Visao Geral

  • Processo a processo.
  • entrega fluxo de bytes de forma ordenada e confiável
  • dutado (pipelined)
  • buffers de envio e recepção, e statefull.
  • O trafego eh Full Duplex (bi-direcional na mesma conexão)
  • orientado a conexão
    • Handshaking de 3 vias e verifica estados do emissor/receptor antes de trocar dados.
  • fluxo controlado: receptor nao eh afogado.
  • cliente: inicia conexão -> active open
  • servidor -> passive open

Estrutura do Header

  • No. Porta orig/dest (16 bits cada)
  • Nro de Sequencia (32 bits) -> receptor indica no ack o próximo nro de seq.
  • Nro de Confirmacao (32 bits)
  • tamanho do header (5 bits usualmente)
  • bits unicos
    • U(rgent)
    • A(ck)
    • P(ush) -> nao bufferiza pacote
    • R(eset), S(ync) e F(inal) -> focados em conexão
  • janela receptor (16 bits) -> controle de fluxo e congestionamento
  • checksum (16 bits)
  • ptr dados urgentes (16 bits)

MSS (Maximum Segment Size) e numeração de segmentos

Representa o tamanho de maior bloco de dados que o TCP permite enviar num unico segmento (definido pelo maximo transporte da camada de enlace).

  • ajustado automaticamente pelo SO (default = 536 bytes)
  • ethernet padrão (default 1460 bytes)

Numero de segmentos

[!example] aplicação quer enviar 500 mill bytes.

Numa camada de transporte TCP com MSS = 1000 bytes, a transmissão TCP: 500 partes de 1000 bytes. Neste caso, serão enviados 500 segmentos/pacotes. Nro. de sequencia cresce de acordo com o segmento (nesse caso, Nro += 1000).

Handshake de 3 vias

Solicitação de conexão:

  • cliente: primeiro pacote. Syn = 1, Ack = 0, Nro de sequencia aleatório
  • servidor: syn = 1, ack = 1, numero do ack = n. de seq do cliente + 1, Nro. seq = aleatório
  • cliente: sync = 0, ack = 1, confirma n de sequencias no ack (n. seq anterior + 1), nro de sequencia = correto, dados

Numeros de ACKs

ACK = nro de transmissao do cliente + (existem dados) ? bytes : 1

Retransmissão

Os ACK’s são cumulativos. Quando um chega, ele sempre confirma os anteriores, pois aquele ACK nunca teria sido enviado sem a confirmação dos anteriores.

  • no TCP, ha um único timer de transmissão, referente ao segmento mais antigo sem ACK.

retransmissões são disparadas por:

  • eventos de timeout.
  • ACK’s duplicados.

O timer de confirmação eh sempre baseado no mais antigo que espera ACK

Retransmissão rápida

Se o emissor receber 3 ACKs duplicados, ou seja, 4 idênticos, para o mesmo segmento, ele retransmite o pacote antes mesmo de seu timeout.

Isso acontece quando um pacote $i$ eh perdido e os pacotes $i+1, i+2 \ e \ i+3$ chegam corretamente.

Encerramento de Conexão

Half Close -> já que conexões são full-duplex, cada lado deve finalizar de forma independente. O transmissor envia um pacote FIN. A camada de transporte do receptor avisa a aplicação de que houve tentativa de fechamento de conexão, se a aplicação quiser, devolve o pacote FIN.

Quando se recebe um FIN, cria-se um temporizador chamado de fin wait.

Timers

RTO (RTT e timeout)

  • timer adaptativo
  • faz uma media ponderada do round trip time e da mais peso para as medidas tiradas mais recentemente.

[!question] como definir o timeout?

deve ser maior do que o RTT, nao pode ser muito curto (retransmissoes desnecessarias) nem longo (demora para reagir a perdas)

Existem 3 variáveis:

  • Sample RTT ou R -> medido desde o momento da transmissão ate receber o ACK.
  • Estimated RTT ou SRTT -> média ponderada das samples recentes.
  • Dev RTT ou RTTVAR (Desvio do rtt ou rtt variável)

Processo iterativo

  • timeout (RTO) é setado como 1s;

  • Quando a primeira medição R do RTT é feita, o host DEVE DEFINIR.

    • RTO = 1;
    • SRTT = R;
    • RTTVAR = $\frac{R}{2}$;
    • RTO = $SRTT + K\times RTTVAR$; com $K = 4$ (definido empiricamente)

  • Quando a medição de $R’$ é feita: (toda vez que chega um ACK)

    • RTTVAR = $(1- \beta) \times RTTVAR + \beta \times |SRTT - R’|$
    • SRTT = $(1-\alpha) \times SRTT + \alpha \times R'$

  • o algoritmo deveria ser calculado usando $\alpha = 0.125$ e $\beta = 0.25$

  • Após o Cálculo, um host deve atualizar

    • RTO = $SRTT + K\times RTTVAR$
    • pode ter granularidade de relógio:
      • RTO = $SRTT + max(G, \ K\times RTTVAR)$

Timer de Persistência

É usado para evitar impasse. Receptor envia pacote de tamanho de janela 0, pedindo para emissor aguardar.

De vez em quando, o emissor verifica o receptor com um pacote vazio perguntando se pode transmitir pacotes ou não.

Timer Keep Alive

Serve para verificar conexões inativas. Um lado verifica se o outro ainda está “Vivo”.

Time Wait

Tempo de espera quando o F(in) chega. É ajustado para 2x o tempo de vida máximo do pacote.

Controle de Fluxo

Para que o emissor não esgote o buffer do receptor, serão necessários alguns ajustes.

  • RcvBuffer = tamanho do Buffer de recepção.
  • RcvWindow = informa ao emissor quantidade de espaço vazio no buffer do receptor.

Receptor avisa o transmissor o quanto pode receber de dados para não ser congestionado (funciona bilateralmente, ou seja, os 2 podem fazer isso).

![[Pasted image 20250423101956.png]]

Controle de Congestionamento

Emissor envia mais dados do que a rede suporta. Retransmissão de pacotes trata o sintoma do congestionamento da rede (perda de segmentos), mas isso não trata a causa do congestionamento, que é enviar muitos pacotes na rede.

Como o congestionamento se manifesta:

  • perda (drop) de pacotes
  • retransmissão de pacotes.
  • longos atrasos.

solução é reduzir a taxa de transmissão de dados. TCP tenta alcançar isso dinamicamente sobre o tamanho da janela.

O algoritmo do TCP tenta achar uma largura de banda ótima, para isso:

  • ele aumenta a taxa de transmissão progressivamente, até ocorrer uma perda.
  • aumenta a banda toda vez que chegar um ACK e diminui toda vez que ocorre perda. ![[Pasted image 20250423102734.png]]

O TCP trata 2 congestionamentos, do receptor e da rede. Para isso: • Janela fornecida pelo receptor. RcvWin -> recebido no campo do segmento TCP.

• Janela de congestionamento: CongWin -> dinâmica.

Cada variável dessas representa o n° de bytes que o emissor pode enviar, ou seja: $LastByteSent - LastByteAcked \leq min(CongWin, RcvWin)$

Funcionamento/Resumo

  • Sondagem: transmitir o mais rapido possivel ate haver perda.
    • Aumenta-se congwin até ocorrer perda de pacotes.
    • Se houver, diminui-se congwin
    • Sondagem de novo.
  • Partida lenta
    • transmissor ajusta o congwin como 1 MSS (Maximum Segment Size)
    • quando chega um ack, o transmissor dobra o congwin (2 MSS)
    • e faz isso de novo, até havar perda de pacote.
    Congwin = 1	
Threshold = 64KB
for (cada segmento c/ ACK):
  Congwin++
until (evento de perda OR:
	CongWin > threshold)
    • se não há um evento de perda, existe uma variável que limita o crescimento exponencial, chamado de threshold. A partir do threshold, o crescimento passa a ser linear.
  • Prevenção de Congestionamento
    • quando há um timeout, o threshold é atribuido como metade da janela de congestionamento e a janela volta a ser 1 MSS.

![[Pasted image 20250423104541.png]]