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1
Determinazione del tempo di servizio
(trasferimento) di un messaggio trasmesso su LAN
tramite protocollo TCP Tempi di Servizio nei
Router di rete
Prof. Bruno Ciciani Facoltà di Ingegneria Universi
tà di Roma La Sapienza
2
STRATIFICAZIONE DEL PROTOCOLLO TCP/IP
NFS
TELNET
HTTP
FTP
DNS
SNMP
RPC
UDP
TCP
transport layer
network layer
IP
data link layer
3
INOLTRO DATAGRAMMA IP
Il router mantiene una tabella di routing, usata
per cercare il prossimo router o lhost cui
inoltrare il datagramma
Host A
Host B
TCP
TCP
IP
IP
IP
Network layer
Network layer
Data layer
router
4
PROTOCOLLI
La progettazione di un protocollo di
comunicazione segue un approccio basato su una
architettura a strati Ogni entità dello stato n
comunica solo , scambiando PDU, con le entità
remote di strato n,usa i servizi forniti dallo
strato n -1 e fornisce servizi allo strato n1.
Al momento del trasferimento dei dati ogni strato
aggiunge una intestazione (header)
Dati strato n -1
Dati strato n
header strato n
header strato n -1
5
PROTOCOLLI DI RETE
6
TCP
Host B

• TCP fornisce un servizio orientato alla
  connessione, affidabile, con controllo di flusso,
  di tipo end-to-end e garantisce la consegna dei
  dati nellordine di spedizione, senza perdite.
• TCP implementa un meccanismo affidabile di
  connessione detto Three way handshake
• 3 segmenti sono necessari per stabilire una
  connessione
• 4 segmenti sono necessari per terminarla in
  entrambe le direzioni

Host A
syn
syn
ack
data
data
fin
ack
data
fin
ack
7
IP

• IP specifica il formato dei pacchetti spediti in
  internet
• Il servizio è inaffidabile, non è di tipo end to
  end, i datagramma possono essere persi

8
FRAMMENTAZIONE

• Le entità di ciascuno strato comunicano con le
  altre attraverso lo scambio di PDU composte da un
  preambolo (header) ed unarea dati
• Le PDU hanno una dimensione massima per larea
  dati (chiamata, per lo strato di rete, MTU)
• Essendo diverse le lunghezze degli MTU per i
  diversi protocolli, il router deve essere in
  grado di frammentare i datagramma, che verranno
  riassemblati a livello IP dallhost di
  destinazione.

9
Svantaggi della frammentazione

• Il router deve poter dividere il PDU
• il nodo destinazione deve riassemblare i
  frammenti
• RACCOMANDAZIONE
• IP standard raccomanda di frammentare dal nodo
  sorgente, in previsione del percorso da
  effettuare.

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Tempi di Servizio
Service Time of a message
Time to transmit the message over the network


of bytes (including protocol header -trailer,
and fragmentation if there is)

bandwidth
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Esempio SENZA frammentazione
Messaggio di 300 byte inviato da un Client a un
Server
client
Server
300
300
TCP
TCP
300
20
300
20
IP
IP
300
20
20
300
20
20
Network layer
Network layer
T.R.
300
20
20
28
ethernet
300
20
20
18
FDDI
router2
router1
300
20
20
28
12
Tempi di Servizio delle Lan
Messaggio di 300 byte inviato da un Client a un
Server
4404
20
20
28
358 x 8


0.000286 sec.
Service Time Eth
10.000.000
10.000.000
368 x 8
0.00002944 sec.
300
20
20
28


Service Time FDDI
100.000.000
100.000.000
368 x 8
300
20
20
28


0.000184 sec.
Service Time TR
16.000.000
16.000.000
13
Esempio CON frammentazione
Il Server invia una risposta di 10.000 byte al
Client Ipotesi di livello TCP che ignora la MTU
della rete locale
client
Server
10000
TCP
TCP
4404
20
4424
1172
IP
IP
4404
20
20
4424
20
Network layer
Network layer
1172
20
4404
20
20
28
T.R.
4424
20
28
ethernet
1172
20
28
FDDI
FDDI
-
4404
20
20
28
28

4424
20
-
TR
FDDI

4424
20
28
28
4424
20
-
-
data
IP
ET


4404
20
20
28
28
28
1172
20
28
28
1192
-
1480
20
18

4424
20
28
28
28
-
1480
20
18
data
ET

1172
20
28
28
28
1464
20
18
1192
18
14
Tempi di Servizio delle Lan
Il Server invia una risposta di 10.000 byte al
Client (Ipotesi di livello TCP che ignora la MTU
della rete locale) Caso della rete Token Ring
(
) x 8
4404
20
20
4424
20
1172
20
28
28
28


Service Time
16.000.000
(447244721220) x 8
Service Time

0.005082 sec.
16.000.000
15
Esempio CON frammentazione
Il Server invia una risposta di 10.000 byte al
Client Ipotesi di livello TCP che conosce la MTU
della rete locale
client
Server
10000
TCP
TCP
4404
20
4404
1192
20
20
IP
IP
4404
20
20
4404
20
20
Network layer
Network layer
1192
20
20
4404
20
20
28
T.R.
4404
20
28
20
ethernet
1192
20
28
20
FDDI
FDDI
-
4404
20
20
28
28

4424
20
-
TR
FDDI

4404
20
28
28
4424
20
20
-
-
data
IP
ET
TCP


4404
20
20
28
28
28
1192
20
28
28
1232
20
-
1460
20
18
20

4404
20
28
28
28
20
-
1480
20
18
data
ET

1192
20
28
28
28
20
1464
20
18
1232
18
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Tempi di Servizio delle Lan
Il Server invia una risposta di 10.000 byte al
Client (Ipotesi di livello TCP che conosce la MTU
della rete locale) Caso della rete Token Ring
(
) x 8
4404
20
20
4404
20
1192
20
28
28
28


20
20
Service Time
16.000.000
(447244721260) x 8
Service Time

0.005102 sec.
16.000.000
0.005102 sec.
20 msec di differenza
0.005082 sec.
17
Tempo medio di servizio
Calcolo nel caso senza frammentazione
Indichiamo con MTUn MTU in byte della rete
n XOvhd overhead in byte del protocollo
X FrameOvhdn overhead in byte del frame nella
rete n Overheadn overhead totale (TCPIPframe)
in byte nella rete n Bandwidthn bandwidth in
Mbps della rete n Ndatagrams numero di
datagramma IP necessari Nsegments numero di
segmenti TCP necessari (lt o di Ndatagrams) N
numero di reti
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Tempo medio di servizio caso senza frammentazione
TCP ignora la MTU della rete locale
TCP conosce la MTU della rete locale
MessageSize
NSegments
NSegments NDatagrams
65495
MessageSize NSegments x TCPOvhd
NDatagrams
(stima approssimata)
minn MTUn - IPOvhd
Overheadn NSegments x TCPOvhd Ndatagrams x
(IPOvhd FrameOvhdn)
8 x (MessageSize Overheadn )
ServiceTimen
106 x Bandwidth
19
Esercizio - testo
Client
DB server
FDDI 100 Mbps MTU 4472 bytes
T.R.
router1
router2
Ethernet 10 Mbps MTU 1518 bytes
Token RingI 16 Mbps MTU 4444 bytes

• Il client effettua delle richieste al server al
  ritmo di 3 transazioni al minuto (0.05 tps), con
  una lunghezza media dei messaggi di 400 byte.
  L80 delle risposte sono lunghe 8092 byte e il
  20 100.000 byte. Assumendo che non cè
  frammentazione e che il livello TCP non conosce
  la MTU della rete, calcolare il tempo medio di
  servizio delle richieste e delle risposte per
  ciascuna delle tre reti.

20
Esercizio - soluzione
MessageSize Nsegment x TCPOvhd
NDatagrams

• Usando la

minn MTUn - IPOvhd

• Possiamo calcolare il numero dei datagramma
  necessari nei tre casi (richiesta, risposta breve
  e risposta lunga)
• (40020)/(1500-20) 1 per la richiesta
• (809220)/(1500-20) 6 per la risposta breve
• (10000040)/(1500-20) 68 per la risposta lunga

21
Esercizio - soluzione

• Usando la

Overheadn TCPOvhdNdatagrams x (IPOvhd
FrameOvhdn)
Possiamo calcolare loverhead per le reti (solo
caso della ethernet) OverheadEth 20 1 (20
18) 58 per la richiesta OverheadEth 20 6
(20 18) 248 per la risposta breve
OverheadEth 20 68 (20 18) 2604 per l
arisposta lunga

• Usando la

8 x (MessageSize Overheadn )
ServiceTimen
106 x Bandwidth
Possiamo calcolare il Service Time (solo caso
della ethernet) OverheadEth 8 x (400 58) /
10.000.000 0.366 msec per la richiesta
OverheadEth 8 x (8092 248) / 10.000.000
6.67 msec per la risposta breve OverheadEth 8
x (100.000 2604) / 10.000.000 82.1 msec per l
arisposta lunga
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Calcolo tempi di servizio
23
Router di rete

• Router queues

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Tempi di Servizio nei Router di rete
Router latency (?sec per packet) tempo impiegato
dal router per processare un datagramma, fornito
dal costruttore. RouterServiceTime Ndatagrams
RouterLatency In cui
MessageSize TCPOvhd
NDatagrams
minn MTUn - IPOvhd
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Esercizio
Client
DB server
FDDI 100 Mbps MTU 4472 bytes
T.R.
router1
router2
Ethernet 10 Mbps MTU 1518 bytes
Token RingI 16 Mbps MTU 4444 bytes

• I router 1 e 2 processano 400,000 pacchetti/sec
• Service time 2.5 ?sec (1/400,000)
• Service demand al router

Client Request Short Reply Long Request
1 x 2.5 2.5 ?sec 6 x 2.5 15 ?sec 68 x 2.5 170 ?sec