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あいりかみいしづ
5 years ago
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1 第 8 章トランスポート層とフロー制御

2 インターネット上の TCP による高信頼通信サービス発信ノードあて先ノード発信ノードあて先ノードアプリデータアプリデータアプリケーション層アプリデータアプリデータ TCP セグメントトランスポート層高信頼 TCP コネクション TCP セグメント TCP コネクション型通信送信 TCP セグメント TCP コネクション型通信受信 TCP セグメント低信頼コネクションレスネットワーク層 IP パケット IP パケットユーザから見た高信頼通信サービスインターネット上の高信頼通信サービスの実装図 8.1

3 UDP ヘッダ発信先ポート番号 (16ビット) データ長 (16ビット) 宛先ポート番号 (16ビット) チェックサム (16ビット) アプリケーションデータ 32 ビット図 8.1

4 8.2 UDP 4 UDP(User Data Protocol) Ack( 受信確認 ) なしエラー発生時パケットを捨てる上位での処理が必要大容量データマルチキャスト ( 放送型 ) 長距離でのデータ転送

5 インターネットアプリケーションとトランスポートプロトコル表 8.1 アプリケーションアプリケーションプロトコルトランスポートプロトコル電子メール SMTP TCP リモートログイン telnet TCP WWW HTTP TCP ファイル転送 ftp TCP ストリーミング RTSP TCP UDP IP 電話 RTP UDP ルーチングプロトコル RIP UDP アドレス変換 DNS UDP SMTP:simple mail transfer protocol HTTP: hyper text transfer protocol ftp: file transfer protocol RTSP: real time streaming protocol RTP:real time protocol RIP: routing information protocol DNS: domain name server

6 UDP を使用するアプリケーションとポート番号の例表 8.2 ポート番号アプリケーション用途 7 echo エコーパケット 37 time 時間 39 rlp リソースロケーションプロトコル 42 Nameserver ホストネームサーバ 53 domain ドメインネームサーバ 69 tftp トリビアルファイル転送 123 ntp ネットワーク時間プロトコル 161 snmp SNMP 520 router RIP 546 dhcpv6-client DHCPv6 クライアント 547 dhcpv6-server DHCPv6 サーバ 554 RTSP リアルタイムストリーミングプロトコル 5004 RTP リアルタイムプロトコル SNMP: DHCP: Simple Network Management Protocol Dynamic Host Configuration Protocol

7 TCP ヘッダヘッダ長 (4 ビット ) 発信元ポート番号 (16 ビット ) 予約ビット (6ビット) チェックサム (16ビット) シーケンス番号 (32ビット) 確認応答番号 (32ビット) URG ACK PSH PST SYN FIN フラグ ( 各 1 ビット ) ( オプション ) 宛先ポート番号 (16 ビット ) ウインドウサイズ (16ビット) 緊急ポインタ (16ビット) アプリケーションデータ 32 ビット図 8.3

8 エンドエンド制御 End-to-End の確認応答による誤り制御とフロー制御パケットエンドホスト ACK パケットルータポート番号によるアプリケーションの識別エンドホスト

9 8.3 TCP(1/3) 9 TCP(Transmission Control Protocol) 送信側 SN=#5 受信側タイムアウト Ack がないと再送データ SN=#5 Ack 受信確認 ( 確定的な高信頼転送 ) 目的 : 高信頼なデータ転送を行う Ack 処理エラー検出と訂正フロー制御パケット順序制御上位アプリケーションに転送するインタフェース

10 8.3 TCP(2/3) 10 1 シーケンス番号宛先ホストではこの番号によってセグメントの順番を正しく並べ替えたり届かなかったセグメントの再送要求を出すことができる 2 確認応答番号データを受信したホストが送信元ホストに受信の確認を行うための番号である 3 ヘッダ長 TCPヘッダの長さを4オクテット (32 ビット ) 単位で示す 4 予約ビット将来の機能拡張のための予備ビットである

11 8.3 TCP(3/3) フラグ 6ビットからなりつぎの六つのフラグフィールド ( 各 1ビット ) から構成されている URG( 緊急データ ) 緊急伝送用であることを示す ACK( 確認応答 ) コネクション確認要求の最初のパケット以外はすべて1である PSH( 逐次処理 ) 転送強制フラグである 1の場合は受信したデータをただちに上位層へ渡す PST( 強制切断 ) 1の場合はコネクションの強制解除を行う SYN( 接続要求 ) 同期フラグである 1の場合はコネクション設定を開始する FIN( 切断要求 ) 転送終了フラグである 1の場合はコネクションを終了するウィンドウサイズ宛先ホストは到着したセグメントをウィンドウと呼ばれる受信バッファに一度蓄積し上位層に渡すウィンドサイズが残っているまで一括して送信可能

12 ウィンドウコントロール 12 Node A Node B ノード A ノード B Window=2 Sends the 2nd packet without waiting for Ack Possible to receive packets in a short time Send back only the Ack for #8 (a) ウィンドコントロール (b) ウィンド処理による Ack パケットの節約

13 セルフクロッキング受信者が受取れている間隔 ( 受信間隔 ) で Ack を返送 = ボトルネック速度の擁立送信者帯域使い切り受信者送出のタイミングを生成セグメントボトルネック T ACK T 受信のタイミングで Ack を生成 T ACK T T V.Jacobson: Congestion Avoidance and Control, ScienceSIGCOM 88. and Technology

14 最小最大フロー制御最も少ない帯域割り当てを受けているユーザに対し最大の帯域割り当てを行う動作をすべてのユーザに対して繰り返す ( 最小最大公平 ) ( 例 ) すべてのリンク容量が 1 の場合の以下 (1 から 5 の 5 セッション ) の最小最大公平は? ボトルネックリンク帯域 1 を割り当て 1 1 ボトルネックリンク公平に 1/3 割り当て 2 ボトルネックリンク残りの 2/3 割り当て D.Bertsekas and R.Gallager: Data Networks, SciencePrentice and Technology Hall.

15 TCP におけるフロー制御理想 : 使用帯域セッション開始最小最大公平別のセッション開始時間 TCP: スロースタート + ふくそう回避使用帯域セッション開始別のセッション開始 * 端末毎の分散制御 TCP Reno の場合時間

16 TCP ポート番号例表 8.3 TCP ポート番号アプリケーション用途 20 ftp-data 21 ftp 22 ssh ファイル転送 ( データ本体 ) ファイル転送 ( コントロール ) シェル :SSH ( セキュア ) 23 telnet シェル :telnet 25 smtp メール送受信 53 domain DNS 70 gopher gopher 80 http WWW 110 pop3 メール受信 (POP) 119 nntp ネットニュース 143 imap メール (IMAP) 443 https WWW( セキュア )

17 アプリケーションとポート番号の例ホスト FTP TELNET SMTP HTTP RTSP RTP ポート番号 21 ポート番号 23 ポート番号 25 ポート番号 80 ポート番号 554 ポート番号 5004 TCP UDP IP FTP: file transfer protocol SMTP:simple mail transfer protocol HTTP: hyper text transfer protocol RTSP: real time streaming protocol RTP:real-time transport protocol 図 8.4

18 UDP と TCP のまとめ表 8.4 UDP TCP 接続形態 1:1 および 1:n 1:1 アプリケーションの特定方法 UDPポート番号 TCPポート番号送受信の単位パケット (*1) ストリーム (*2) 宛先までの到達保証なしありパケット損失時の動作なし再送事前のアプリケーション同士の接続動作 ( コネクションの確立 ) 不要 (*3) 必要 (*4) 処理の重さ軽い重い (*1) パケット送信側が送ったパケットがそのままの形で受信側に届く (*2) ストリーム送信されるデータはさまざまな長さを持つ (*3) コネクションレス型通信 (*4) コネクション型通信

19 いろいろな TCP 要点 TCP Tahoe スロースタート + ふくそう回避 + 高速再送 TCP Reno Tahoe + 高速回復 TCP Vegas RTT (round trip delay) ベースのふくそう制御スロースタート : ふくそう回避 : 高速再送 : 高速回復 : slow start congestion avoidance fast retransmission fast recovery * 広く用いられているのは TCP Reno

20 TCP による輻輳ウインドウとスロースタート (TCP Tahoe) ウインドウサイズ 1 スロースタートパケットが損失するまでウインドウサイズを 2 倍づつ増加輻輳ウインドウ 2 ネットワークの許容量の検知 = パケット損失発生しきい値 4 スロースタート 5 スロースタート閾値に達したら輻輳回避モードへ移行スロースタート輻輳回避輻輳回避スロースタートネットワークの許容量 3 スロースタート閾値 = ネットワークの許容量の 1/2 に設定時間図 8.5

21 8.5 輻輳ウィンドウとスロースタート 21 TCP Tahoe( 場所の名前 ) の例 1 スロースタート TCP は輻輳ウィンドウサイズを 1 から開始しウィンドウサイズを 2 倍ずつ増加させる ( スロースタート ) ネットワークの空き帯域で転送可能な最大ウィンドウサイズを超えるとパケット損失が発生するパケット損出を検知した TCP はパケット損出直前のウィンドウサイズの 1/2 をスロースタート閾値として設定するそして輻輳ウィンドウサイズを 1 から再度設定しスロースタートを繰り返す 2 輻輳回避ウィンドウサイズが設定されたスロースタート閾値に達すると輻輳回避段階に入りネットワークの許容量に達するまでウィンドウサイズを 1 ずつ増加させる 1 ずつ増加させることによりネットワークの許容量に到達する時間が遅くなりスロースタートによってウィンドウサイズを増加させるよりも平均スループットが大きくなる

22 TCP Reno Tahoe の問題点ウインドウサイズ 1 スロースタートパケットが損失するまでウインドウサイズを 2 倍づつ増加輻輳ウインドウ 2 ネットワークの許容量の検知 = パケット損失発生 4 スロースタート 5 スロースタート閾値に達したら輻輳回避モードへ移行輻輳回避 Reno ネットワークの許容量 3 スロースタート閾値 = ネットワークの許容量の 1/2 に設定 Tahoe 時間スロースタートに戻る必要なし! パケット廃棄前の半分 ( 現在値 )

23 TCP Vegas Reno の問題点 : 故意にパケット廃棄を発生させて最適なスループットを探っているパケット廃棄を起こさなければスループットはもっと上がるはずラウンドトリップ遅延 (RTT) に基づくスロースタート :

24 直感的な比較 Tahoe セッション開始別のセッション開始 Reno Vegas

25 いろいろな TCP 要点 TCP Tahoe スロースタート + ふくそう回避 + 高速再送 TCP Reno Tahoe + 高速回復 TCP Vegas RTT (round trip delay) ベースのふくそう制御 TCP SACK Reno + 選択的再送 (selective repeat) スロースタート : ふくそう回避 : 高速再送 : 高速回復 : slow start congestion avoidance fast retransmission fast recovery * 広く用いられているのは TCP Reno

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Microsoft PowerPoint network8.pptx 第 8 章トランスポート層とフロー制御高位レイヤOSI 階層モデル表 1.1 階層内容情報交換の単位第 7 層アプリケーション層 (application layer) WWW 電子メールファイル転送などのアプリケーションが機能するためのプロトコル http smtp ftp など APDU 第 6 層プレゼンテーション層 (presentation layer) アプリケーション層で利用されるデータの表現形式および表現形式間の変換