Повільний старт і анулювання перевантаження

Завдання на курсову роботу

Дослідити методи та механізми усунення перевантажень, реалізованих в TransmissionControlProtocol (TCP). Проаналізувати ряд сценаріїв для моделювання цих алгоритмів. Змоделювати ситуацію перевантаження мережі, що складається з двох підмереж, та зробити аналіз отриманих графіків.

Зміст

Завдання на курсову роботу                                                        2

Зміст                                                                                  3

Вступ                                                                                 4

Технологія інсталяції програми моделювання                     4

Мета                                                                                  5

1. Теоретичні відомості                                                       5

1.1.Повільний старт і анулювання перевантаження                  5

1.2.Швидка ретрансляція                                                7

1.3.Швидке відновлення                                                  7

2. Хід виконання                                                                  8

2.1. Моделювання повільногостарту і

анулювання перевантаження                                           8

2.1.1. Створення мережі                                           9

2.1.2. Створення підмережі у Парижі                        12

2.1.3. Створення підмережі у Стокгольмі               13

2.1.4. Створення IPтучки                                         14

2.1.5. Вибір Статистики                                                  15

2.1.6. Моделювання повільного старту і

анулювання перевантаження                         16

2.1.7. Перегляд результатів                                  17

2.2. Моделювання швидкої ретрансляції і

швидкого відновлення                                                    17

2.2.1. Створення сценарію Tahoe                                        17

2.2.2. Створення сценарію Reno                                         18

2.2.3. Моделювання сценаріїв                                 19

2.2.4. Перегляд результатів                                     19

Можливі проблеми при компіляції проекту та їх вирішення               21

Контрольні питання                                                          21

Висновки                                                                            22

Диск з додатками                                                               23

Список використаних джерел                                               23

Вступ

В даній курсовій роботі було встановлено програму для моделювання комп’ютерних мереж OPNETModeler 14.0, складено мережу згідно з завданням та змодельовано процес перевантаження мережі та механізми запобігання цьому, що реалізується протоколами ТСР. В роботі було побудовано мережу, налаштовано дві підмережі, створено три сценарії моделювання даної мережі, отримано графіки, що відображають роботу протоколу ТСР та зроблено аналіз. На основі виконаної роботи було зроблено висновок.

Технологія інсталяції програми моделювання

Програма OPNETModeler 14.0, що використовується в ході виконання роботи, призначена для моделювання різних процесів мережі Інтернет та її підмереж, локальних мереж. Встановлення проходить легко, але потрібно встановити додаткові матеріали. Отже, додатково встановлюємо: OPNET Model Library 14.0, OPNET Modeler Documentation 14.0, MicrosoftVisualStudio або VisualC++, MicrosoftPlatformSDK(додатковий набір бібліотек), встановити ліцензію OPNET License Server 14.0(використовуємо ліцензію для навчання, яка є безкоштовною).

Мета

Мета цієї курсової роботи демонстрація функціонування TCP, і чотирьох алгоритмів, що використовуються для управління перевантаженнями: повільний початок, анулювання перевантаження, швидка ретрансляція і швидкого відновлення. Курсова робота надає ряд сценаріїв для моделювання і порівняння цих алгоритмів.

Цілями є:

• Вивчення поведінки і здійснення повільного старту і анулювання перевантаження алгоритмів.

• Для вивчення змін до алгоритму анулювання перевантаження, а саме швидкої ретрансляції і швидкого відновлення.

Теоретичні відомості

Повільний старт і анулювання перевантаження

Попередні версії TCP розпочинають підключення з посилання, що вводить множинні сегменти у мережі, до розміру вікон, що рекгламентуться одержувачем. Це добре, коливузли розміщуються на тому ж LAN. Але якщо є маршрутизатори і повільніші посилання між відправникамита інші проблеми одержувача, тодеякий проміжний маршрутизатор повиненпоставити пакети у чергу і можливо працювати поза пропуском в черзі.

Алгоритм, що запобігає від цього - повільний старт.

Початок передачі в мережі з невідомими умовами вимагає повільно

дослідити мережу, щоб визначити доступну місткість, та уникнути переповнюваннямережіневідповідними великими пакетами даних.

Повільний старт додає інше вікно в TCP відправника: вікно перевантаження, назване cwnd. Коли нове підключення встановлюється з вузлом на іншій мережівікно перевантаження ініціалізується до одного сегменту (зазвичай 536 байтів або 512 байт).Відправник розпочинає з передачі одного сегменту і чекаєсвого номеру підтвердження. Коли номер підтвердження отримано,  вікно перевантаження збільшується з одного сегменту до двох, і два сегменти можуть бутипослані. Коли кожен з тих двох сегменти підтверджений, вікно перевантаження збільшуеться до чотирьох сегментів. Це забезпечує експоненціальний ріст. Відправник може передавати дані розміром до мінімумувікна перевантаження і оголошеного вікна. Вікно

перевантаження - управління потоком данихнакладено відправником, аоголошене вікно - управління потоком даних, накладене одержувачем.

У деякому покажчику місткість мережі може бути досягнута і проміжний маршрутизатор буде починативідкидання пакетів. Це говорить відправнику, що його вікно перевантаження заповнене.

Анулювання перевантаження –це спосіб боротьби з пакетами втратами. Перевантаження можевиникнути, колиданінадходитьна великі канали(швидкийLAN) і переходятьнаменшіканали(повільнішийWAN).Де місткість є меншоюніж сума введень. Є два показники втрати пакету у відправника: таймаут, поява і отримання дублікатуномеру підтвердження. Однак, втрати пакетів викликані пошкодженням комунікації дуже мала (менше 1%), тому припускається, що втрата пакету відбувається де-небудь в мережіміж джерелом і адресатом.

Хоча анулювання перевантаження і повільний старт - незалежні алгоритми з різними цілями, на практиці вони працюють разом. Коли перевантаження відбувається TCP повинен сповільнити швидкість передачі пакетів в мережі, а потім використовується повільний старт для відновлення передачі.

Комбіновання анулювання перевантаження і повільного старту вимагає, щоб дві змінніпідтримуються для кожного підключення:

- вікно (cwnd) перевантаження.

- повільний розмір (ssthresh) стартового порогу.

Комбінований алгоритм діє як зазначено нижче:

a) Ініціалізація для отриманняпідключення множини cwnd до одного сегменту і sstresh до 65535байт.

Початкове значення cwnd має бути менш ніж або дорівнюють 2*SMSSбайт і не має бутибільш ніж 2 сегменти. SMSS(SenderMaximumSegmentSize), розмір максимальногосегменту відправника - розмір найбільшогосегменту, який відправник може передавати.

Початкове значення cwnd, довільно велике(в деяких реалізаціяхвикористовується розмір оголошеноговікна),алевонаможебутизменшена у зв'язкуззаторами.

б) TCP ніколине посилає данібільшініжмінімумcwndі оголошеноговікна.

в)Привиникненнінасиченняполовинипоточногорозмірувікна зберігаєтьсяssthresh.Крім того, якщо перевантаження вказує на таймаут, то cwnd встановлюється до одного сегменту.

г) Колиновіданівизначаютьіншийкінець, збільшується cwnd. Те, якимчином сwndзбільшуєтьсязалежитьвідтого чи TCPвиконуєповільнийстарт, чианулювання перевантаження.Якщоcwndменшеабодорівнюєssthresh, TCPвикористовує повільнийстарт, у ротивномувипадкуTCP використовує анулювання перевантаження.Повільнийстарттриває, покиTCPзнаходитьсянапівдорозі, десталосяперевантаження, ітодіанулюванняперевантаженнябере роботунасебе. Церобиться зарахунок записаної половини розміру вікна, щовикликало проблеми.

Анулювання перевантаження диктує, що вікно (cwnd) перевантаження буде збільшуєтьсянаsegsize*segsize/cwndщоразу якномер підтвердженняотриманий. Це призводить до лінійного ростуcwnd. Збільшенняcwndповиннабутибільшеодногосегмента прикожномуприйомі-передачі (незалежно скількиномерів підтвердженняотриманізаRTT), тодіяк при повільному стартіcwnd зростаєза кількістюномерів підтвердженняотриманих в часприйому-передачі.

Швидка ретрансляція

Швидка ретрансляція є модифікацією алгоритму анулювання перевантаження.
Відправник TCP повинен використовувати алгоритм швидкої ретрансляції, щоб виявити і усунути втрати, засновані на дублікатах номеру підтвердження. Алгоритм швидкої ретрансляції використовує прибуття 3 дублікатів номерів підтвердження, як свідченням того, що сегмент був втрачений. Після отримання 3 дублікатів номеру підтвердження, TCP здійснює ретрансляцію відсутнього сегменту, не чекаючи поки таймер закінчиться. Алгоритм швидкої ретрансляції вперше з'явився в 4.3BSD Tahoe.

Швидке відновлення

Запобігання перевантаженням без повільного старту проводиться після швидкої ретрансляції, що посилає відсутній сегмент. Це

вдосконалення, що дозволяє збільшити пропускну спроможність
при помірній кількості перевантажень, особливо для великих вікон.
У цьому випадку не використовується повільний старт тому, що отриманий дублікат номеру підтвердження TCP вказує на те, що більше ніж один пакет був втрачений. Так як приймач може тільки генерувати дублікат номеру підтвердження, коли інший сегмент виходить з мережі в буфер приймача. Алгоритм швидкого відновлення з'явився в 4.3BSD Reno. Швидка ретрансляція і алгоритм швидкого відновлення, як правило, здійснюється разом наступним чином:
а) При третьому дублікаті номеру підтвердження, ssthresh не більше половини поточного вікна перевантаження cwnd, але не менше двох сегментів. Ретрансляції відсутня, і встановлюється розмір cwnd - ssthresh плюс 3 розміри сегмента. Це збільшує вікна насичення на кількість сегментів, які не залишили мережі і які в іншому кінеці в кеші.
б) Кожен раз, коли другий дублікат номеру підтвердження прибуває, збільшується cwnd на розмір сегмента. Це збільшує вікно насичення для додаткового сегменту, який покинув мережу.
в) передача сегменту (пакету), якщо це дозволено новим значенням cwnd і приймання оголошеного вікна.
г) При наступному номері підтвердження, що визнає нові дані для набору cwnd ssthresh. Цей номер підтвердження визначає ретрансляцію з кроку, час одного проходження після ретрансляції. Крім того, цей номер підтвердження повинен визнати всі проміжні сегменти, що пересилаються між втрачених пакетів і отримання першого дублікату номеру підтвердження. Цей крок використовує анулювання перевантаження, тому що TCP знижує швидкість до половини при втраті пакету.

Хід роботи