana antes del timeout) luego crece linealmente

3 ACKs duplicados indican que la red es capaz de transportar algunos segmentos (solo llegan fuera de orden en el Rx) Se perdioacute uno pero llegaron los otros y por eso tenemos ACKs duplicados

timeout antes de 3 duplicados es ldquomaacutes alarmanterdquo (no llegan paquetes)

Filosofiacutea

11

En ausencia de errores y cuando el buffer de recepcioacuten es muy grande la tasa promedio de transferencia de TCP durante un RTT se puede aproximar por (Tamantildeo de Ventana de congestioacuten)RTT Muestre un diagrama que explique la deduccioacuten de esta expresioacuten iquestEs esta expresioacuten vaacutelida para todo valor de ldquoVentana de Congestioacutenrdquo Explique

Luego de enviar la ventana W el Tx debe esperar la llegada del acuse de recibo maacutes antiguo para retomar la transmisioacuten

No es vaacutelida siempre pues conforme la ventana de congestioacuten aumenta aumenta la utilizacioacuten del canal y cuando eacutesta alcanza 100 no es posible seguir aumentando la tasa pues la tasa de transmisioacuten del enlace pone una cota maacutexima

Tx Rx

Capa Transporte 3-12

Resumen Control de Congestioacuten en TCP

Cuando CongWin estaacute bajo el Threshold (umbral) Tx estaacute en fase slow-start la ventana de transmisioacuten crece exponencialmente (un MSS por cada ACK)

Cuando CongWin estaacute sobre Threshold Tx estaacute en fase abolicioacuten de congestioacuten la ventana crece linealmente (aprox un MSS por cada RTT)

Al tercer ACK duplicados Threshold pasa a CongWin2 y CongWin pasa a Threshold

Cuando ocurre un timeout Threshold pasa a CongWin2 y CongWin se lleva a 1 MSS Pasa a slow-start

Capa Transporte 3-13

Se presenta por completitud no se pide memorizarlo

Capa Transporte 3-14

Control de congestioacuten del Tx TCP (similar informacioacuten que diagrama previo)

SS or CA

SS or CA

SS or CA

CongestionAvoidance (CA)

Slow Start (SS)

State

CongWin y Threshold no cambian

Increment duplicate ACK count for segment being acked

Duplicate ACK

Ingresa a Partida Lenta (slow start)

Threshold = CongWin2 CongWin = 1 MSSSet state to ldquoSlow Startrdquo

Timeout

Recuperacioacuten raacutepida implementando reduccioacuten multiplicativa CongWin no caeraacute a 1 MSS

Threshold = CongWin2 CongWin = ThresholdSet state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

Loss event detected by triple duplicate ACK

Aumento aditivo resulta en aumento de CongWin en apox 1 MSS cada RTT

CongWin = CongWin+MSS (MSSCongWin)

ACK receipt for previously unacked data

Resulta en una duplicacioacuten de CongWin cada RTT

CongWin = CongWin + MSS If (CongWin gt Threshold) set state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

ACK receipt for previously unacked data

CommentaryTCP Sender Action Event

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-3

Control de Congestioacuten en TCP Usa control extremo a extremo

(sin asistencia de la red) Tx limita su ventana de

transmisioacuten

Si Rx tiene espacio se tiene

CongWin es dinaacutemica y funcioacuten de la congestioacuten percibida de la red

RcvWindow es el nuacutemero de bytes que el Rx puede recibir en su buffer aquiacute lo suponemos grande y no limita la tasa de enviacuteo

iquestCoacutemo el Tx percibe la congestioacuten

Evento de peacuterdida = timeout oacute 3 acks duplicados

Tx TCP reduce tasa (CongWin) despueacutes de un evento de peacuterdida

Hay tres mecanismos AIMD (Additive-Increase

Multiplicative-Decrease) ldquoPartida lentardquo Conservativo despueacutes de

evento de timeout

tasaAprox = CongWin

RTT [Bytessec]

Bytes entraacutensito LastByteSentminusLastByteAcked

leminCongWin RcvWindow

Capa Transporte 3-4

TCP AIMD (Additive-Increase Multiplicative-Decrease)

Decrecimiento multiplicativo reducir CongWin a la mitad luego de peacuterdida

Aumento aditivo aumenta CongWin en 1 MSS cada RTT en ausencia de peacuterdida En algunas implementaciones CongWin incrementa en MSSx(MSSCongWin) por cada ACK recibido

MSS (Maximum Segment Size) es la maacutexima cantidad de datos que se enviacutea en cada segmento sin fragmentarse

Aumento aditivoDecremento

multiplicativo

5

Indique queacute protocolo usa el tamantildeo de segmento maacuteximo (MSS Maximum Segment Size) iquestA queacute corresponde

El MSS es usado por TCP Corresponde al MTU (Maximum Transmission Unit) maacutes pequentildeo en la ruta de la fuente al destino Usando segmentos de tamantildeo MSS TCP asegura que sus paquetes no seraacuten fragmentados

Capa Transporte 3-6

Aumento aditivo La idea es aumentar un MSS luego de un RTT Podemos aproximarnos aumentando la

CongWin cada vez que se recibe un ACK de manera que al completar 1 RTT hayamos sumado un MSS Se enviacutea como maacuteximo

CongWin bytes y esperamos por el acuse de recibo

NumSegmentos=NumAkcs=CongWinMSS

Incr =MSS

NumAkcs=

MSSCongWinMSS

=MSSlowastMSSCongWin

Incr Incremento por cada ACK

RTT

CongWin

Si hay ACK retardados el incremento debe ser mayor

Capa Transporte 3-7

Partida lenta en TCP (slow start)

Cuando la conexioacuten comienza CongWin = 1 MSS Ejemplo MSS = 500

bytes amp RTT = 200 msec Tasa inicial = 20 kbps

Pero la tasa disponible de la ruta puede ser gtgt MSSRTT Es deseable aumentar

tasa raacutepidamente hasta una tasa respetable

IDEA Cuando la conexioacuten comienza aumentar tasa exponencialmente raacutepido hasta llegar a un umbral predefinido o tener 3 ACKs duplicados

Se le llama Slow Start porque parte desde tasa muy abaja

Capa Transporte 3-8

Partida Lenta en TCP (maacutes detalles) Cuando la conexioacuten

comienza aumentar tasa exponencialmente hasta umbral o primera peacuterdida Idea Duplicar CongWin

cada RTT Lo logra incrementando CongWin en 1 MSS por cada ACK recibido

Resumen tasa inicial es lenta pero se acelera exponencialmente raacutepido

Host A

one segment

RTT

Host B

time

two segments

four segments

Todo esto pasa en la medida que Tx tenga muchos datos que enviar

Capa Transporte 3-9

Reaccioacuten ante eventos de peacuterdida

Q iquestCuaacutendo deberiacutea cambiar el aumento de exponencial a lineal

A Un buen criterio es Cuando CongWin llega a 12 de su valor antes del timeout

Implementacioacuten Umbral variable (variable

threshold) Ante evento de peacuterdidas el

umbral (threshold) es fijado en 12 de CongWin justo antes de la peacuterdida

Tahoe primera versioacuten de control de congestioacuten en TCP No distinguiacutea entre timeout o ACK duplicadosReno versioacuten siguiente en TCP Siacute distingue timeout de ACK duplicados Hay otras versiones

3 ACKsDuplicadosEvento

umbral

Mejor

Capa Transporte 3-10

Reaccioacuten ante eventos de timeout (Reno) Despueacutes de 3 ACKs

duplicados CongWin baja a la mitad Luego la ventana crece

linealmente Despueacutes de un timeout

CongWin es fijada en 1 MSS

Luego la ventana crece exponencialmente hasta un umbral (mitad de ventana antes del timeout) luego crece linealmente

3 ACKs duplicados indican que la red es capaz de transportar algunos segmentos (solo llegan fuera de orden en el Rx) Se perdioacute uno pero llegaron los otros y por eso tenemos ACKs duplicados

timeout antes de 3 duplicados es ldquomaacutes alarmanterdquo (no llegan paquetes)

Filosofiacutea

11

En ausencia de errores y cuando el buffer de recepcioacuten es muy grande la tasa promedio de transferencia de TCP durante un RTT se puede aproximar por (Tamantildeo de Ventana de congestioacuten)RTT Muestre un diagrama que explique la deduccioacuten de esta expresioacuten iquestEs esta expresioacuten vaacutelida para todo valor de ldquoVentana de Congestioacutenrdquo Explique

Luego de enviar la ventana W el Tx debe esperar la llegada del acuse de recibo maacutes antiguo para retomar la transmisioacuten

No es vaacutelida siempre pues conforme la ventana de congestioacuten aumenta aumenta la utilizacioacuten del canal y cuando eacutesta alcanza 100 no es posible seguir aumentando la tasa pues la tasa de transmisioacuten del enlace pone una cota maacutexima

Tx Rx

Capa Transporte 3-12

Resumen Control de Congestioacuten en TCP

Cuando CongWin estaacute bajo el Threshold (umbral) Tx estaacute en fase slow-start la ventana de transmisioacuten crece exponencialmente (un MSS por cada ACK)

Cuando CongWin estaacute sobre Threshold Tx estaacute en fase abolicioacuten de congestioacuten la ventana crece linealmente (aprox un MSS por cada RTT)

Al tercer ACK duplicados Threshold pasa a CongWin2 y CongWin pasa a Threshold

Cuando ocurre un timeout Threshold pasa a CongWin2 y CongWin se lleva a 1 MSS Pasa a slow-start

Capa Transporte 3-13

Se presenta por completitud no se pide memorizarlo

Capa Transporte 3-14

Control de congestioacuten del Tx TCP (similar informacioacuten que diagrama previo)

SS or CA

SS or CA

SS or CA

CongestionAvoidance (CA)

Slow Start (SS)

State

CongWin y Threshold no cambian

Increment duplicate ACK count for segment being acked

Duplicate ACK

Ingresa a Partida Lenta (slow start)

Threshold = CongWin2 CongWin = 1 MSSSet state to ldquoSlow Startrdquo

Timeout

Recuperacioacuten raacutepida implementando reduccioacuten multiplicativa CongWin no caeraacute a 1 MSS

Threshold = CongWin2 CongWin = ThresholdSet state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

Loss event detected by triple duplicate ACK

Aumento aditivo resulta en aumento de CongWin en apox 1 MSS cada RTT

CongWin = CongWin+MSS (MSSCongWin)

ACK receipt for previously unacked data

Resulta en una duplicacioacuten de CongWin cada RTT

CongWin = CongWin + MSS If (CongWin gt Threshold) set state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

ACK receipt for previously unacked data

CommentaryTCP Sender Action Event

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-4

TCP AIMD (Additive-Increase Multiplicative-Decrease)

Decrecimiento multiplicativo reducir CongWin a la mitad luego de peacuterdida

Aumento aditivo aumenta CongWin en 1 MSS cada RTT en ausencia de peacuterdida En algunas implementaciones CongWin incrementa en MSSx(MSSCongWin) por cada ACK recibido

MSS (Maximum Segment Size) es la maacutexima cantidad de datos que se enviacutea en cada segmento sin fragmentarse

Aumento aditivoDecremento

multiplicativo

5

Indique queacute protocolo usa el tamantildeo de segmento maacuteximo (MSS Maximum Segment Size) iquestA queacute corresponde

El MSS es usado por TCP Corresponde al MTU (Maximum Transmission Unit) maacutes pequentildeo en la ruta de la fuente al destino Usando segmentos de tamantildeo MSS TCP asegura que sus paquetes no seraacuten fragmentados

Capa Transporte 3-6

Aumento aditivo La idea es aumentar un MSS luego de un RTT Podemos aproximarnos aumentando la

CongWin cada vez que se recibe un ACK de manera que al completar 1 RTT hayamos sumado un MSS Se enviacutea como maacuteximo

CongWin bytes y esperamos por el acuse de recibo

NumSegmentos=NumAkcs=CongWinMSS

Incr =MSS

NumAkcs=

MSSCongWinMSS

=MSSlowastMSSCongWin

Incr Incremento por cada ACK

RTT

CongWin

Si hay ACK retardados el incremento debe ser mayor

Capa Transporte 3-7

Partida lenta en TCP (slow start)

Cuando la conexioacuten comienza CongWin = 1 MSS Ejemplo MSS = 500

bytes amp RTT = 200 msec Tasa inicial = 20 kbps

Pero la tasa disponible de la ruta puede ser gtgt MSSRTT Es deseable aumentar

tasa raacutepidamente hasta una tasa respetable

IDEA Cuando la conexioacuten comienza aumentar tasa exponencialmente raacutepido hasta llegar a un umbral predefinido o tener 3 ACKs duplicados

Se le llama Slow Start porque parte desde tasa muy abaja

Capa Transporte 3-8

Partida Lenta en TCP (maacutes detalles) Cuando la conexioacuten

comienza aumentar tasa exponencialmente hasta umbral o primera peacuterdida Idea Duplicar CongWin

cada RTT Lo logra incrementando CongWin en 1 MSS por cada ACK recibido

Resumen tasa inicial es lenta pero se acelera exponencialmente raacutepido

Host A

one segment

RTT

Host B

time

two segments

four segments

Todo esto pasa en la medida que Tx tenga muchos datos que enviar

Capa Transporte 3-9

Reaccioacuten ante eventos de peacuterdida

Q iquestCuaacutendo deberiacutea cambiar el aumento de exponencial a lineal

A Un buen criterio es Cuando CongWin llega a 12 de su valor antes del timeout

Implementacioacuten Umbral variable (variable

threshold) Ante evento de peacuterdidas el

umbral (threshold) es fijado en 12 de CongWin justo antes de la peacuterdida

Tahoe primera versioacuten de control de congestioacuten en TCP No distinguiacutea entre timeout o ACK duplicadosReno versioacuten siguiente en TCP Siacute distingue timeout de ACK duplicados Hay otras versiones

3 ACKsDuplicadosEvento

umbral

Mejor

Capa Transporte 3-10

Reaccioacuten ante eventos de timeout (Reno) Despueacutes de 3 ACKs

duplicados CongWin baja a la mitad Luego la ventana crece

linealmente Despueacutes de un timeout

CongWin es fijada en 1 MSS

Luego la ventana crece exponencialmente hasta un umbral (mitad de ventana antes del timeout) luego crece linealmente

3 ACKs duplicados indican que la red es capaz de transportar algunos segmentos (solo llegan fuera de orden en el Rx) Se perdioacute uno pero llegaron los otros y por eso tenemos ACKs duplicados

timeout antes de 3 duplicados es ldquomaacutes alarmanterdquo (no llegan paquetes)

Filosofiacutea

11

En ausencia de errores y cuando el buffer de recepcioacuten es muy grande la tasa promedio de transferencia de TCP durante un RTT se puede aproximar por (Tamantildeo de Ventana de congestioacuten)RTT Muestre un diagrama que explique la deduccioacuten de esta expresioacuten iquestEs esta expresioacuten vaacutelida para todo valor de ldquoVentana de Congestioacutenrdquo Explique

Luego de enviar la ventana W el Tx debe esperar la llegada del acuse de recibo maacutes antiguo para retomar la transmisioacuten

No es vaacutelida siempre pues conforme la ventana de congestioacuten aumenta aumenta la utilizacioacuten del canal y cuando eacutesta alcanza 100 no es posible seguir aumentando la tasa pues la tasa de transmisioacuten del enlace pone una cota maacutexima

Tx Rx

Capa Transporte 3-12

Resumen Control de Congestioacuten en TCP

Cuando CongWin estaacute bajo el Threshold (umbral) Tx estaacute en fase slow-start la ventana de transmisioacuten crece exponencialmente (un MSS por cada ACK)

Cuando CongWin estaacute sobre Threshold Tx estaacute en fase abolicioacuten de congestioacuten la ventana crece linealmente (aprox un MSS por cada RTT)

Al tercer ACK duplicados Threshold pasa a CongWin2 y CongWin pasa a Threshold

Cuando ocurre un timeout Threshold pasa a CongWin2 y CongWin se lleva a 1 MSS Pasa a slow-start

Capa Transporte 3-13

Se presenta por completitud no se pide memorizarlo

Capa Transporte 3-14

Control de congestioacuten del Tx TCP (similar informacioacuten que diagrama previo)

SS or CA

SS or CA

SS or CA

CongestionAvoidance (CA)

Slow Start (SS)

State

CongWin y Threshold no cambian

Increment duplicate ACK count for segment being acked

Duplicate ACK

Ingresa a Partida Lenta (slow start)

Threshold = CongWin2 CongWin = 1 MSSSet state to ldquoSlow Startrdquo

Timeout

Recuperacioacuten raacutepida implementando reduccioacuten multiplicativa CongWin no caeraacute a 1 MSS

Threshold = CongWin2 CongWin = ThresholdSet state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

Loss event detected by triple duplicate ACK

Aumento aditivo resulta en aumento de CongWin en apox 1 MSS cada RTT

CongWin = CongWin+MSS (MSSCongWin)

ACK receipt for previously unacked data

Resulta en una duplicacioacuten de CongWin cada RTT

CongWin = CongWin + MSS If (CongWin gt Threshold) set state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

ACK receipt for previously unacked data

CommentaryTCP Sender Action Event

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

5

Indique queacute protocolo usa el tamantildeo de segmento maacuteximo (MSS Maximum Segment Size) iquestA queacute corresponde

El MSS es usado por TCP Corresponde al MTU (Maximum Transmission Unit) maacutes pequentildeo en la ruta de la fuente al destino Usando segmentos de tamantildeo MSS TCP asegura que sus paquetes no seraacuten fragmentados

Capa Transporte 3-6

Aumento aditivo La idea es aumentar un MSS luego de un RTT Podemos aproximarnos aumentando la

CongWin cada vez que se recibe un ACK de manera que al completar 1 RTT hayamos sumado un MSS Se enviacutea como maacuteximo

CongWin bytes y esperamos por el acuse de recibo

NumSegmentos=NumAkcs=CongWinMSS

Incr =MSS

NumAkcs=

MSSCongWinMSS

=MSSlowastMSSCongWin

Incr Incremento por cada ACK

RTT

CongWin

Si hay ACK retardados el incremento debe ser mayor

Capa Transporte 3-7

Partida lenta en TCP (slow start)

Cuando la conexioacuten comienza CongWin = 1 MSS Ejemplo MSS = 500

bytes amp RTT = 200 msec Tasa inicial = 20 kbps

Pero la tasa disponible de la ruta puede ser gtgt MSSRTT Es deseable aumentar

tasa raacutepidamente hasta una tasa respetable

IDEA Cuando la conexioacuten comienza aumentar tasa exponencialmente raacutepido hasta llegar a un umbral predefinido o tener 3 ACKs duplicados

Se le llama Slow Start porque parte desde tasa muy abaja

Capa Transporte 3-8

Partida Lenta en TCP (maacutes detalles) Cuando la conexioacuten

comienza aumentar tasa exponencialmente hasta umbral o primera peacuterdida Idea Duplicar CongWin

cada RTT Lo logra incrementando CongWin en 1 MSS por cada ACK recibido

Resumen tasa inicial es lenta pero se acelera exponencialmente raacutepido

Host A

one segment

RTT

Host B

time

two segments

four segments

Todo esto pasa en la medida que Tx tenga muchos datos que enviar

Capa Transporte 3-9

Reaccioacuten ante eventos de peacuterdida

Q iquestCuaacutendo deberiacutea cambiar el aumento de exponencial a lineal

A Un buen criterio es Cuando CongWin llega a 12 de su valor antes del timeout

Implementacioacuten Umbral variable (variable

threshold) Ante evento de peacuterdidas el

umbral (threshold) es fijado en 12 de CongWin justo antes de la peacuterdida

Tahoe primera versioacuten de control de congestioacuten en TCP No distinguiacutea entre timeout o ACK duplicadosReno versioacuten siguiente en TCP Siacute distingue timeout de ACK duplicados Hay otras versiones

3 ACKsDuplicadosEvento

umbral

Mejor

Capa Transporte 3-10

Reaccioacuten ante eventos de timeout (Reno) Despueacutes de 3 ACKs

duplicados CongWin baja a la mitad Luego la ventana crece

linealmente Despueacutes de un timeout

CongWin es fijada en 1 MSS

Luego la ventana crece exponencialmente hasta un umbral (mitad de ventana antes del timeout) luego crece linealmente

3 ACKs duplicados indican que la red es capaz de transportar algunos segmentos (solo llegan fuera de orden en el Rx) Se perdioacute uno pero llegaron los otros y por eso tenemos ACKs duplicados

timeout antes de 3 duplicados es ldquomaacutes alarmanterdquo (no llegan paquetes)

Filosofiacutea

11

En ausencia de errores y cuando el buffer de recepcioacuten es muy grande la tasa promedio de transferencia de TCP durante un RTT se puede aproximar por (Tamantildeo de Ventana de congestioacuten)RTT Muestre un diagrama que explique la deduccioacuten de esta expresioacuten iquestEs esta expresioacuten vaacutelida para todo valor de ldquoVentana de Congestioacutenrdquo Explique

Luego de enviar la ventana W el Tx debe esperar la llegada del acuse de recibo maacutes antiguo para retomar la transmisioacuten

No es vaacutelida siempre pues conforme la ventana de congestioacuten aumenta aumenta la utilizacioacuten del canal y cuando eacutesta alcanza 100 no es posible seguir aumentando la tasa pues la tasa de transmisioacuten del enlace pone una cota maacutexima

Tx Rx

Capa Transporte 3-12

Resumen Control de Congestioacuten en TCP

Cuando CongWin estaacute bajo el Threshold (umbral) Tx estaacute en fase slow-start la ventana de transmisioacuten crece exponencialmente (un MSS por cada ACK)

Cuando CongWin estaacute sobre Threshold Tx estaacute en fase abolicioacuten de congestioacuten la ventana crece linealmente (aprox un MSS por cada RTT)

Al tercer ACK duplicados Threshold pasa a CongWin2 y CongWin pasa a Threshold

Cuando ocurre un timeout Threshold pasa a CongWin2 y CongWin se lleva a 1 MSS Pasa a slow-start

Capa Transporte 3-13

Se presenta por completitud no se pide memorizarlo

Capa Transporte 3-14

Control de congestioacuten del Tx TCP (similar informacioacuten que diagrama previo)

SS or CA

SS or CA

SS or CA

CongestionAvoidance (CA)

Slow Start (SS)

State

CongWin y Threshold no cambian

Increment duplicate ACK count for segment being acked

Duplicate ACK

Ingresa a Partida Lenta (slow start)

Threshold = CongWin2 CongWin = 1 MSSSet state to ldquoSlow Startrdquo

Timeout

Recuperacioacuten raacutepida implementando reduccioacuten multiplicativa CongWin no caeraacute a 1 MSS

Threshold = CongWin2 CongWin = ThresholdSet state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

Loss event detected by triple duplicate ACK

Aumento aditivo resulta en aumento de CongWin en apox 1 MSS cada RTT

CongWin = CongWin+MSS (MSSCongWin)

ACK receipt for previously unacked data

Resulta en una duplicacioacuten de CongWin cada RTT

CongWin = CongWin + MSS If (CongWin gt Threshold) set state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

ACK receipt for previously unacked data

CommentaryTCP Sender Action Event

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-6

Aumento aditivo La idea es aumentar un MSS luego de un RTT Podemos aproximarnos aumentando la

CongWin cada vez que se recibe un ACK de manera que al completar 1 RTT hayamos sumado un MSS Se enviacutea como maacuteximo

CongWin bytes y esperamos por el acuse de recibo

NumSegmentos=NumAkcs=CongWinMSS

Incr =MSS

NumAkcs=

MSSCongWinMSS

=MSSlowastMSSCongWin

Incr Incremento por cada ACK

RTT

CongWin

Si hay ACK retardados el incremento debe ser mayor

Capa Transporte 3-7

Partida lenta en TCP (slow start)

Cuando la conexioacuten comienza CongWin = 1 MSS Ejemplo MSS = 500

bytes amp RTT = 200 msec Tasa inicial = 20 kbps

Pero la tasa disponible de la ruta puede ser gtgt MSSRTT Es deseable aumentar

tasa raacutepidamente hasta una tasa respetable

IDEA Cuando la conexioacuten comienza aumentar tasa exponencialmente raacutepido hasta llegar a un umbral predefinido o tener 3 ACKs duplicados

Se le llama Slow Start porque parte desde tasa muy abaja

Capa Transporte 3-8

Partida Lenta en TCP (maacutes detalles) Cuando la conexioacuten

comienza aumentar tasa exponencialmente hasta umbral o primera peacuterdida Idea Duplicar CongWin

cada RTT Lo logra incrementando CongWin en 1 MSS por cada ACK recibido

Resumen tasa inicial es lenta pero se acelera exponencialmente raacutepido

Host A

one segment

RTT

Host B

time

two segments

four segments

Todo esto pasa en la medida que Tx tenga muchos datos que enviar

Capa Transporte 3-9

Reaccioacuten ante eventos de peacuterdida

Q iquestCuaacutendo deberiacutea cambiar el aumento de exponencial a lineal

A Un buen criterio es Cuando CongWin llega a 12 de su valor antes del timeout

Implementacioacuten Umbral variable (variable

threshold) Ante evento de peacuterdidas el

umbral (threshold) es fijado en 12 de CongWin justo antes de la peacuterdida

Tahoe primera versioacuten de control de congestioacuten en TCP No distinguiacutea entre timeout o ACK duplicadosReno versioacuten siguiente en TCP Siacute distingue timeout de ACK duplicados Hay otras versiones

3 ACKsDuplicadosEvento

umbral

Mejor

Capa Transporte 3-10

Reaccioacuten ante eventos de timeout (Reno) Despueacutes de 3 ACKs

duplicados CongWin baja a la mitad Luego la ventana crece

linealmente Despueacutes de un timeout

CongWin es fijada en 1 MSS

Luego la ventana crece exponencialmente hasta un umbral (mitad de ventana antes del timeout) luego crece linealmente

3 ACKs duplicados indican que la red es capaz de transportar algunos segmentos (solo llegan fuera de orden en el Rx) Se perdioacute uno pero llegaron los otros y por eso tenemos ACKs duplicados

timeout antes de 3 duplicados es ldquomaacutes alarmanterdquo (no llegan paquetes)

Filosofiacutea

11

En ausencia de errores y cuando el buffer de recepcioacuten es muy grande la tasa promedio de transferencia de TCP durante un RTT se puede aproximar por (Tamantildeo de Ventana de congestioacuten)RTT Muestre un diagrama que explique la deduccioacuten de esta expresioacuten iquestEs esta expresioacuten vaacutelida para todo valor de ldquoVentana de Congestioacutenrdquo Explique

Luego de enviar la ventana W el Tx debe esperar la llegada del acuse de recibo maacutes antiguo para retomar la transmisioacuten

No es vaacutelida siempre pues conforme la ventana de congestioacuten aumenta aumenta la utilizacioacuten del canal y cuando eacutesta alcanza 100 no es posible seguir aumentando la tasa pues la tasa de transmisioacuten del enlace pone una cota maacutexima

Tx Rx

Capa Transporte 3-12

Resumen Control de Congestioacuten en TCP

Cuando CongWin estaacute bajo el Threshold (umbral) Tx estaacute en fase slow-start la ventana de transmisioacuten crece exponencialmente (un MSS por cada ACK)

Cuando CongWin estaacute sobre Threshold Tx estaacute en fase abolicioacuten de congestioacuten la ventana crece linealmente (aprox un MSS por cada RTT)

Al tercer ACK duplicados Threshold pasa a CongWin2 y CongWin pasa a Threshold

Cuando ocurre un timeout Threshold pasa a CongWin2 y CongWin se lleva a 1 MSS Pasa a slow-start

Capa Transporte 3-13

Se presenta por completitud no se pide memorizarlo

Capa Transporte 3-14

Control de congestioacuten del Tx TCP (similar informacioacuten que diagrama previo)

SS or CA

SS or CA

SS or CA

CongestionAvoidance (CA)

Slow Start (SS)

State

CongWin y Threshold no cambian

Increment duplicate ACK count for segment being acked

Duplicate ACK

Ingresa a Partida Lenta (slow start)

Threshold = CongWin2 CongWin = 1 MSSSet state to ldquoSlow Startrdquo

Timeout

Recuperacioacuten raacutepida implementando reduccioacuten multiplicativa CongWin no caeraacute a 1 MSS

Threshold = CongWin2 CongWin = ThresholdSet state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

Loss event detected by triple duplicate ACK

Aumento aditivo resulta en aumento de CongWin en apox 1 MSS cada RTT

CongWin = CongWin+MSS (MSSCongWin)

ACK receipt for previously unacked data

Resulta en una duplicacioacuten de CongWin cada RTT

CongWin = CongWin + MSS If (CongWin gt Threshold) set state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

ACK receipt for previously unacked data

CommentaryTCP Sender Action Event

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-7

Partida lenta en TCP (slow start)

Cuando la conexioacuten comienza CongWin = 1 MSS Ejemplo MSS = 500

bytes amp RTT = 200 msec Tasa inicial = 20 kbps

Pero la tasa disponible de la ruta puede ser gtgt MSSRTT Es deseable aumentar

tasa raacutepidamente hasta una tasa respetable

IDEA Cuando la conexioacuten comienza aumentar tasa exponencialmente raacutepido hasta llegar a un umbral predefinido o tener 3 ACKs duplicados

Se le llama Slow Start porque parte desde tasa muy abaja

Capa Transporte 3-8

Partida Lenta en TCP (maacutes detalles) Cuando la conexioacuten

comienza aumentar tasa exponencialmente hasta umbral o primera peacuterdida Idea Duplicar CongWin

cada RTT Lo logra incrementando CongWin en 1 MSS por cada ACK recibido

Resumen tasa inicial es lenta pero se acelera exponencialmente raacutepido

Host A

one segment

RTT

Host B

time

two segments

four segments

Todo esto pasa en la medida que Tx tenga muchos datos que enviar

Capa Transporte 3-9

Reaccioacuten ante eventos de peacuterdida

Q iquestCuaacutendo deberiacutea cambiar el aumento de exponencial a lineal

A Un buen criterio es Cuando CongWin llega a 12 de su valor antes del timeout

Implementacioacuten Umbral variable (variable

threshold) Ante evento de peacuterdidas el

umbral (threshold) es fijado en 12 de CongWin justo antes de la peacuterdida

Tahoe primera versioacuten de control de congestioacuten en TCP No distinguiacutea entre timeout o ACK duplicadosReno versioacuten siguiente en TCP Siacute distingue timeout de ACK duplicados Hay otras versiones

3 ACKsDuplicadosEvento

umbral

Mejor

Capa Transporte 3-10

Reaccioacuten ante eventos de timeout (Reno) Despueacutes de 3 ACKs

duplicados CongWin baja a la mitad Luego la ventana crece

linealmente Despueacutes de un timeout

CongWin es fijada en 1 MSS

Luego la ventana crece exponencialmente hasta un umbral (mitad de ventana antes del timeout) luego crece linealmente

3 ACKs duplicados indican que la red es capaz de transportar algunos segmentos (solo llegan fuera de orden en el Rx) Se perdioacute uno pero llegaron los otros y por eso tenemos ACKs duplicados

timeout antes de 3 duplicados es ldquomaacutes alarmanterdquo (no llegan paquetes)

Filosofiacutea

11

En ausencia de errores y cuando el buffer de recepcioacuten es muy grande la tasa promedio de transferencia de TCP durante un RTT se puede aproximar por (Tamantildeo de Ventana de congestioacuten)RTT Muestre un diagrama que explique la deduccioacuten de esta expresioacuten iquestEs esta expresioacuten vaacutelida para todo valor de ldquoVentana de Congestioacutenrdquo Explique

Luego de enviar la ventana W el Tx debe esperar la llegada del acuse de recibo maacutes antiguo para retomar la transmisioacuten

No es vaacutelida siempre pues conforme la ventana de congestioacuten aumenta aumenta la utilizacioacuten del canal y cuando eacutesta alcanza 100 no es posible seguir aumentando la tasa pues la tasa de transmisioacuten del enlace pone una cota maacutexima

Tx Rx

Capa Transporte 3-12

Resumen Control de Congestioacuten en TCP

Cuando CongWin estaacute bajo el Threshold (umbral) Tx estaacute en fase slow-start la ventana de transmisioacuten crece exponencialmente (un MSS por cada ACK)

Cuando CongWin estaacute sobre Threshold Tx estaacute en fase abolicioacuten de congestioacuten la ventana crece linealmente (aprox un MSS por cada RTT)

Al tercer ACK duplicados Threshold pasa a CongWin2 y CongWin pasa a Threshold

Cuando ocurre un timeout Threshold pasa a CongWin2 y CongWin se lleva a 1 MSS Pasa a slow-start

Capa Transporte 3-13

Se presenta por completitud no se pide memorizarlo

Capa Transporte 3-14

Control de congestioacuten del Tx TCP (similar informacioacuten que diagrama previo)

SS or CA

SS or CA

SS or CA

CongestionAvoidance (CA)

Slow Start (SS)

State

CongWin y Threshold no cambian

Increment duplicate ACK count for segment being acked

Duplicate ACK

Ingresa a Partida Lenta (slow start)

Threshold = CongWin2 CongWin = 1 MSSSet state to ldquoSlow Startrdquo

Timeout

Recuperacioacuten raacutepida implementando reduccioacuten multiplicativa CongWin no caeraacute a 1 MSS

Threshold = CongWin2 CongWin = ThresholdSet state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

Loss event detected by triple duplicate ACK

Aumento aditivo resulta en aumento de CongWin en apox 1 MSS cada RTT

CongWin = CongWin+MSS (MSSCongWin)

ACK receipt for previously unacked data

Resulta en una duplicacioacuten de CongWin cada RTT

CongWin = CongWin + MSS If (CongWin gt Threshold) set state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

ACK receipt for previously unacked data

CommentaryTCP Sender Action Event

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-8

Partida Lenta en TCP (maacutes detalles) Cuando la conexioacuten

comienza aumentar tasa exponencialmente hasta umbral o primera peacuterdida Idea Duplicar CongWin

cada RTT Lo logra incrementando CongWin en 1 MSS por cada ACK recibido

Resumen tasa inicial es lenta pero se acelera exponencialmente raacutepido

Host A

one segment

RTT

Host B

time

two segments

four segments

Todo esto pasa en la medida que Tx tenga muchos datos que enviar

Capa Transporte 3-9

Reaccioacuten ante eventos de peacuterdida

Q iquestCuaacutendo deberiacutea cambiar el aumento de exponencial a lineal

A Un buen criterio es Cuando CongWin llega a 12 de su valor antes del timeout

Implementacioacuten Umbral variable (variable

threshold) Ante evento de peacuterdidas el

umbral (threshold) es fijado en 12 de CongWin justo antes de la peacuterdida

Tahoe primera versioacuten de control de congestioacuten en TCP No distinguiacutea entre timeout o ACK duplicadosReno versioacuten siguiente en TCP Siacute distingue timeout de ACK duplicados Hay otras versiones

3 ACKsDuplicadosEvento

umbral

Mejor

Capa Transporte 3-10

Reaccioacuten ante eventos de timeout (Reno) Despueacutes de 3 ACKs

duplicados CongWin baja a la mitad Luego la ventana crece

linealmente Despueacutes de un timeout

CongWin es fijada en 1 MSS

Luego la ventana crece exponencialmente hasta un umbral (mitad de ventana antes del timeout) luego crece linealmente

3 ACKs duplicados indican que la red es capaz de transportar algunos segmentos (solo llegan fuera de orden en el Rx) Se perdioacute uno pero llegaron los otros y por eso tenemos ACKs duplicados

timeout antes de 3 duplicados es ldquomaacutes alarmanterdquo (no llegan paquetes)

Filosofiacutea

11

En ausencia de errores y cuando el buffer de recepcioacuten es muy grande la tasa promedio de transferencia de TCP durante un RTT se puede aproximar por (Tamantildeo de Ventana de congestioacuten)RTT Muestre un diagrama que explique la deduccioacuten de esta expresioacuten iquestEs esta expresioacuten vaacutelida para todo valor de ldquoVentana de Congestioacutenrdquo Explique

Luego de enviar la ventana W el Tx debe esperar la llegada del acuse de recibo maacutes antiguo para retomar la transmisioacuten

No es vaacutelida siempre pues conforme la ventana de congestioacuten aumenta aumenta la utilizacioacuten del canal y cuando eacutesta alcanza 100 no es posible seguir aumentando la tasa pues la tasa de transmisioacuten del enlace pone una cota maacutexima

Tx Rx

Capa Transporte 3-12

Resumen Control de Congestioacuten en TCP

Cuando CongWin estaacute bajo el Threshold (umbral) Tx estaacute en fase slow-start la ventana de transmisioacuten crece exponencialmente (un MSS por cada ACK)

Cuando CongWin estaacute sobre Threshold Tx estaacute en fase abolicioacuten de congestioacuten la ventana crece linealmente (aprox un MSS por cada RTT)

Al tercer ACK duplicados Threshold pasa a CongWin2 y CongWin pasa a Threshold

Cuando ocurre un timeout Threshold pasa a CongWin2 y CongWin se lleva a 1 MSS Pasa a slow-start

Capa Transporte 3-13

Se presenta por completitud no se pide memorizarlo

Capa Transporte 3-14

Control de congestioacuten del Tx TCP (similar informacioacuten que diagrama previo)

SS or CA

SS or CA

SS or CA

CongestionAvoidance (CA)

Slow Start (SS)

State

CongWin y Threshold no cambian

Increment duplicate ACK count for segment being acked

Duplicate ACK

Ingresa a Partida Lenta (slow start)

Threshold = CongWin2 CongWin = 1 MSSSet state to ldquoSlow Startrdquo

Timeout

Recuperacioacuten raacutepida implementando reduccioacuten multiplicativa CongWin no caeraacute a 1 MSS

Threshold = CongWin2 CongWin = ThresholdSet state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

Loss event detected by triple duplicate ACK

Aumento aditivo resulta en aumento de CongWin en apox 1 MSS cada RTT

CongWin = CongWin+MSS (MSSCongWin)

ACK receipt for previously unacked data

Resulta en una duplicacioacuten de CongWin cada RTT

CongWin = CongWin + MSS If (CongWin gt Threshold) set state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

ACK receipt for previously unacked data

CommentaryTCP Sender Action Event

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-9

Reaccioacuten ante eventos de peacuterdida

Q iquestCuaacutendo deberiacutea cambiar el aumento de exponencial a lineal

A Un buen criterio es Cuando CongWin llega a 12 de su valor antes del timeout

Implementacioacuten Umbral variable (variable

threshold) Ante evento de peacuterdidas el

umbral (threshold) es fijado en 12 de CongWin justo antes de la peacuterdida

Tahoe primera versioacuten de control de congestioacuten en TCP No distinguiacutea entre timeout o ACK duplicadosReno versioacuten siguiente en TCP Siacute distingue timeout de ACK duplicados Hay otras versiones

3 ACKsDuplicadosEvento

umbral

Mejor

Capa Transporte 3-10

Reaccioacuten ante eventos de timeout (Reno) Despueacutes de 3 ACKs

duplicados CongWin baja a la mitad Luego la ventana crece

linealmente Despueacutes de un timeout

CongWin es fijada en 1 MSS

Luego la ventana crece exponencialmente hasta un umbral (mitad de ventana antes del timeout) luego crece linealmente

3 ACKs duplicados indican que la red es capaz de transportar algunos segmentos (solo llegan fuera de orden en el Rx) Se perdioacute uno pero llegaron los otros y por eso tenemos ACKs duplicados

timeout antes de 3 duplicados es ldquomaacutes alarmanterdquo (no llegan paquetes)

Filosofiacutea

11

En ausencia de errores y cuando el buffer de recepcioacuten es muy grande la tasa promedio de transferencia de TCP durante un RTT se puede aproximar por (Tamantildeo de Ventana de congestioacuten)RTT Muestre un diagrama que explique la deduccioacuten de esta expresioacuten iquestEs esta expresioacuten vaacutelida para todo valor de ldquoVentana de Congestioacutenrdquo Explique

Luego de enviar la ventana W el Tx debe esperar la llegada del acuse de recibo maacutes antiguo para retomar la transmisioacuten

No es vaacutelida siempre pues conforme la ventana de congestioacuten aumenta aumenta la utilizacioacuten del canal y cuando eacutesta alcanza 100 no es posible seguir aumentando la tasa pues la tasa de transmisioacuten del enlace pone una cota maacutexima

Tx Rx

Capa Transporte 3-12

Resumen Control de Congestioacuten en TCP

Cuando CongWin estaacute bajo el Threshold (umbral) Tx estaacute en fase slow-start la ventana de transmisioacuten crece exponencialmente (un MSS por cada ACK)

Cuando CongWin estaacute sobre Threshold Tx estaacute en fase abolicioacuten de congestioacuten la ventana crece linealmente (aprox un MSS por cada RTT)

Al tercer ACK duplicados Threshold pasa a CongWin2 y CongWin pasa a Threshold

Cuando ocurre un timeout Threshold pasa a CongWin2 y CongWin se lleva a 1 MSS Pasa a slow-start

Capa Transporte 3-13

Se presenta por completitud no se pide memorizarlo

Capa Transporte 3-14

Control de congestioacuten del Tx TCP (similar informacioacuten que diagrama previo)

SS or CA

SS or CA

SS or CA

CongestionAvoidance (CA)

Slow Start (SS)

State

CongWin y Threshold no cambian

Increment duplicate ACK count for segment being acked

Duplicate ACK

Ingresa a Partida Lenta (slow start)

Threshold = CongWin2 CongWin = 1 MSSSet state to ldquoSlow Startrdquo

Timeout

Recuperacioacuten raacutepida implementando reduccioacuten multiplicativa CongWin no caeraacute a 1 MSS

Threshold = CongWin2 CongWin = ThresholdSet state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

Loss event detected by triple duplicate ACK

Aumento aditivo resulta en aumento de CongWin en apox 1 MSS cada RTT

CongWin = CongWin+MSS (MSSCongWin)

ACK receipt for previously unacked data

Resulta en una duplicacioacuten de CongWin cada RTT

CongWin = CongWin + MSS If (CongWin gt Threshold) set state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

ACK receipt for previously unacked data

CommentaryTCP Sender Action Event

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-10

Reaccioacuten ante eventos de timeout (Reno) Despueacutes de 3 ACKs

duplicados CongWin baja a la mitad Luego la ventana crece

linealmente Despueacutes de un timeout

CongWin es fijada en 1 MSS

Luego la ventana crece exponencialmente hasta un umbral (mitad de ventana antes del timeout) luego crece linealmente

3 ACKs duplicados indican que la red es capaz de transportar algunos segmentos (solo llegan fuera de orden en el Rx) Se perdioacute uno pero llegaron los otros y por eso tenemos ACKs duplicados

timeout antes de 3 duplicados es ldquomaacutes alarmanterdquo (no llegan paquetes)

Filosofiacutea

11

En ausencia de errores y cuando el buffer de recepcioacuten es muy grande la tasa promedio de transferencia de TCP durante un RTT se puede aproximar por (Tamantildeo de Ventana de congestioacuten)RTT Muestre un diagrama que explique la deduccioacuten de esta expresioacuten iquestEs esta expresioacuten vaacutelida para todo valor de ldquoVentana de Congestioacutenrdquo Explique

Luego de enviar la ventana W el Tx debe esperar la llegada del acuse de recibo maacutes antiguo para retomar la transmisioacuten

No es vaacutelida siempre pues conforme la ventana de congestioacuten aumenta aumenta la utilizacioacuten del canal y cuando eacutesta alcanza 100 no es posible seguir aumentando la tasa pues la tasa de transmisioacuten del enlace pone una cota maacutexima

Tx Rx

Capa Transporte 3-12

Resumen Control de Congestioacuten en TCP

Cuando CongWin estaacute bajo el Threshold (umbral) Tx estaacute en fase slow-start la ventana de transmisioacuten crece exponencialmente (un MSS por cada ACK)

Cuando CongWin estaacute sobre Threshold Tx estaacute en fase abolicioacuten de congestioacuten la ventana crece linealmente (aprox un MSS por cada RTT)

Al tercer ACK duplicados Threshold pasa a CongWin2 y CongWin pasa a Threshold

Cuando ocurre un timeout Threshold pasa a CongWin2 y CongWin se lleva a 1 MSS Pasa a slow-start

Capa Transporte 3-13

Se presenta por completitud no se pide memorizarlo

Capa Transporte 3-14

Control de congestioacuten del Tx TCP (similar informacioacuten que diagrama previo)

SS or CA

SS or CA

SS or CA

CongestionAvoidance (CA)

Slow Start (SS)

State

CongWin y Threshold no cambian

Increment duplicate ACK count for segment being acked

Duplicate ACK

Ingresa a Partida Lenta (slow start)

Threshold = CongWin2 CongWin = 1 MSSSet state to ldquoSlow Startrdquo

Timeout

Recuperacioacuten raacutepida implementando reduccioacuten multiplicativa CongWin no caeraacute a 1 MSS

Threshold = CongWin2 CongWin = ThresholdSet state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

Loss event detected by triple duplicate ACK

Aumento aditivo resulta en aumento de CongWin en apox 1 MSS cada RTT

CongWin = CongWin+MSS (MSSCongWin)

ACK receipt for previously unacked data

Resulta en una duplicacioacuten de CongWin cada RTT

CongWin = CongWin + MSS If (CongWin gt Threshold) set state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

ACK receipt for previously unacked data

CommentaryTCP Sender Action Event

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

11

En ausencia de errores y cuando el buffer de recepcioacuten es muy grande la tasa promedio de transferencia de TCP durante un RTT se puede aproximar por (Tamantildeo de Ventana de congestioacuten)RTT Muestre un diagrama que explique la deduccioacuten de esta expresioacuten iquestEs esta expresioacuten vaacutelida para todo valor de ldquoVentana de Congestioacutenrdquo Explique

Luego de enviar la ventana W el Tx debe esperar la llegada del acuse de recibo maacutes antiguo para retomar la transmisioacuten

No es vaacutelida siempre pues conforme la ventana de congestioacuten aumenta aumenta la utilizacioacuten del canal y cuando eacutesta alcanza 100 no es posible seguir aumentando la tasa pues la tasa de transmisioacuten del enlace pone una cota maacutexima

Tx Rx

Capa Transporte 3-12

Resumen Control de Congestioacuten en TCP

Cuando CongWin estaacute bajo el Threshold (umbral) Tx estaacute en fase slow-start la ventana de transmisioacuten crece exponencialmente (un MSS por cada ACK)

Cuando CongWin estaacute sobre Threshold Tx estaacute en fase abolicioacuten de congestioacuten la ventana crece linealmente (aprox un MSS por cada RTT)

Al tercer ACK duplicados Threshold pasa a CongWin2 y CongWin pasa a Threshold

Cuando ocurre un timeout Threshold pasa a CongWin2 y CongWin se lleva a 1 MSS Pasa a slow-start

Capa Transporte 3-13

Se presenta por completitud no se pide memorizarlo

Capa Transporte 3-14

Control de congestioacuten del Tx TCP (similar informacioacuten que diagrama previo)

SS or CA

SS or CA

SS or CA

CongestionAvoidance (CA)

Slow Start (SS)

State

CongWin y Threshold no cambian

Increment duplicate ACK count for segment being acked

Duplicate ACK

Ingresa a Partida Lenta (slow start)

Threshold = CongWin2 CongWin = 1 MSSSet state to ldquoSlow Startrdquo

Timeout

Recuperacioacuten raacutepida implementando reduccioacuten multiplicativa CongWin no caeraacute a 1 MSS

Threshold = CongWin2 CongWin = ThresholdSet state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

Loss event detected by triple duplicate ACK

Aumento aditivo resulta en aumento de CongWin en apox 1 MSS cada RTT

CongWin = CongWin+MSS (MSSCongWin)

ACK receipt for previously unacked data

Resulta en una duplicacioacuten de CongWin cada RTT

CongWin = CongWin + MSS If (CongWin gt Threshold) set state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

ACK receipt for previously unacked data

CommentaryTCP Sender Action Event

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-12

Resumen Control de Congestioacuten en TCP

Cuando CongWin estaacute bajo el Threshold (umbral) Tx estaacute en fase slow-start la ventana de transmisioacuten crece exponencialmente (un MSS por cada ACK)

Cuando CongWin estaacute sobre Threshold Tx estaacute en fase abolicioacuten de congestioacuten la ventana crece linealmente (aprox un MSS por cada RTT)

Al tercer ACK duplicados Threshold pasa a CongWin2 y CongWin pasa a Threshold

Cuando ocurre un timeout Threshold pasa a CongWin2 y CongWin se lleva a 1 MSS Pasa a slow-start

Capa Transporte 3-13

Se presenta por completitud no se pide memorizarlo

Capa Transporte 3-14

Control de congestioacuten del Tx TCP (similar informacioacuten que diagrama previo)

SS or CA

SS or CA

SS or CA

CongestionAvoidance (CA)

Slow Start (SS)

State

CongWin y Threshold no cambian

Increment duplicate ACK count for segment being acked

Duplicate ACK

Ingresa a Partida Lenta (slow start)

Threshold = CongWin2 CongWin = 1 MSSSet state to ldquoSlow Startrdquo

Timeout

Recuperacioacuten raacutepida implementando reduccioacuten multiplicativa CongWin no caeraacute a 1 MSS

Threshold = CongWin2 CongWin = ThresholdSet state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

Loss event detected by triple duplicate ACK

Aumento aditivo resulta en aumento de CongWin en apox 1 MSS cada RTT

CongWin = CongWin+MSS (MSSCongWin)

ACK receipt for previously unacked data

Resulta en una duplicacioacuten de CongWin cada RTT

CongWin = CongWin + MSS If (CongWin gt Threshold) set state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

ACK receipt for previously unacked data

CommentaryTCP Sender Action Event

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-13

Se presenta por completitud no se pide memorizarlo

Capa Transporte 3-14

Control de congestioacuten del Tx TCP (similar informacioacuten que diagrama previo)

SS or CA

SS or CA

SS or CA

CongestionAvoidance (CA)

Slow Start (SS)

State

CongWin y Threshold no cambian

Increment duplicate ACK count for segment being acked

Duplicate ACK

Ingresa a Partida Lenta (slow start)

Threshold = CongWin2 CongWin = 1 MSSSet state to ldquoSlow Startrdquo

Timeout

Recuperacioacuten raacutepida implementando reduccioacuten multiplicativa CongWin no caeraacute a 1 MSS

Threshold = CongWin2 CongWin = ThresholdSet state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

Loss event detected by triple duplicate ACK

Aumento aditivo resulta en aumento de CongWin en apox 1 MSS cada RTT

CongWin = CongWin+MSS (MSSCongWin)

ACK receipt for previously unacked data

Resulta en una duplicacioacuten de CongWin cada RTT

CongWin = CongWin + MSS If (CongWin gt Threshold) set state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

ACK receipt for previously unacked data

CommentaryTCP Sender Action Event

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-14

Control de congestioacuten del Tx TCP (similar informacioacuten que diagrama previo)

SS or CA

SS or CA

SS or CA

CongestionAvoidance (CA)

Slow Start (SS)

State

CongWin y Threshold no cambian

Increment duplicate ACK count for segment being acked

Duplicate ACK

Ingresa a Partida Lenta (slow start)

Threshold = CongWin2 CongWin = 1 MSSSet state to ldquoSlow Startrdquo

Timeout

Recuperacioacuten raacutepida implementando reduccioacuten multiplicativa CongWin no caeraacute a 1 MSS

Threshold = CongWin2 CongWin = ThresholdSet state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

Loss event detected by triple duplicate ACK

Aumento aditivo resulta en aumento de CongWin en apox 1 MSS cada RTT

CongWin = CongWin+MSS (MSSCongWin)

ACK receipt for previously unacked data

Resulta en una duplicacioacuten de CongWin cada RTT

CongWin = CongWin + MSS If (CongWin gt Threshold) set state to ldquoCongestion Avoidancerdquo

ACK receipt for previously unacked data

CommentaryTCP Sender Action Event

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-15

Throughput Simplificado de TCP (tasa de transferencia de datos lograda)

W

W2

iquestCuaacutel es el throughput promedio de TCP como una funcioacuten del tamantildeo de ventana CongWin y RTT

Ignoremos slow start ya que al ser exponencial es una fase muy corta supondremos pocas peacuterdidas

TCP pide ancho de banda adicional al incrementar W en 1 MSS por cada RTT hasta una peacuterdida

Sea W el tamantildeo de la ventana (en bytes) cuando ocurre una peacuterdida

Cuando la ventana es W el throughput es ~WRTT

Justo despueacutes de la peacuterdida la ventana cae a W2 y el throughput cae a W2RTT

Throughput promedio entre W2RTT y WRTT es 075 WRTT

Esto debido a que el throughput crece linealmente entre ambos valores

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-16

Futuro de TCP TCP es enlaces largos y de alta tasa Ejemplo segmentos de 1500 bytes RTT de 100ms

queremos throughput de 10 Gbps

Requiere tamantildeo de ventana CongWin W = 83333 (segmentos en traacutensito) para utilizacioacuten =1

Throughput en teacuterminos de tasa de peacuterdida (L) es

L=(bytes perdidos)(Nuacutemero total enviados)

Para alcanzar 10 Gbps de throughput con el algoritmo de control de congestioacuten actual se toleran probabilidades de peacuterdida de solo L = 210-10 (1 cada 5 mil millones de segmentos)

Se requieren nuevas versiones de TCP para enlaces de alta velocidad (interesados ver RFC 3649)

AvgThroughput=122lowastMSSRTT L

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

17

iquestPor queacute la ventana de congestioacuten de TCP soacutelo se reduce a la mitad cuando la peacuterdida es detectada por 3 ACKs duplicados mientras que se reduce a 1 MSS cuando la peacuterdida es detectada por timeout

Porque la llegada de 3 ACKs duplicados es una indicacioacuten que paquetes posteriores al perdido siacute llegaron luego esta situacioacuten de congestioacuten es menos criacutetica que cuando hay timeout sin 3 ACKs duplicados

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-18

Objetivo de la Equidad (fairness) Si K sesiones TCP comparten un mismo enlace de ancho de banda R cada una deberiacutea tener una tasa promedio de RK

TCP connection 1

Router cuello de botella decapacidad R

TCP connection 2

Equidad en TCP

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-19

iquestPor queacute TCP es justaSupongamos dos sesiones compitiendo Aumento aditivo da pendiente de 1 como aumento de

throughout Reduccioacuten multiplicativa reduce throughput

proporcionalmente

R

R

Recta de Igual tasa capacidad compartida

Throughput Conexioacuten 1

Thro

ughput

Conexi oacute

n 2

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Abolicioacuten de congestioacuten aumento aditivo

Peacuterdida decrece tasa en factor de 2

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Capa Transporte 3-20

Equidad (maacutes)

Equidad y UDP Aplicaciones

Multimedia no usan TCP No quieren tasa limitada

por control de congestioacuten

En su lugar usan UDP Enviacutean audioviacutedeo a

tasa constante y toleran peacuterdidas de paquetes

Aacuterea de investigacioacuten Hacerlas amistosas con TCP (TCP friendly)

Equidad y conexiones TCP paralelas

Nada previene a las aplicaciones de abrir conexiones paralelas entre dos hosts

Navegadores WEB hacen esto

Ejemplo Sea un enlace de tasa R con 9 conexiones Una aplicacioacuten nueva pide 1

conexioacuten TCP obtendraacute R10 Si la aplicacioacuten nueva pide

11 conexiones TCP eacutesta obtendraacute 11R20 maacutes de R2

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

Transport Layer 3-22

Control de congestioacuten asistido por la red Dos bits en encabezado IP (ToS field) son marcados

por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

source

applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

Capiacutetulo 3 Resumen

Principios detraacutes de los servicios de capa transporte multiplexing demultiplexing Transferencia confiable de

datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

ldquoperiferiardquo o ldquoedgerdquo de la red (capas aplicacioacuten y transporte)

Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

21

En una subred hay 6 usuarios viendo viacutedeos de Youtubecom viacutea conexiones TCP iquestSi eacutestos fueran los uacutenicos usuarios queacute fraccioacuten de la capacidad de un enlace congestionado le deberiacutea corresponder a cada uno

16 Nota Se supone que ese es el uacutenico traacutefico en el enlace congestionado en otro caso seraacute la misma fraccioacuten del traacutefico para cada conexioacuten

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por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

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applicationtransportnetwork

linkphysical

destination

applicationtransportnetwork

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ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

Capa Transporte 3-23

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datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

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Nos internaremos en el centro de la red ldquonetwork corerdquo

Transport Layer 3-22

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por router de la red para indicar congestioacuten Indicacioacuten de congestioacuten viaja hasta host receptor Receptor (ve indicacioacuten de congestioacuten en datagrama

IP) fija bit ECN-eco en segmento ACK de receptor-a-transmisor para notificar congestioacuten al transmisor

Explicit Congestion Notification (ECN)

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ECN=00 ECN=11

ECN-eco=1

IP datagram

TCP ACK segment

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datos Control de flujo Control de congestioacuten

Uso e implementacioacuten en Internet UDP TCP

A continuacioacuten Dejaremos la

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