Microsoft PowerPoint network8.pptx

(1)

トランスポート層とフロー制御

(2)

ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

OSI階層モデル

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。 PPDU 第5層セッション層（session layer）セッション（通信の開始から終了までの一連の手順、エンドエンド間データの同期など）プロトコル。 SPDU 第4層トランスポート層（transport layer）エンドエンド間データ転送プロトコル、信頼性の高いTCP、リアルタイム性の高いUDPなど。 TPDU 第3層ネットワーク層（network layer）エンドエンド間のルーティング（通信経路選択）。 IPなど。パケット第2層データリンク層（data link layer）

隣接ノード間送受信のためのデータのパケット化の方法と送受信プロトコル。フレーム第1層物理層（physical layer）データリンク層からのフレームをビット列へ変換、あるいはその逆。物理媒体の電気的インターフェイスおよび変調方式など。ビット

高位レ

イ

ヤ

低位レ

イ

ヤ

APDU: Application Protocol Data Unit

(3)

インターネット上の

TCPによる高信頼

通信サービス

高信頼TCPコネクション TCPコネクション型通信送信 TCPコネクション型通信受信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 TCP セグメントセグメントTCP TCP セグメント TCP セグメントアプリデータアプリデータアプリデータアプリデータ IPパケット IPパケットネットワーク層トランスポート層アプリケーション層低信頼コネクションレスあて先ノード発信ノード発信ノードあて先ノード

(4)

UDPヘッダ

(16ビット)

宛先ポート番号

(16ビット)

データ長

(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 発信元ポート番号

(5)

８．２

UDP

5

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

(6)

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

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

(7)

UDPを使用するアプリケーションと

ポート番号の例

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: Simple Network Management Protocol DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol

(8)

TCPヘッダ

32ビット

アプリケーションデータ発信元ポート番号 (16ビット) 宛先ポート番号 (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) ヘッダ長 (４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) (オプション) 予約ビット (６ビット) チェックサム (16ビット)

URG ACK PSH PST SYN FIN

フラグ(各1ビット）

(9)

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

ルータ

パケット

ACKパケット

• 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

(10)

８．３

TCP（1/3）

10

TCP（Transmission Control Protocol）

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

送信側

_SN=#5

受信側

SN=#5

タイムアウト

Ackがないと

再送

データ Ack

(11)

８．３

TCP（2/3）

11

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。

(12)

８．３

TCP（3/3）

12

⑤

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。

⑥

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。

(13)

ウィンドウコントロール

13

（

a）ウィンドコントロール

（

b）ウィンド処理による

Possible to receive packets in a short time Window=2 Sends the 2nd packet without waiting for Ack

Node A Node B

Send back only the Ack for #8

(14)

受信者

送信者

セグメント

ACK

T

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

ACK

送出のタイミ

ングを生成

V.Jacobson: “Congestion Avoidance and Control,” SIGCOM’88. 帯域使い切り

セルフ・クロッキング

ボトルネック

受信のタイ

ミングで

Ackを生成

(15)

• 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)。

1

2

4

3

5 (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？

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

③ ボトルネックリンク

→ 帯域 1 を割り当て

最小最大フロー制御

①

②

③

④

⑤

(16)

時間

使用帯域

セッション開始

_{別のセッション開始}

時間

使用帯域

セッション開始

_{別のセッション開始}

理想：

TCP：スロースタート + ふくそう回避

＊端末毎の分散制御

最小最大公平

TCP Reno の場合

TCPにおけるフロー制御

(17)

TCPポート番号例

TCP ポート番号アプリケーション用途 20 ftp-data ファイル転送（データ本体） 21 ftp ファイル転送（コントロール） 22 ssh 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）

表

8.3

(18)

アプリケーションとポート番号の例

FTP

ポート番号

21 TELNET

ポート番号

23 SMTP

ポート番号

25 HTTP

ポート番号

80 RTSP

ポート番号

554 TCP

IP

ホスト

RTP

ポート番号

5004

UDP

FTP: file transfer protocol

SMTP：simple mail transfer protocol HTTP: hyper text transfer protocol RTSP: real time streaming protocol

RTP：real-time transport protocol

(19)

UDPとTCPのまとめ

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

表8.4

(20)

TCP Tahoe

TCP Reno

TCP Vegas

要点

スロースタート

+ ふくそう回避 + 高速再送

Tahoe + 高速回復

RTT (round trip delay) ベースのふくそう制御

＊広く用いられているのは

TCP Reno

• スロースタート：

slow start

• ふくそう回避：

congestion avoidance

• 高速再送：

fast retransmission

• 高速回復：

fast recovery

いろいろな

TCP

(21)

TCPによる輻輳ウインドウと

スロースタート（

TCP Tahoe）

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 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ウインドウサイズ時間 ③スロースタート閾値＝ネットワークの許容量の1/2に設定輻輳ウインドウスロースタート ④スロースタートスロースタートネットワークの許容量 ②ネットワークの許容量の検知＝パケット損失発生

図

8.5 しきい値

輻輳回避

(22)

8.5 輻輳ウィンドウとスロースタート

22

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。

(23)

TCP Reno

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 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ウインドウサイズ時間 ③スロースタート閾値＝ネットワークの許容量の1/2に設定輻輳ウインドウ ④スロースタートネットワークの許容量 ②ネットワークの許容量の検知＝パケット損失発生