Presentazione di PowerPoint

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Reti di Calcolatori a.a. 2005/06 Lezione 14
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Nel modello di riferimento
Application
Transport
Network
Data Link
Fisico
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Controllo della congestione
Il controllo della congestione della
communication subnet è uno dei compiti fondamental
i del livello Network Non è da confondere con il
controllo del flusso! Il controllo del flusso è
relativo ad una singola connessione tra due
entità sorgente e destinazione un canale di
comunicazione (gestito a livello Data Link),
un circuito virtuale (gestito a livello Network),
una connessione tra due applicazioni (gestito a
livello Transport o superiore) Il controllo
della congestione è globale, ossia relativo
allintera communication subnet, ed è svolto dal
livello Network o dal livello Transport
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Cause della congestione
Si verifica congestione quando un router non è
più in grado di gestire i pacchetti che gli
arrivano E un meccanismo a cascata, perché i
pacchetti scartati causano ritrasmissioni (da
parte dei router vicini a quello congestionato
oppure da parte degli host trasmittenti) Generalme
nte la congestione è dovuta a componenti della
subnet non adeguati per gestire il carico
troppi pochi buffer in un router (ma una
quantità infinita di buffer nei router non
necessariamente allevia la congestione)
processore troppo lento in un router linea di
trasmissione troppo lenta
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Tipologie di controllo della congestione
open loop (senza contro-reazione) corretto
dimensionamento degli elementi della
communication subnet opportune strategie per
accettazione di nuovi pacchetti o nuove
connessioni opportune strategie di scheduling
dei pacchetti nei router opportune scelte per i
parametri dei protocolli di livello Data Link,
Network e Transport non è adattivo closed
loop (con contro-reazione) monitorizza il
sistema per rilevare quando e dove si verifica
congestione invia le informazioni nei luoghi in
cui si può rimediare modifica i parametri dei
protocolli per correggere il problema
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Traffic shaping
Una delle principali difficoltà nel controllo
della congestione è che il traffico è spesso di
tipo burst (alte punte di traffico in tempi brevi
alternate a lunghi periodi di traffico più
basso) Un metodo per controllare la congestione
consiste nel modellare il traffico
(traffic shaping) in modo da renderlo
predicibile E un approccio di tipo open loop
(non adattivo) algoritmo leaky bucket
algoritmo token bucket
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Algoritmo leaky bucket I
Lalgoritmo leaky bucket (secchio che perde)
regolarizza il traffico uscente da un
host ritardando il traffico burst è basato
su un buffer a coda (queue) di dimensione
finita i pacchetti possono essere rimossi
dalla coda e trasmessi ad una frequenza massima
prefissata se la coda si riempie
completamente, nuovi pacchetti vengono
scartati se i pacchetti hanno dimensione
variabile, si può modificare lalgoritmo in
modo da inviare byte con frequenza massima
prefissata
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Algoritmo leaky bucket II
Host
Livello Fisico
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Algoritmo token bucket I
Lalgoritmo token bucket (secchio di gettoni) è
simile allalgoritmo leaky bucket, ma è più
flessibile nel tagliare il traffico di tipo burst
e non perde pacchetti quando la coda è piena. In
pratica si consentono irregolarità controllate
nel flusso in uscita sulla rete Il secchio
contiene gettoni (token) e non pacchetti Per
spedire un pacchetto si deve prelevare un gettone
dal secchio Nuovi gettoni vengono immessi nel
secchio ad intervalli di tempo regolari (ad
esempio, uno ogni millisecondo) Il secchio ha
una capacità massima prefissata
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Algoritmo token bucket II
Se i pacchetti hanno dimensione variabile, un
gettone può rappresentare il diritto di
trasmettere un numero prefissato di byte invece
di un intero pacchetto Le trasmissioni di
pacchetti avvengono alla massima velocità
possibile del canale di comunicazione finché il
secchio è pieno, poi secondo il tasso di
generazione dei gettoni Se il secchio è vuoto,
i pacchetti non vengono perduti lhost deve
bloccare e attendere che venga generato un nuovo
gettone Consente alte punte di traffico, ma
limita la lunghezza del burst. Per ridurre i
picchi si usa spesso un leaky bucket dopo il
token bucket
Leaky bucket e token bucket sono utili per il
traffico host-router e router-router Se il
router sorgente deve fermarsi e non ha spazio
sufficiente, si può aver perdita
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Flow specification controllo della congestione
Gli algoritmi di traffic shaping sono molto
efficaci quando sono adottati consistentemente da
sorgente, communication subnet e ricevente. In
particolare, sorgente, subnet e ricevente devono
accordarsi in anticipo su le caratteristiche
del traffico generato (data rate, frequenza dei
burst, . . . ) la qualità del servizio
garantita dalla subnet (ritardo di trasmissione,
varianza del tempo di trasmissione (jitter ),
tasso di pacchetti persi, . . . ) E possibile
adottare il flow specification sia nelle subnet
organizzate con circuiti virtuali (più facile)
che in quelle organizzate con datagram (più
difficile)
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Controllo della congestione con circuiti virtuali
Il metodo più semplice per controllare la
congestione delle subnet organizzate con circuiti
virtuali è ladmission control (controllo
daccesso) Quando viene rilevata congestione in
una parte della subnet i nuovi circuiti
virtuali vengono instradati su percorsi non
sovraccarichi se non è possibile trovare un
percorso non sovraccarico, viene impedita la
creazione di nuovi circuiti virtuali fino alla
scomparsa della congestione E un algoritmo di
tipo closed loop, perché si adatta al traffico
della subnet E anche possibile utilizzare il
flow specification per prenotare le risorse
della subnet utilizzate da ciascun circuito
virtuale
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Controllo della congestione in subnet basate su
datagram
Gli algoritmi closed loop utilizzati nelle subnet
a commutazione di pacchetto possono essere
utilizzati anche nelle subnet con circuiti
virtuali In ogni algoritmo closed loop, ciascun
router monitorizza lutilizzo delle sue linee di
comunicazione e delle altre sue risorse Ad
esempio, si associa a ciascuna linea una
variabile reale u che rappresenta il suo
utilizzo ad intervalli regolari la linea viene
monitorata e la variabile aggiornata unew a
uold (1 - a) f f rappresenta lutilizzo
istantaneo della linea, ed a ? (0, 1) il peso che
viene dato alla storia passata
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Algoritmo choke packet
Se per una certa linea di un router la variabile
u supera una soglia prefissata, allora per ogni
pacchetto P che transita su una linea
sovraccarica, il router invia un choke packet
all host sorgente del pacchetto prima di
ri-trasmettere P al router successivo, imposta un
flag nella testata del pacchetto cosicché il
router seguente non generi un altro choke
packet Quando l host sorgente riceve un choke
packet riduce il tasso di trasmissione (ad
esempio, del 50) fa partire un timer ed ignora
i choke packet che arrivano prima che il timer
scada dopo la scadenza del timer se arriva
un altro choke packet, riduce ulteriormente il
tasso di trasmissione (ad esempio, per un
ulteriore 25) se non arrivano altri choke
packet, aumenta gradualmente il tasso di
trasmissione (ad esempio, del 5 alla volta)
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Algoritmo hop-by-hop choke packet
Il principale difetto dellalgoritmo choke packet
è la sua lentezza quando il router congestionato
è molto distante dall host sorgente oppure la
subnet è molto veloce Lalgoritmo hop-by-hop
choke packet è una variante del choke packet in
cui ciascun router che riceve il choke packet
rallenta il tasso di trasmissione (oltre
a ritrasmettere allindietro il choke packet
stesso) Il router congestionato ha immediato
sollievo La capacità dei buffer nei router
deve essere maggiore
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Internetworking
Per connettere fra loro reti eterogenee si devono
superare problemi non banali, tra i quali -
Difformità nei formati dei pacchetti e degli
indirizzi - Difformità, nelle subnet, dei
meccanismi di controllo dell'errore e della
congestione - Diverse architetture di rete,
diversi servizi offerti dai vari livelli, diverse
modalità di indirizzamento, diverse dimensioni
massime dei pacchetti Tecniche - Bridge
livello data link - Router multiprotocollo
gestione contemporanea di più pile di protocolli
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Router multiprotocollo
Un dispositivo operante a livello Network in
grado di gestire pacchetti appartenenti a reti
con diversa architettura di rete è chiamato
router multiprotocollo, o anche gateway Il
termine gateway talvolta indica anche dispositivi
che operano a livello differente ripetitori
(livello Fisico) e bridge (livello Data Link),
transport gateway e application gateway Il
termine router multiprotocollo denota un
dispositivo che opera solamente a livello
Network In pratica i dispositivi in vendita
hanno caratteristiche tali per cui non è sempre
facile stabilire a quale livello essi operano. Ad
esempio, molti dispositivi operano come
ripetitori, come bridge e come router
multiprotocollo (brouter)
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Concatenazione di circuiti virtuali
Se tutte le reti interessate offrono servizi
della stessa tipologia a livello Network (ad
esempio, connection-oriented affidabile, con
determinate garanzie sulla qualità del servizio,
. . . ) è possibile costruire un circuito
virtuale che si estende attraverso più reti
eterogenee come concatenazione di circuiti
virtuali che attraversano ciascuno una delle reti
(ricordiamo circuito virtuale connessione
logica tra due host, anche non consecutivi, della
rete). Ciascun circuito virtuale di una subnet
omogenea termina in un router multiprotocollo che
lo collega al circuito virtuale di unaltra
subnet e che instrada successivamente i pacchetti
lungo tale circuito virtuale E una tipica
strategia di internetworking tra communication
subnet organizzate con circuiti virtuali
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Connectionless internetworking
La strategia connectionless internetworking è
utilizzata quando le communication subnet sono
organizzate con datagram E alternativa ai
circuiti virtuali concatenati I pacchetti
viaggiano indipendentemente e possono arrivare
fuori ordine
rete C
rete B
rete A
router
router multiprotocollo
rete A
rete C
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Limiti dellinternetworking
Sebbene i router multiprotocollo possano in
teoria permettere la comunicazione tra host in
reti con architetture molto differenti tra loro,
in pratica questo avviene molto raramente
ciascun host dovrebbe possedere non solo
lindirizzo relativo alla rete di cui fa parte,
ma anche un indirizzo valido per ciascuna rete da
cui potrebbe ricevere pacchetti (IP, DECnet, IPX,
SNA, AppleTalk, . . . ) i formati dei pacchetti
nelle due reti possono essere troppo differenti
perché una completa conversione di formato sia
possibile funzionalità quali trasmissione di
pacchetti broadcast, qualità del servizio e
sicurezza potrebbero essere supportate da una
rete ma non dallaltra Quindi anche se i router
multiprotocollo possono gestire pacchetti di
diverso tipo, le reti in cui si trovano gli host
sorgente e destinazione sono generalmente dello
stesso tipo o almeno compatibili
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Tunneling
Il tunneling è una strategia di internetworking
che consente di collegare due reti A e B
utilizzanti la stessa architettura tramite una
rete C utilizzante una architettura differente
Il pacchetto Network proveniente da una rete
viene incapsulato da un router multiprotocollo
allinterno di un pacchetto Network della rete
C Il nuovo pacchetto viaggia normalmente
allinterno della rete C fino ad un altro router
multiprotocollo Il secondo router
multiprotocollo estrae il vecchio pacchetto
Network e lo invia sulla rete B
tunnel
rete C
rete A
rete A
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Internetworking a livello Transport
Il livello Transport di quasi tutte le
architetture di rete offre un servizio di tipo
connection oriented affidabile E quindi
naturale definire un meccanismo di
internetworking a livello Transport basato sulla
concatenazione di circuiti virtuali E analogo
allinternetworking basato sulla concatenazione
di circuiti virtuali a livello Network, ma si
appoggia ai protocolli del livello Transport I
dispositivi che svolgono questo servizio sono
chiamati transport gateway
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Internetworking a livello Application
Un ulteriore servizio di internetworking può
essere offerto dal livello Application da
dispositivi chiamati application gateway Ad
esempio è possibile definire un servizio di posta
elettronica che converta il formato dei messaggi
di posta quando sorgente e destinazione sono in
reti con diverse architetture Ad esempio per
inviare un messaggio da un host TCP/IP ad un host
OSI si compone il messaggio di posta
elettronica nel formato Internet lindirizzo è
quello dellutente OSI, codificato secondo lo
standard TCP/IP il messaggio viene inviato ad
un mail gateway il mail gateway converte il
messaggio nel formato OSI, e lo invia allutente
OSI
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Internetwork routing
In una internetwork le singole reti componenti
sono entità autonome e vengono chiamate AS
(Autonomous System) Il routing complessivo è a
due livelli 1. Un primo livello è costituito
dall'Interior Gateway Protocol (IGP) che
identifica l'algoritmo di routing usato da un AS
al proprio interno. Diversi AS possono utilizzare
diversi IGP 2. Un secondo livello è dato
dallExterior Gateway Protocol (EGP), che è
l'algoritmo che si usa per gestire il routing fra
diversi AS. Deve tener conto di specifiche leggi
nazionali (divieto di far transitare dati sul
suolo di una nazione ostile), per cui le
decisioni di routing devono adattarsi a tali
direttive
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Internet
Una particolare internetwork è chiamata
Internet è molto grande ed estesa è
costituita da molti AS (Autonomous Systems)
connessi tra loro le linee di comunicazione
principali sono le backbone communication subnet
con linee ad alta capacità e router veloci ai
backbones sono collegati le communication subnet
nazionali e regionali (midlevel subnet) alle
midlevel subnet sono collegate le LAN di
università, compagnie, Internet service provider,
. . .
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Schema di Internet
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Il livello Network dellIPS
Il livello Network dellInternet Protocol Suite è
il più importante svolge principalmente i
servizi di internetworking e routing è basato
sul protocollo IP (Internet Protocol) offre un
servizio connectionless non affidabile è
organizzato con datagram
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Schema del protocollo IP
riceve i dati dal livello Transport incapsula
i dati in pacchetti di max 64 Kbyte (in genere la
lunghezza è di 1.500 byte) instrada i pacchetti
sulla subnet, eventualmente frammentandoli
riassembla (se necessario) i frammenti ricevuti
in pacchetti estrae dai pacchetti ricevuti i
dati del livello Transport consegna al livello
Transport i dati nellordine in cui sono arrivati
(che non è necessariamente quello in cui sono
partiti)
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Formato del pacchetto IP
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Lheader IP I

• Version (4 bit) numero di versione del
  protocollo IP
• IHL (4 bit) lunghezza dell header del
  pacchetto in parole da 32 bit (minimo20 byte,
  massimo60 byte)
• Type of service (8 bit, non tutti
  necessariamente utilizzati) codifica la qualità
  del servizio richiesto dall host alla
  communication subnet in pratica e ignorato
• Total length (16 bit) lunghezza totale del
  pacchetto, compreso lheader (massimo65535 byte)
• Identification (16 bit) Identificatore del
  datagram utilizzato in caso di frammentazione
• DF (1 bit, Dont Fragment) indica che il
  datagram non può essere frammentato (il ricevente
  non è in grado di riassemblare il pacchetto)
• MF (1 bit, More Fragments) indica che il
  frammento non è lultimo del datagram

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Lheader IP II
Fragment offset (13 bit) posizione relativa
del frammento allinterno del datagram in
multipli di 8 byte (non è il numero dordine del
frammento!) Time to live o TTL (8 bit)
contatore per limitare la vita del pacchetto in
teoria è decrementato una volta al secondo, in
pratica ad ogni hop quando raggiunge zero il
pacchetto viene scartato ed un avvertimento
inviato allhost sorgente Protocol (8 bit)
indica quale protocollo deve ricevere i dati nel
pacchetto (generalmente un protocollo di livello
Transport come TCP o UDP in RFC 1700 sono
definiti un centinaio di numeri, ma il database
completo oggi on-line su www.iana.org) Header
checksum (16 bit) bit di controllo per il solo
header, calcolati raggruppando i bit dellheader
in parole da 16 bit (escluso il campo Header
checksum stesso), calcolandone la somma in
complemento ad 1, e prendendo il complemento ad 1
del risultato deve essere ricalcolato ad ogni
hop Source address (32 bit) network number e
host number dellhost sorgente
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Lheader IP III
Destination address (32 bit) network number e
host number dellhost destinazione Options (da
0 a 10 parole da 32 bit) alcune possibili
opzioni sono Security indica la segretezza
del datagram Strict source routing indica il
percorso che il datagram deve seguire Loose
source routing indica alcuni router da includere
nel percorso Record route forza ogni router
ad appendere il proprio indirizzo IP
Timestamp come sopra, ma i router appendono
anche un timestamp In totale sono state definite
una ventina di opzioni In generale le opzioni non
sono molto utilizzate, e non tutti i router sono
in grado di gestirle