Institut für Kommunikationstechnikwww.ikt.uni-hannover.de

Protokolle der OSI-Schicht 4TCP und UDP (Übung)

Kapitel 9.2

Netze und ProtokolleDipl.-Wirtsch.-Ing. Kim Bartke

‏(2)

Wo stehen wir?

Müller

Smith

Anne

Bill

Host

ApplikationTransportNetzwerkLinkBitübertragung

Häuser

BriefAnne+Bill

Post Verteiler

‏(3)

Aufgaben der Transportschicht (1)‏

Welche Aufgabe hat die Transportschicht bzw. welche Leistungen bietet sie dem Nutzer?

‏(4)

Example: TCP

The applications require from the network:Guaranteed transmission of info packetsTransmission in sequenceSupport of indefinite message lengthSynchronization support between transmitter and receiverFlow control from the transmitterSupport for several transceiving processes

Application

IP

Layer 2

Layer 1

Application

IP

Layer 2

Layer 1

Transportsystem

??? ???

The network is able to create:Lost messagesMessages out of sequenceReplication of messagesLimitations in size of messagesVarying latencies (delays)‏A single connection between two terminals

‏(5)

Aufgaben der Transportschicht (2)‏

„geeignete“ Ende-zu-Ende Verbindung herstellenBeispiel: Byte-Pipe, SocketGruppe von Transport-Operationen (Diensten) ‏

was „geeignet“ heißt, wird in den folgenden Folien deutlicher am Beispiel Internetviele Vorgänge vergleichbar mit Schicht 2, aber hier immer Ende-zu-Ende

VerbindungsaufbauFlusskontrolle/SteuerungFehlerüberwachungFolgesteuerung

‏(6)

Verbindungsart der Transportschicht (1)‏

Mit welcher(n) Verbindungsart(en) arbeitet die Transportschicht?

‏(7)

Verbindungsart der Transportschicht (2)‏

verbindungsorientiert und verbindungslos (vergleichbar mit entsprechenden Vermittlungsdiensten)‏verbindungsorientiert

Verbindungsaufbau, Datenübertragung, Verbindungsabbau (Flusssteuerung) ‏sicher

verbindungslosKeine Flusskontrolle/Flusssteuerungunsicher

‏(8)

Trennung von Transport- und Vermittlungsschicht (1)‏

Warum existieren im OSI-Modell zwei getrennte Schichten (3 & 4), die sich in ihren Eigenschaften so ähnlich sind?

‏(9)

Trennung von Transport- und Vermittlungsschicht (2)‏

„geeignet“: Anpassung der Transporteigenschaften an das darunterliegende NetzBeispiel:

Vermittlungsschicht: verbindungslos, unzuverlässigNetz: Paketverluste, RouterausfälleAnwendung: erwartet sicheren Transport, verbindungsorientiertTransportprotokoll muss den Dienst zur Verfügung stellen

‏(10)

Parameter der Dienstqualität (1) ‏

Nennen Sie Parameter, die zur Charakterisierung der Dienstgüte (QoS) verwendet werden können.

‏(11)

Parameter der Dienstqualität (2) ‏

Dauer des VerbindungsaufbausJe kürzer die Verzögerung, desto besser

Ausfallwahrscheinlichkeit beim VerbindungsaufbauVorgegebener Zeitraumz. B. durch Netzverstopfungen verursacht

DurchsatzAnzahl der Nutzerbytes pro Sekunde

ÜbertragungsverzögerungEnde-zu-Ende Verzögerung

Restfehlerrate (Fehlersicherung) ‏Anzahl verloren gegangener im Verhältnis zu versendeten Nachrichtennur theoretisch gleich Null

SchutzVerschlüsselung

PrioritätStörungsausgleichverhalten

Wahrscheinlichkeit für Beendigung der Verbindung bei Problemen

‏(12)

Transportprotokolle im Internet (1)‏

Nennen Sie die wesentlichen Eigenschaften des Transport Control Protocol (TCP) und des User Datagram Protocol(UDP)!

‏(13)

Transportprotokolle im Internet (2)‏

UDPverbindungslos, unzuverlässigwenig Overhead

TCPverbindungsorientiert (vollduplex, Punkt-zu-Punkt), zuverlässigrelativ großer OverheadFlusskontrolle, Sequenzrekonstruktion

‏(14)

Transportprotokolle im Internet (3)‏

TCP

TCP-Pseudo- Header

‏(15)

Transportprotokolle des Internet (4)‏

UDP

‏(16)

Verbindungsaufbau (1)‏

Erläutern Sie den Verbindungsaufbau bei TCP anhand eine Message Sequence Chart (MSC)!

‏(17)

Verbindungsaufbau (2)‏

Dreiwege-Handshake:

‏(18)

TCP: Datenübertragung / Fehlersicherung ‏(1)

Durch welche Protokolle wird in Computernetzwerken eine sichere Datenübertragung gewährleistet?

‏(19)

TCP: Datenübertragung / Fehlersicherung ‏(2)

Automatic Repeat Request (ARQ) ‏positive Bestätigungen (ACK) ‏go back nggf.: selective repeat

‏(20)

Continuous ARQ-Protocols for full duplex channels

Go back n is easier to implement, selective repeat is more efficient!

tim

e

frame 1

ACK 1frame 2frame 3frame 4

ACK 2

frame 5

frame 3

ACK 3

selectiverepeat

ACK 4

ACK 5

tim

e

frame 1

ACK 1frame 2frame 3frame 4

ACK 2

frame 5

frame 3

ACK 3

Go back n

discard 4

discard 5

ACK 4

ACK 5

frame 4frame 5

‏(21)

TCP: Datenübertragung / Fehlersicherung ‏(3)

Erläutern Sie das Prinzip der Datenübertragung bei TCP anhand eines MSC!

‏(22)

TCP: Datenübertragung / Fehlersicherung ‏(4)

‏(23)

Verbindungsabbau (1)‏

Erläutern Sie den Verbindungsabbau bei TCP anhand eines MSC!

‏(24)

Verbindungsabbau (2)‏

synchroner Abbau (wie bei zwei Simplex-Verbindungen)‏

‏(25)

TCP: Fenstermechanismus (1) ‏

Was gibt die Fenstergröße beim TCP-Fenster-mechanismus an?

‏(26)

TCP: Fenstermechanismus (2) ‏

Sie bestimmt die maximal erlaubte Menge an Bytes, die gesendet werden darf, ohne eine Bestätigung (ACK) zu empfangen!

Repräsentation des freien Speichers im Empfänger (Empfängerkapazität)‏

‏(27)

TCP: Fenstermechanismus (3) ‏

‏(28)

TCP: Fenstermechanismus (4) ‏

Wie kann TCP auf Überlastungen (Engpässe) des Netzes reagieren?

‏(29)

TCP: Fenstermechanismus (5) ‏

Durch Einführung eines zweiten Fensters (Überlastfenster, Congestion-Window (CW))‏Repräsentation der Netzkapazitätdas Minimum der beiden Fenster ist für den Sender maßgebendd. h. Minimum für das, was der Sender und der Empfänger für angemessen halten

‏(30)

TCP: Fenstermechanismus (6) ‏

Empfänger-Fenster Überlast-Fenster

‏(31)

TCP: Fenstermechanismus (7) ‏

Slow-start:• CW = max. Segmentgröße

(1KB) ‏• max. Segment senden• Bestätigung vor Timerablauf ->

CW=CW*2• ab Schwellwert (32 KB)

CW=CW+max. Segmentgröße (1kB) ‏

• Läuft Timer ab: Schwellwert=CWaktuell/2CW= max. Segmentgröße (1KB) ‏

Timer Nr. 2

TCP Tahoe

TCP Reno

Triple ACK

‏(32)

TCP: Fenstermechanismus (8) ‏

Ist bei einem Netz mit hoher Datenrate und hohen Delay(Transatlantikverbindung) bei geringer Auslastung ein großes oder ein kleines Fenster sinnvoll? Begründen Sie Ihre Antwort!

‏(33)

TCP: Fenstermechanismus (9) ‏

Groß, da die Bestätigungen des Empfängers erst nach großer Verzögerung bei dem Empfänger eintreffenDie mittlere Datenrate wäre bei einem kleinen Fenster sehr gering, weil nur wenige Pakete gesendet würden und dann wieder lange auf eine Bestätigung gewartet werden müsste.

‏(34)

TCP: Fenstermechanismus (10) ‏

Warum wird ab dem Schwellwert nicht mehr eine exponentielle sondern eine lineare Vergrößerung des CW-Fensters angewendet?

‏(35)

TCP: Fenstermechanismus (11) ‏

die lineare Steigerung verhindert oszillierendes Verhalten

‏(36)

TCP: Fenstermechanismus (12) ‏

Welche Faktoren müssen bei der Bestimmung der Fenstergrößen beachtet werden?

‏(37)

TCP: Fenstermechanismus (13) ‏

BuffergrößenBelastung des NetzesDatenrate des NetzesVerzögerung (Delay) des Netzes

‏(38)

TCP Performance (1) ‏

Warum kann es bei Verwendung von TCP auf drahtlosen Verbindungen im Vergleich zu gleichratigendrahtgebundenen Verbindungen zu Performanceeinbrüchen kommen?

‏(39)

TCP Performance (2) ‏

auf drahtlosen Verbindungen treten vermehrt Paketverluste bei der Übertragung auf (auch bei geringer Belastung)‏

falsche Einstellung beim Congestion-Window, da angenommen wird, dass Paketverluste nur durch Warteschlangenüberläufe erzeugt werden

‏(40)

Transportprotokolle im Internet (1)‏

Es sollen UDP und TCP-Datenströme über eine Verbindung übertragen werden. Welche Probleme können hierbei durch die unterschiedlichen Eigenschaften auftreten?

‏(41)

Transportprotokolle im Netz (2)‏

UDP kennt keine Flusskontrolle und reagiert nicht auf Paketverlustewenn eine Quelle einen konstanten UDP-Datenstromerzeugt und die Wartezeiten aufgrund der großen Warteschlangen des überlasteten Links zu groß für die Timer des TCP werden, wird TCP seine Datenrate verringern (CW-Einfluss)‏die zur Verfügung stehende Restdatenrate wird nicht optimal genutzt und im Extremfall wird TCP nahezu komplett „verdrängt“