Slides - Cap 3 - Camada de transporte

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Camada de 
transporte
Flávio Luiz Seixas
2025.1
slide 2
• A camada de transporte fornece
comunicação lógica, e não
física, entre processos de
aplicações:
Introdução e serviços de 
camada de transporte
slide 3
• Um protocolo de camada de transporte fornece comunicação lógica entre
processos que rodam em hospedeiros diferentes.
• Um protocolo de camada de rede fornece comunicação lógica entre
hospedeiros.
• Uma rede de computadores pode disponibilizar vários protocolos de transporte.
• Os serviços que um protocolo de transporte pode fornecer são muitas vezes
limitados pelo modelo de serviço do protocolo subjacente da camada de rede.
Relação entre as camadas de 
transporte e de rede
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• A responsabilidade fundamental do UDP e do TCP é ampliar o serviço de
entrega IP entre dois sistemas finais para um serviço de entrega entre dois
processos que rodam nos sistemas finais.
• A ampliação da entrega hospedeiro a hospedeiro para entrega processo a
processo é denominada multiplexação/demultiplexação de camada de
transporte.
• O UDP e o TCP também fornecem verificação de integridade ao incluir campos
de detecção de erros nos cabeçalhos de seus segmentos.
Visão geral da camada de 
transporte na Internet
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• Multiplexação e demultiplexação na camada de transporte.
Multiplexação e 
demultiplexação
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• A tarefa de entregar os dados contidos em um segmento da camada de
transporte ao socket correto é denominada demultiplexação.
• O trabalho de reunir, no hospedeiro de origem, partes de dados provenientes de
diferentes sockets, encapsular cada parte de dados com informações de
cabeçalho para criar segmentos, e passar esses segmentos para a camada de
rede é denominada multiplexação.
Multiplexação e 
demultiplexação
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• Campos de número de porta de origem e de destino em um segmento de
camada de transporte:
Multiplexação e 
demultiplexação
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• O UDP, definido no [RFC 768], faz apenas quase tão pouco quanto um
protocolo de transporte pode fazer.
• À parte sua função de multiplexação/demultiplexação e de alguma verificação
de erros simples, ele nada adiciona ao IP.
• Se o desenvolvedor de aplicação escolher o UDP, em vez do TCP, a aplicação
estará “falando” quase diretamente com o IP.
• O UDP é não orientado para conexão.
Transporte não orientado 
para conexão: UDP
slide 9
• Aplicações populares da Internet e seus protocolos de transporte subjacentes:
Transporte não orientado 
para conexão: UDP
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• Aplicações populares da Internet e seus protocolos de transporte subjacentes:
Estrutura do segmento UDP
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Internet checksum: example
example: add two 16-bit integers
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0
1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0
1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
wraparound
sum
checksum
Note: when adding numbers, a carryout from the most 
significant bit needs to be added to the result
* Check out the online interactive exercises for more 
examples: http://gaia.cs.umass.edu/kurose_ross/interactive/
slide 12
• Modelo do serviço e implementação do serviço:
Princípios da transferência 
confiável de dados
slide 13
• O protocolo bit alternante.
Transferência confiável de dados 
sobre um canal com perda e com 
erros de bits
slide 14
• O protocolo bit alternante.
Transferência confiável de dados 
sobre um canal com perda e com 
erros de bits
slide 15
• No coração do problema do desempenho do rdt está o fato de ele ser um
protocolo do tipo pare e espere.
• Um protocolo pare e espere em operação.
Protocolos de transferência confiável 
de dados com paralelismo
slide 16
• Um protocolo com paralelismo em operação
Protocolos de transferência confiável 
de dados com paralelismo
slide 17
• Envio com pare e espere
Protocolos de transferência confiável 
de dados com paralelismo
slide 18
• Envio com paralelismo
Protocolos de transferência confiável 
de dados com paralelismo
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• Em um protocolo Go-Back-N (GBN), o remetente é autorizado a transmitir
múltiplos pacotes sem esperar por um reconhecimento.
• Porém, fica limitado a ter não mais do que algum número máximo permitido,
N, de pacotes não reconhecidos na “tubulação”.
• Visão do remetente para os números de sequência no protocolo Go-Back-N:
Go-Back-N (GBN)
slide 20
• Go-Back-N em operação
Go-Back-N (GBN)
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• Protocolos de repetição seletiva (SR) evitam retransmissões desnecessárias.
• Eles fazem o remetente retransmitir apenas os pacotes suspeitos de terem sido
recebidos com erro no destinatário.
• Essa retransmissão individual, só quando necessária, exige que o destinatário
reconheça individualmente os pacotes recebidos de modo correto.
Repetição seletiva (SR)
slide 22
• Operação SR
Repetição seletiva (SR)
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Comparação (incluindo o TCP)
TCP
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Resumo de mecanismos de transferência confiável de dados e sua utilização:
• Soma de verificação - Usada para detectar erros de bits em um pacote
transmitido.
• Temporizador - Usado para controlar a temporização/retransmissão de um
pacote, possivelmente porque o pacote (ou seu ACK) foi perdido dentro do
canal.
• Número de sequência - Usado para numeração sequencial de pacotes de dados
que transitam do remetente ao destinatário.
Transporte orientado para conexão
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• Reconhecimento - Usado pelo destinatário para avisar o remetente que um
pacote ou conjunto de pacotes foi recebido corretamente.
• Janela, paralelismo - O remetente pode ficar restrito a enviar somente pacotes
com números de sequência que caiam dentro de uma determinada faixa.
Transporte orientado para conexão
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Estrutura do quadro
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Encapsulamento
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• Uma conexão TCP provê um serviço full-duplex.
• A conexão TCP é sempre ponto a ponto.
• Uma vez estabelecida uma conexão TCP, dois processos de aplicação podem
enviar dados um para o outro.
• O TCP combina cada porção de dados do cliente com um cabeçalho TCP,
formando, assim, segmentos TCP.
A conexão TCP
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• O número de sequência para um segmento é o número do primeiro byte do
segmento.
• O número de reconhecimento que o hospedeiro A atribui a seu segmento é o
número de sequência do próximo byte que ele estiver aguardando do
hospedeiro B.
• Como o TCP somente reconhece bytes até o primeiro byte que estiver faltando
na cadeia, dizemos que o TCP provê reconhecimentos cumulativos.
Números de sequência e 
números de reconhecimento
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• O TCP cria um serviço de transferência confiável de dados sobre o serviço
de melhor esforço do IP.
• O serviço de transferência garante que a cadeia de bytes é idêntica à cadeia de
bytes enviada pelo sistema final que está do outro lado da conexão.
• Os procedimentos recomendados no [RFC 6298] para gerenciamento de
temporizadores TCP utilizam apenas um único temporizador de retransmissão.
Transferência confiável de dados
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Gerenciamento da conexão TCP: 
estabelecimento
slide 33
Gerenciamento da conexão TCP:
finalização
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Cenário de transferência no TCP
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Controle de fluxo
application
process
TCP socket
receiver buffers
TCP
code
IP
code
application
OS
receiver protocol stack
application may 
remove data from 
TCP socket buffers …. 
… slower than TCP 
receiver is delivering
(sender is sending)
from sender
receiver controls sender, so 
sender won’t overflow 
receiver’s buffer by transmitting 
too much, too fast
flow control
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Controle de fluxo
• receiver “advertises” free buffer space 
by including rwnd value in TCP header 
of receiver-to-sender segments
– RcvBuffer size set via socket 
options (typical default is 4096 
bytes)
– many operating systems autoadjust
RcvBuffer
• sender limits amount of unacked (“in-
flight”) data to receiver’s rwnd value
• guarantees receive buffer will not 
overflow
buffered data
free buffer spacerwnd
RcvBuffer
TCP segment payloads
to application process
receiver-side buffering
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TCP: Cenários de retransmissão
lost ACK scenario
Host BHost A
Seq=92, 8 bytes of data
ACK=100
Seq=92, 8 bytes of data
Xti
m
e
o
u
t
ACK=100
premature timeout
Host BHost A
Seq=92, 8 bytes of data
ACK=100
Seq=92, 8
bytes of data
ti
m
e
o
u
t
ACK=120
Seq=100, 20 bytes of data
ACK=120
SendBase=100
SendBase=120
SendBase=120
SendBase=92
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X
cumulative ACK
Host BHost A
Seq=92, 8 bytes of data
ACK=100
Seq=120, 15 bytes of data
ti
m
e
o
u
t
Seq=100, 20 bytes of data
ACK=120
TCP: Cenários de retransmissão
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TCP: Retransmissão rápida
time-out period often relatively long:
 long delay before resending lost packet
detect lost segments via duplicate ACKs.
 sender often sends many segments 
back-to-back
 if segment is lost, there will likely be 
many duplicate ACKs.
if sender receives 3 ACKs 
for same data
(“triple duplicate ACKs”), 
resend unacked segment 
with smallest seq #
 likely that unacked
segment lost, so don’t 
wait for timeout
TCP fast retransmit
slide 40
TCP: Retransmissão rápida
X
fast retransmit after sender 
receipt of triple duplicate ACK
Host BHost A
Seq=92, 8 bytes of data
ACK=100
ti
m
e
o
u
t
ACK=100
ACK=100
ACK=100
Seq=100, 20 bytes of data
Seq=100, 20 bytes of data
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Controle de congestionamento do TCP: 
Aumento aditivo, redução multiplicativa
 approach: sender increases transmission rate (window size), probing for 
usable bandwidth, until loss occurs
• additive increase: increase cwnd by 1 MSS every RTT until loss detected
• multiplicative decrease: cut cwnd in half after loss 
c
w
n
d
:
T
C
P
 s
e
n
d
e
r 
c
o
n
g
e
s
ti
o
n
 w
in
d
o
w
 s
iz
e
AIMD saw tooth
behavior: probing
for bandwidth
additively increase window size …
…. until loss occurs (then cut window in half)
time
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Controle de congestionamento do TCP
 sender limits transmission:
 cwnd is dynamic, function of 
perceived network congestion
TCP sending rate:
 roughly: send cwnd bytes, wait RTT 
for ACKS, then send more bytes
last byte
ACKed sent, not-
yet ACKed
(“in-flight”)
last byte 
sent
cwnd
LastByteSent-
LastByteAcked
 ssthresh
congestion
avoidance 
cwnd = cwnd + MSS (MSS/cwnd)
dupACKcount = 0
transmit new segment(s), as allowed
new ACK
.
dupACKcount++
duplicate ACK
fast
recovery 
cwnd = cwnd + MSS
transmit new segment(s), as allowed
duplicate ACK
ssthresh= cwnd/2
cwnd = ssthresh + 3
retransmit missing segment
dupACKcount == 3
timeout
ssthresh = cwnd/2
cwnd = 1 
dupACKcount = 0
retransmit missing segment
ssthresh= cwnd/2
cwnd = ssthresh + 3
retransmit missing segment
dupACKcount == 3cwnd = ssthresh
dupACKcount = 0
New ACK
slow 
start
timeout
ssthresh = cwnd/2 
cwnd = 1 MSS
dupACKcount = 0
retransmit missing segment
cwnd = cwnd+MSS
dupACKcount = 0
transmit new segment(s), as allowed
new ACKdupACKcount++
duplicate ACK
L
cwnd = 1 MSS
ssthresh = 64 KB
dupACKcount = 0
New
ACK!
New
ACK!
New
ACK!
slide 47
Vazão do TCP
• avg. TCP thruput as function of window size, RTT?
– ignore slow start, assume always data to send
• W: window size (measured in bytes) where loss occurs
– avg. window size (# in-flight bytes) is ¾ W
– avg. thruput is 3/4W per RTT
W
W/2
avg TCP thruput = 
3
4
W
RTT bytes/sec
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TCP Futures: TCP over “long, fat pipes”
• example: 1500 byte segments, 100ms RTT, want 10 Gbps throughput
• requires W = 83,333 in-flight segments
• throughput in terms of segment loss probability, L [Mathis 1997]:
➜ to achieve 10 Gbps throughput, need a loss rate of L = 2·10-10 
– a very small loss rate!
• new versions of TCP for high-speed
TCP throughput = 
1.22 . MSS
RTT L
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TCP Fairness
fairness goal: if K TCP sessions share same bottleneck link of bandwidth R, 
each should have average rate of R/K
TCP connection 1
bottleneck
router
capacity R
TCP connection 2
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Why is TCP fair?
two competing sessions:
 additive increase gives slope of 1, as throughout increases
 multiplicative decrease decreases throughput proportionally 
R
R
equal bandwidth share
Connection 1 throughput
congestion avoidance: additive increase
loss: decrease window by factor of 2
congestion avoidance: additive increase
loss: decrease window by factor of 2
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Fairness (more)
Fairness and UDP
 multimedia apps often do not use TCP
• do not want rate throttled by 
congestion control
 instead use UDP:
• send audio/video at constant rate, 
tolerate packet loss
Fairness, parallel TCP connections
 application can open multiple 
parallel connections between two 
hosts
 web browsers do this 
 e.g., link of rate R with 9 existing 
connections:
• new app asks for 1 TCP, gets 
rate R/10
• new app asks for 11 TCPs, 
gets R/2 
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Explicit Congestion Notification (ECN)
network-assisted congestion control:
 two bits in IP header (ToS field) marked by network router to 
indicate congestion
 congestion indication carried to receiving host
 receiver (seeing congestion indication in IP datagram) ) sets 
ECE bit on receiver-to-sender ACK segment to notify sender 
of congestion
source
application
transport
network
link
physical
destination
application
transport
network
link
physical
ECN=00 ECN=11
ECE=1
IP datagram
TCP ACK segment