Livello di trasporto

Question 1

Qual è la funzione del livello di trasporto? Dove è presente?

Answer 1

Il livello di trasporto ha il compito di instaurare un collegamento logico tra le applicazioni residenti su host remoti: tale livello rende trasparente il trasporto fisico dei messaggi alle applicazioni, consentendo il collegamento logico tra processi applicativi.

Il livello fisico è presente solo negli end systems (host).

Quando più applicazioni sono attive su un host, il livello di trasporto svolge funzioni di multiplexing/demultiplexing: ciascun collegamento logico tra applicazioni è indirizzato dal livello di trasporto

Question 2

Come funziona la gestione delle funzioni di mutiplexing/demultiplexing? (sistema porte)

Answer 2

Tali funzioni vengono gestite mediante indirizzo contenuti nelle PDU di livello di trasporto;tali indirizzi sono numeri da 5 cifre e si dividono in:
- Numeri noti: assegnati ad importanti applicativi dal lato server
- Numeri registrati: assegnati a specifiche applicazioni a chi ne faccia richiesta
- Numeri dinamici: assegnati dinamicamente ai processi applicativi lato client

Question 3

Quali sono i due tipi di trasporto?

Answer 3

TCP (Trasmission Control Protocol) orientato alla connessione e affidabile
UDP (User Datagram Protocol) senza connessione e non affidabile

Question 4

Quali sono le caratteristiche di UDP?

Answer 4

Tale protocollo è il modo più semplice di usare le fnzionalità di IP, in quanto non vi aggiunge nulla se non
- Indirizzamento delle applicazioni
- Controllo d’errore sull’header, ma senza correzione

Dunque
- é un protocollo datagram: consente l’invio senza connessione di datagrammi
- non garantisce la conferma e non esercità nè controllo di flusso nè controllo di errore

A livello di grandezza: ogni pacchetto è caratterizzato da 65535 byte
- vengono riservati 2 byte all’header
- i restanti 65527 byte sono disponibili per il payload

Question 5

Perchè a volte è più efficace usare UDP rispetto a TCP?

Answer 5

1) Minore latenza: non occorre stabilire una connessione
2) Maggiore semplicità: non si tiene traccia dello stato di connessione e ci sono poche regole da implementare
3) Minore overhead: header più piccolo

Question 6

Cos’è il campo Checksum?

Answer 6

Il campo Checksum svolge un controllo d’errore sul segmento trasmesso: viene inserita un’informazione ridondante nell’header
- il campo checksum (2 byte) è calcolato dal trasmettitore e inserito nell’header
- il ricevitore ripete lo stesso calcolo sul segmento ricevuto e se il risultato è soddisfacente lo accetta
- tale campo viene calcolato considerando l’header UDP. uno pseudo header Ip e i dati

Question 7

Come è strutturato l’header UDP?

Answer 7

PSEUDO-HEADER
Prima riga: indirizzo IP del trasmettitore
Seconda riga: indirizzo IP della destinazione
Terza riga: 8 zeri + protocol + lunghezza
HEADER
Quarta riga: porta di origine + porta di destinazione
Quinta riga: lunghezza di payload e header + checksum
Sei in poi: dati

Question 8

In cosa consiste un “collegamento ideale”?

Answer 8

In un collegamento ideale tutto ciò che viene trasmesso arriva nello stesso ordine e viene correttamente interpretato a destinazione

Question 9

Come funziona il recupero d’errore?

Answer 9

Per il recupero d’errore è necessario avere un Protocollo di ritrasmissione.
Gli ingredienti sono:
- Ciascuna trama ricevuta correttamente viene riscontrata positivamente con un messaggio ACK
- Un eventuale messaggio di errore NACK
- La mancanza di ACK o la presenza di NACK segnala la necessità di ritrasmettere
- La procedura si ripete finchè la trama viene ricevuta corretta

Question 10

Quali sono i 3 protocolli di ritrasmissione? Qual è il loro obiettivo?

Answer 10

Obiettivo:
- integrità del messaggio/pacchetto
- ordine corretto della sequenza dei pacchetti
- no duplicazione

Tipologie:
- Stop&Wait
- Go-back-N
- Selective Repeat

Question 11

Quali sono le caratteristiche del protocollo Stop&Wait?
Quali problematiche presenta? Come si rimedia a queste problematiche?

Answer 11

• Utilizza solo ACK e un contatore time out
• Ogni messaggio ricevuto correttamente è riscontrato dal ricevitore

Problema: se si perde l’ACK il pacchetto viene ritrasmesso di nuovo –> duplicazione
Rimedio: numerazione de pacchetti –> il ricevitore riconosce che il nuovo pacchetto è duplicato perchè ha lo stesso numero dell’ultimo ricevuto

Problema: errata interpretazione di un ACK –> il riceitore crede un pacchetto ricevuto mentre non lo è
Rimedio: numerazione degli ACK

Question 12

Come è definita l’efficienza del protocollo stop&wait?

Answer 12

Efficienza = T trasmissione / T trasmissione + Tack + 2tau

Bassa efficienza se T«tau –> protocollo non adatto a situazioni con elevato ritardo di propagazione o elevato ritmo di trasmissione

Question 13

Quali sono le caratteristiche del protocollo Go-back-N?

Answer 13

Con il protocollo Go-back-N si possono trasmettere ino a N pacchetti senza aver ricevuto il riscontro:
- Se il riscontro del primo pacchetto arriva prima della fine della finestra, la finestra viene fatta scorrere di una posizione
- Altrimenti si ricomincia a trasmettere la finestra dal primo pacchetto non riscontrato

Il time out ha lo stesso significato dello Stop&Wait:
- Raggiunto l’ultimo pacchetto della finestra, la trasmissione si blocca in attesa di un ACK o della scadenza del time out
- La ritrasmissione del primo pacchetto non riscontrato inizia allo stadere del timeout
Questo procedimento può causare la ritrasmissione di pacchetti corretti, ma semplifica il funzionamento perchè permette al ricevitore di ignorare le ricezioni fuori sequenza –> l’ordine è mantenuto automaticamente

Altra caratteristica è che l’ACK può essere collettivo (comune a più pacchetti), ovviamente entro certi limiti, il che rimedia alla perdita di ACK

Question 14

Come viene dimensionata la finestra in Go-back-N?

Answer 14

La finestra ottimale coincide con il RTT: T trasmissione + tau + Tack + tau

Ovviamente è possibile dimensionare la finestra anche in altri modi: infatti il dimensionamento diventa complicato quando non si conoscono i tempi di propagazione. Normalmente si rimedia facendo la finestra grande, oppure stimando il RTT e adattando ad esso la finestra, oppure usando il NACK

Question 15

Perchè è conveniente l’uso del NACK?

Answer 15

L’uso del NACK può abbreviare i tempi di ritrasmissione in caso d’errore, evitando di aspettare la fine del time-out.
Tuttavia non è comunque possibile inviare immediatamente il NACK perchè il ricevitore dovrebbe conoscere l SN del pacchetto errato.

Question 16

Quali sono i due meccanismi possibili di generazione di ACK per Go-back-N?

Answer 16

FULL DUPLEX:
Il ricevitore analizza i pacchetti ricevuti, li inoltra a livelli superiori e genera gli ACK

PIGGY BACKING:
Gli ACK vengono inseriti negli header dei pacchetti che viaggiano in direzione opposta

Question 17

Perchè è necessario effettuare controllo di flusso?

Answer 17

Poichè i buffer di ricezione sono limitati a W posizioni, e il ritmo di assorbimento dell’utente singolo è arbitrario, è necessario il ritmo di invio dei pacchetti per evitare che questi vadano persi perchè all’arrivo trovano il buffer pieno

Question 18

In cosa consiste lo sliding window flow control?
Quali problematiche presenta? Come si può risolvere il problema?

Answer 18

Si tratta di controllo di flusso a finestra mobile, che utilizza infatti un meccanismo simile a Go-back-N:
- la sorgente non può inviare più di W trame senza aver ricevuto il riscontro
- i riscontri vengono inviati dal ricevitore solo quando i pacchetti vengono letti, ovvero tolti dal buffer, dal livello superiore

Il problema è che se il ricevitore ritarda molto l’invio dei riscontri a causa del livello superiore lento, il trasmettitore inizia la ritrasmissione perchè scade il time out, il quale non può essere aumentato perchè aumenterebbe eccessivamente i ritardi in caso di errore.
Il problema può essere risolto in modo radicale separando i meccanismi di controllo d’errore e di controllo flusso a finestra: si inserisce nei riscontri un campo finestra W, che indica lo spazio rimanente nel buffer; in questo modo il ricevitore può anche mantenere un margine di sicurezza e usare meccanismi adattativi

Question 19

Quali sono le caratteristiche del protocollo TCP?

Answer 19

Il TCP è un protocollo di trasporto che assicura il trasporto affidabil dei pacchetti in corretta sequenza e senza errori o perdite di dati.
E’ il protocollo alla base della filosofia originaria di internet: servizio di rete semplice e non affidabile, servizio di trasporto affidabile.
Il TCP effettua anche un controllo di congestione end-to-end che limita il traffico in rete e consente agli utenti di condividere in modo equo le risorse.

Question 20

Perchè TCP è “connection oriented”?

Answer 20

• Prima del trasferimento di un flusso dati occorre instaurare una connessione mediante opportuna segnalazione
• Le connessioni TCP si appoggiano su una rete datagram
• Le connessioni TCP sono di tipo full-duplex, ovvero il flussodati è bidirezionale

Question 21

Come funziona il flusso dati in TCP?

Answer 21

TCP è orientato alla trasmissione di flussi continui di dati: il protocollo converte il flusso si sati in segmenti di dimensioni variabili che vengono trasmessi e accomulati in un buffer; periodicamente, i dati accumulati nel buffer vengono aggregati a formare un segmento, la cui dimensione è critica per le prestazioni (si aspetta fino a che l’ammontare di dati presente nel buffer sia ragionevole prima di formare il segmento)

Question 22

Che tipo di meccanismo di controllo delle perdite di pacchetti adotta TCP?

Answer 22

TCP adotta un meccanismo per il controllo delle perdite di pacchetti di tipo Go-back-N: si ha infatti un sistema di numerazione e di riscontro dei dati inviati.
- TCP numera ogni byte trasmesso
- Nell’header del segmento TCP è trasportato il numero di sequenza del primo byte nel segmento stesso
- Il ricevitore deve riscontrare i dati ricevuti inviando il numero di sequenza del prossimo byte che ci si aspetta di ricevere
- Se un riscontro non arriva entro un dato time-out, i dati sono ritrasmessi

Question 23

Come è strutturato l’header del segmento TCP?

Answer 23

Vedi foto

Question 24

A cosa serve e come si articola il controllo di congestione in TCP?

Answer 24

Poichè il controllo di flusso dipende solo dalla capacità del ricevitore, esso non è sufficiente ad evitare la congestione della rete.
Nella rete internet attuale non ci sono meccanismi sofisticati di controllo di congestione a livello di rete: il controllo di congestione è delegato al TCP, che nel caso in cui si presentino situazioni di congestione deve ridurre velocemente il traffico in ingresso.

Essendo il TCP implementato solo negli host il controllo di congestione è di tipo end-to-end:
-L’idea fondamentale è che il ritmo di immissione in rete viene regolato tramite una modulazione della finestra di trasmissione
- Il trasmettitore mantiene una Congestion Window che varia in base agli eventi che osserva
- Il trasmettitore non può trasmettere più del minimo tra finestra di invio e finestra di ricezione (spazio buffer in ricezione disponibile per ricevere nuovi dati)
- Ogni perdita di segmento viene interpretata come evento di congestione, al quale si regisce riducendo la finestra

Question 25

Quali sono le due fasi del controllo di congestione e in base a cosa si passa dall’una all’altra?

Answer 25

Il valore della congestion window viene aggiornato dal TCP, in base allo stato in cui si trova il trasmettitore.
Sia SSTHRESH una variabile mantenuta al trasmettitore:
- se CWND < SSTHRESH si è in SLOW START
- se CWND > SSTHRESH si è in CONGESTON AVOIDANCE