FAST TCP e Checksum no IPV6

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Apresentação sobre protocolos desenvolvidos a partir do TCP para redes de alta velocidade.

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  • 1. FAST TCP e Cálculo do checksum no protocolo IPV6
    Apresentador:
    Matheus Girardi
  • 2. Objetivo
    Introduzir o atual panorama do modelo internet que utiliza o
    protocolo TCP Reno
    • Apresentar os conceitos e características do protocolo
    Fast TCP e alterações no controle de congestionamento
    • Campo Checksum no IPV6
  • Introdução
    • Concomitante à evolução da Internet ocorre um grande desenvolvimento das tecnologias de transmissão de dados.
    • 3. A difusão das redes sem fio e das fibras ópticas viabilizam altas capacidades de transmissão em longas distâncias.
    • 4. O aumento da banda e/ou atraso levam ao aumento do PBA (Produto Banda Atraso), que indica o volume de dados que pode estar em trânsito em determinado instante.
  • Introdução
    • Como a janela de congestionamento é proporcional ao produto banda atraso, a janela deve ser muito grande para que os recursos disponíveis de enlace sejam totalmente utilizados.
    • 5. O protocolo TCP é responsável por detectar e reagir às sobrecargas de tráfego, sendo a chave do sucesso operacional da Internet nas últimas décadas.
    • 6. Entretanto, em ambientes com PBA elevado, o TCP torna-se instável e seu desempenho insatisfatório, por ser demasiado conservativo e incrementar muito lentamente a janela de transmissão
  • Protocolo Utilizado - TCP Reno
    Começou a operar em 1º de Janeiro de 1983
    Mecanismo de controle de congestionamento evita que conexões TCP abarrotem enlaces e elementos comutadores com tráfego excessivo.
    Causa do congestionamento: Vários pacotes chegando por diferentes linhas e necessitando da mesma linha de saídas.
    Problema:
    O protocolo nãoconsegue utilizar eficientemente a abundância de recursos
    disponíveis, sendo um limitador do desempenho deste protocolo em redes de
    alta velocidade. Em virtude do tamanho da janela de congestionamento.
    Figura 1
  • 7. TCP Reno
    Exemplo: Para ocupar totalmente um canal de 10Gbps, uma conexão TCP com pacotes de 1500 bytes e Round TripTime (RTT) de 100ms precisaria de uma janela de congestionamento de W = 83.333 pacotes e uma taxa de perda de no máximo 1 pacote a cada N = 5.000.000.000 pacotes
    (N = W2/1, 5), o que representa a perda de um pacote a cada 6000 segundos aproximadamente, o que éirrealista com as atuais tecnologias de transmissão
    Este é o protocolo atualmente utilizado na Internet, limitação no
    tamanho das janelas tornam a camada de transporte o gargalo da rede.
  • 8.
    • O termo “velocidade” ´e adotado como sinônimo de taxa de transmissão e utilizado para expressar a quantidade de bits transmitidos por unidade de tempo. Jáo conceito de alta velocidade éde difícil definição, pois varia com a evolução da tecnologia.
    • 9. Uma rede de alta velocidade consiste em grande largura de banda e baixa latência, além de lidar com PBA elevado.
    Redes de alta velocidade
  • 10. Propriedades das redes de alta velocidade
    Protocolos desenvolvidos para operar em redes de alta velocidade devem apresentar propriedades tais como:
    • Escalabilidade – Altas taxas de utilização do enlace ou seja grandes janelas de congestionamento.
    • 11. Eficiência – Bom uso dos recursos da rede, reduzindo tempo, otimizando as filas dos roteadores e a taxa de perda de pacotes.
    • 12. Compatibilidade – Não utilizando banda superior ao limite dos protocolos utilizados normalmente (TCP Reno, TCP Newreno, TCP Sack)
    • 13. Justiça – Garantir que todas conexões concorrentes, independente do número e do RTT, consigam transmitir dados evitando starvation.
    • 14. Prevenção de Congestionamento
    • 15. Estabilidade e convergência – Eliminar ao máximo oscilações no tamanho da janela de congestionamento de forma a alcançar a estabilidade. Além de capacidade de convergir para um compartilhamento justo dos recursos entre todas as conexões.
    • 16. Fácil implantação – Deve ser um protocolo plausível em ambientes reais
  • Variantes do TCP em redes de alta velocidade
    TCP BIC , TCP CUBIC, FAST TCP, HSTCP, HTCP, TCP LIBRA e STCP. Alémdestes, existem os protocolos TCP-Africa, Compound TCP e XCP.
    • Todos estes protocolos mantém as funcionalidades básicas do TCP como:
    Estabelecimento de conexão e entrega confiável.
    • TODOS modificam o algoritmo de controle de congestionamento para
    melhorar o desempenho em redes de alta velocidade
  • 17. FAST TCP
    FAST TCP é o acrônimo para Fast Active Management ScalableTransmissionControlProtocol.
    • Utiliza o atraso na fila como principal fator no algoritmo de ajuste da janela de congestionamento.
    • 18. Possui um mecanismo de controle composto por quatro componentes independentes: Controle de dados, controle da janela, controle de rajada e estimativa.
  • Mecanismos de controle – FAST TCP
    • Componente de estimativa – Calcula o atraso do enfileiramento e sinaliza perda de pacotes
    • 19. Controle de dados – Quando um reconhecimento positivo é recebido, calcula o RTT para o pacote e armazena os RTT’s mínimo e médio utilizados no controle de janela. Quando um reconhecimento negativo é recebido, gera uma indicação de perda para o controle de dados que seleciona o próximo conjunto de pacotes a serem enviados entre pacotes novos, retransmissão de pacotes considerados perdidos (reconhecidos negativamente).
    • 20. Controle de rajada – Decide se mais pacotes podem ser transmitidos e utiliza-se de mecanismos para eliminar grandes rajadas que podem criar longas filas e grandes perdas de pacotes.
    • 21. Controle da janela de congestionamento – Baseia-se na diferença entre os RTTs atual e médio, tal que se o RTT for menor que o médio, a janela é incrementada; e se o RTT for maior a janela é decrementada.
  • Congestionamento - FAST TCP
    A utilização do atraso na fila como medida de congestionamento tem duas vantagens principais:
    • O atraso nas filas pode ser melhor estimado do que a probabilidade de perda, além de fornecer mais informações;
    • 22. a dinâmica de atraso de filas relaciona-se diretamente com a capacidade da rede, estimando constantemente a banda disponível a partir de alterações no RTT.
    O atraso de propagação pode ser afetado por mudanças de roteamento e aumentos significativos podem degradar a vazão de fluxos FAST.
  • 23. FAST TCP x TCP Reno
    Os pacotes do FAST TCP continuam com o mesmo tamanho de 1.500 bytes, logo a alteração está na medição do tempo em que os pacotes levam para alcançar seu destino, otimizando o cálculo da máxima velocidade possível sem perdas de dados.
    • Diferente da Figura 1 o tempo de envio devido a alterações no algoritmo de
    controle da Janela de Congestionamento, os pacotes são enviados com o menor
    tempo possível entre o envio e recebimentos.
    Figura 2
  • 24. Review FAST TCP
    O protocolo FAST alcança justiça proporcional, utilizando somente a banda excedente;
    Não é injusto com fontes TCP e não penaliza fontes com grandes atrasos de propagação pois o ajuste da janela érealizado de acordo com a quantidade de banda disponível, independente do RTT e da taxa de transmissão dos fluxos.
    • Portanto o FAST TCP respeita as propriedades dos protocolos para redes de alta velocidade
  • Objetivo do IPV6
    Com a eminente possibilidade do esgotamento dos endereços, além de reduzir as tabelas de roteamento afim de simplificar o protocolo para maior eficiência no processamento dos pacotes nos roteadores.
    Lista de melhorias ao modelo IPV4 atual:
    • Oferecer mais segurança
    • 25. Maior importância ao tipo de serviço, particularmente no caso de dados em tempo real
    • 26. Permitir que um host mude de lugar sem trocar o endereço
    • 27. Flexibilização à evoluções no futuro
    • 28. Possibilidade de migração e convívio com protocolo atual durante anos
  • Checksum no IPV6
    O campo Checksum foi eliminado, porque esse calculo reduz de forma significativa o desempenho. Com as redes confiáveis usadas atualmente, além do fato de a camada de enlace de dados e as camadas de transporte terem seus próprios totais de verificação, a importância de um novo total e insignificante, se comparada com a queda de desempenho que ela implica.
    Com a remoção de todos esses recursos, o protocolo da camada de rede ficou muito mais enxuto e
    pratico.
    Assim, o objetivo do IPv6 — um protocolo a um só tempo rápido e flexível, capaz de oferecer um grande espaço de endereços — foi atendido por esse projeto.
  • 29. Dúvidas / Perguntas?
  • 30. Obrigado!
    Matheus Girardi
    matheus.girardi@neogrid.com
    Referências Bibliográficas:
    Michel, Neila Fernanda M582a Análise de Protocolos
    TCP para redes de alta velocidade/Neila Fernanda Michel – Campinas, [S.P.:s.n.], 2008
    TANEMBAUM, Andrews S. – Computer Networks 4th Edition - 2003