TCP CONGESTION Rico Putra, NIM : 10/307317/PTK/06971 Firma Sahrul B, NIM : 10/309394/PTK/07099 Magister Teknologi Informasi FT UGM, Yogyakarta

Transkripsi

1 TCP CONGESTION Rico Putra, NIM : 10/307317/PTK/06971 Firma Sahrul B, NIM : 10/309394/PTK/07099 Magister Teknologi Informasi FT UGM, Yogyakarta 1.1 Pendahuluan Persoalan penting dalam sebuah jaringan paket-saklar adalah kemacetan. Kemacetan dalam jaringan mungkin terjadi jika beban pada nomor-jaringan paket yang dikirim ke jaringan adalah lebih besar dari kapasitas nomor-jaringan paket dapat menangani jaringan. Pengendalian kemacetan mengacu pada mekanisme dan teknik untuk mengendalikan kemacetan dan menjaga beban di bawah kapasitas. Kita mungkin bertanya mengapa ada kemacetan di jaringan. Kemacetan yang terjadi dalam sistem yang melibatkan menunggu. Misalnya, kemacetan terjadi di jalan bebas hambatan karena banyak kelainan dalam aliran, seperti kecelakaan selama jam sibuk, menciptakan penyumbatan. Kemacetan dalam jaringan atau jaringan kerja terjadi karena arah dan tombol memiliki antrian-panyanggah yang memegang paket sebelum dan sesudah pengolahan. Router A, misalnya, memiliki antrian masuk dan keluar untuk antarmuka antrian masing-masing. Ketika sebuah paket tiba di antarmuka masuk, itu mengalami tiga langkah sebelum berangkat, dapat dilihat pada gambar Paket diletakkan pada akhir dari antrian masukan sambil menunggu untuk diperiksa. 2. Modul pengolahan arah menghapus paket dari antrian masukan setelah mencapai bagian depan antrian dan menggunakan tabel arahan dan alamat tujuan untuk menemukan arah. 3. Paket ini akan dimasukkan ke dalam antrian keluar yang sesuai dan menunggu tum untuk dikirim.

2 Kita perlu menyadari dua persoalan. Pertama, jika laju kedatangan paket lebih tinggi dari paket tingkat pengolahan, antrian masukan menjadi lebih lama dan lebih lama. Kedua, jika paket. Tingkat keberangkatan lebih kurang dari tingkat pengolahan paket, antrian keluaran menjadi lebih lama dan lebih lama. 1.2 Network Performance ( Kinerja Jaringan ) Pengendalian kemacetan melibatkan dua faktor yang mengukur kinerja jaringan: kelambatan dan kesiapan. Gambar 24.4 menunjukkan dua langkah kinerja sebagai fungsi dari beban Delay Versus Load ( Kelambatan lawan Beban ) Perhatikan bahwa ketika beban adalah jauh lebih sedikit dari kapasitas jaringan, kelambatan tersebut berada pada minimum. Penundaan minimal ini terdiri dari kelambatan propagasi dan keterlambatan proses, yang keduanya diabaikan. Namun, ketika beban mencapai kapasitas jaringan, keterlambatan meningkat tajam karena kita sekarang perlu untuk menambahkan waktu tunggu dalam antrian (untuk semua arah di jalan) untuk total keterlambatan. Perhatikan bahwa penundaan menjadi tak terbatas pada saat beban lebih besar dari kapasitas. Jika ini tidak jelas, mempertimbangkan ukuran antrian ketika hampir tidak ada paket mencapai tujuan, atau mencapai tujuan dengan penundaan yang tak terbatas, sedangkan antrian menjadi lebih lama dan lebih lama. Keterlambatan memiliki efek negatif terhadap beban dan konsekuensinya sering mengalami kemacetan. Ketika sebuah paket tertunda, sumber, tidak menerima pengakuan, mengirim ulang paket,yang membuat keterlambatan, dan kemacetan, lebih buruk Throughput versus Load ( Kesiapan lawan Beban ) Kita dapat memperluas definisi bahwa dari sedikit untuk paket dan dari titik ke kinerja. Kita dapat mendefinisikan kesiapan dalam jaringan sebagai jumlah paket yang melewati jaringan dalam suatu unit waktu. Perhatikan bahwa ketika beban di bawah kapasitas jaringan, kesiapan meningkat secara proporsional dengan beban. Kita mengharapkan kesiapan tetap konstan setelah beban mencapai kapasitas, tetapi sebaliknya kesiapan menurun tajam. Alasannya adalah pembuangan paket oleh arah. ketika

3 pembebanan melebihi kapasitas, antrian menjadi penuh dan arah harus dibuang beberapa paket. Membuang paket tidak mengurangi jumlah paket di jaringan karena sumber mentransmisikan paket-paket, menggunakan mekanisme time-keluar, ketika paket tidak mencapai tujuan. 1.3 Pengendalian Kemacetan Pengendalian kemacetan mengacu pada teknik dan mekanisme yang baik dapat mencegah kemacetan, sebelum itu terjadi, atau menghapus kemacetan setelah terjadi. Secara umum, kita dapat mekanisme pengendalian kemacetan kedalam dua kategori besar yaitu putaran terbuka pengendalian kemacetan (pencegahan) dan putaran tertutup pengendalian kemacetan (pengangkatan) seperti yang ditunjukkan pada Gambar Open-Loop Congestion Control ( Putaran terbuka pengendalian kemacetan ) Dalam pengendalian kemacetan terbuka, kebijakan yang diterapkan adalah untuk mencegah sebelum terjadi kemacetan. Dalam mekanisme ini, pengendalian kemacetan ditangani oleh sumber yang baik atau tujuan Retransmission Policy (Kebijakan retransmisi) Retransmisi kadang-kadang tidak dapat dihindari. Jika pengirim merasa bahwa paket yang dikirim hilang atau rusak, paket perlu dipancarkan kembali. Retransmisi secara umum dapat peningkatan kemacetan pada jaringan. Namun, kebijakan penyiaran baik dapat mencegah kemacetan. Kebijakan retransmisi dan waktu retransmissi harus dirancang untuk mengoptimalkan efisiensi dan pada saat yang sama mencegah kemacetan. Sebagai contoh, kebijakan penyiaran yang digunakan oleh TCP (dijelaskan kemudian) dirancang untuk mencegah atau meringankan kemacetan Window Policy (Jendela Kebijakan) Jenis jendela pengirim juga dapat mempengaruhi kemacetan. Jendela pengulangan selektif lebih baik dari jendela-go Back-N untuk pengendalian kemacetan. Di N-Go Back-

4 jendela, ketika waktu untuk kali paket keluar, mungkin beberapa paket membenci, meskipun kemungkinan beberapa telah tiba aman dan suara pada penerima. duplikasi ini mungkin membuat kemacetan parah. Jendela Ulangi Selektif, di sisi lain, mencoba untuk mengirim paket khusus yang telah hilang atau rusak Acknowledgment Policy (Pengakuan Kebijakan ) Kebijakan pengakuan yang dikenakan oleh penerima juga dapat mempengaruhi kemacetan. Jika penerima tidak mengakui setiap paket yang diterima, hal itu mungkin memperlambat pengirim dan membantu mencegah kemacetan. Beberapa pendekatan yang digunakan dalam kasus ini. penerima mungkin mengirimkan pemberitahuan hanya jika memiliki paket untuk dikirim atau waktu khusus berakhir. Penerima dapat memutuskan untuk mengakui hanya paket N pada suatu waktu. Kita perlu tahu bahwa pengakuan juga merupakan bagian dari beban dalam jaringan. Mengirim lebih sedikit pengakuan berarti memaksakan beban sedikit pada jaringan Discarding Policy (Kebijakan membuang) Kebijakan membuang baik oleh arah dapat mencegah kemacetan dan pada saat yang sama tidak dapat membahayakan integritas transmisi. Misalnya, dalam transmisi audio, jika kebijakan tersebut adalah untuk membuang paket kurang sensitif ketika kemacetan yang mungkin terjadi, yang kualitas suara masih ada dan kemacetan dicegah atau dikurangi Admission Policy (Kebijakan Pendaftaran) Suatu kebijakan masuk, yang merupakan kualitas mekanisme-service, juga bisa mencegah kemacetan di jaringan virtual-circuit. Tombol dalam aliran pertama diperiksa dulu kebutuhan sumber daya aliran sebelum mengakui ke jaringan. arah A dapat menyangkal membangun virtual sirkuit koneksi jika ada kemacetan dalam jaringan atau jika ada kemungkinan masa depan kemacetan Closed-Loop Congestion Control ( Putaran tertutup pengendalian kemacetan ) Mekanisme pengendalian kemacetan putaran tertutup mencoba untuk mengurangi kemacetan setelah terjadi. Beberapa mekanisme telah digunakan oleh protokol yang berbeda. Kita menjelaskan beberapa di sini Backpressure ( tekanan belakang) Teknik tekanan belakang mengacu pada mekanisme pengendalian kemacetan di mana simpul padat berhenti menerima data dari node hulu langsung atau node. Ini dapat menyebabkan node atau node hulu atau menjadi sesak, dan mereka, pada gilirannya, menolak data dari node hulu atau node. Dan seterusnya. Tekanan belakang adalah node-ke-node pengendalian kemacetan yang dimulai dengan node dan menjalar, dalam arah yang berlawanan dari aliran data ke sumbernya. Teknik tekanan belakang dapat diterapkan hanya

5 untuk virtual circuit jaringan, di mana setiap node node hulu tahu dari mana aliran data corning. Gambar 24.6 menunjukkan ide tekanan belakang. Node III dalam gambar memiliki data masuk lebih dari itu bisa menangani. Ini tetes beberapa paket dalam penyangah masuk dan menginformasikan node II untuk memperlambat. Node II, pada gilirannya, mungkin sesak karena memperlambat aliran data keluar. Jika node II padat, menginformasikan node I untuk memperlambat, yang pada gilirannya dapat menciptakan kemacetan. Jika demikian, node I menginformasikan sumber data untuk memperlambat. Ini, dalam waktu mengurangi kemacetan. Catatan sebuah tekanan bahwa pada node III dipindahkan mundur ke sumber untuk menghapus kemacetan Choke Packet ( paket cok ) Paket cok adalah paket dikirim oleh sebuah node sumber untuk menginformasikan kemacetan. Perhatikan perbedaan antara tekanan belakang dan metode paket cok. Dalam tekanan belakang, peringatan ini dari satu node ke node hulu, meskipun peringatan akhirnya mencapai stasiun sumber. Dalam metode paket cok, peringatan ini dari arah yang telah mengalami kemacetan ke stasiun sumber langsung. Tingkat menengah node melalui paket bepergian tidak peringatan. Kita telah melihat contoh dari jenis pengaturan dalam ICMP. Ketika suatu arah di Internet membanjiri dengan datagram IP, mungkin membuang beberapa dari mereka, tetapi menginformasikan sumber tuan rumah, menggunakan sumber memuaskan pesan ICMP. Pesan peringatan pergi langsung ke stasiun sumber, arah menengah, dan tidak mengambil tindakan apapun. Gambar 24.7 menunjukkan gagasan tekanan balik.

6 Implicit Signaling ( sinyal lengkap ) Dalam sinyal lengkap, tidak ada komunikasi antara node tersumbat atau node dan sumbernya. Sumber itu menduga bahwa ada kemacetan di suatu tempat di jaringan dari gejala lainnya. Sebagai contoh, ketika sumber mengirim beberapa paket dan ada tidak ada pengakuan untuk sementara waktu, satu asumsi adalah bahwa jaringan padat. keterlambatan dalam menerima pengakuan adalah diartikan sebagai kemacetan dalam jaringan, sedangkan sumber harus memperlambat. Kita akan melihat jenis sinyal ketika kita membahas TCP pengendalian kemacetan dalam bab ini Explicit Signaling ( sinyal jelas ) Simpul yang mengalami kemacetan secara jelas dapat mengirim sinyal ke sumber atau tujuan. Metode sinyal jelas, bagaimanapun adalah berbeda dari metode paket cok. Dalam metode paket cok, sebuah paket yang terpisah digunakan untuk tujuan ini dalam Metode sinyal jelas, sinyal yang termasuk dalam paket yang membawa data. Sinyal jelas, seperti yang akan kita lihat dalam pengendalian kemacetan di bingkai beranting, dapat terjadi baik di depan atau arah belakang. Sinyal Mundur Sedikit dapat diatur dalam paket bergerak dalam arah berlawanan untuk kemacetan. Bit ini dapat memperingatkan sumber yang ada kemacetan dan bahwa perlu untuk memperlambat untuk menghindari pembuangan paket. Sinyal bagian depan Sedikit dapat diatur dalam paket bergerak dalam arah kemacetan. Bit ini dapat memperingatkan tujuan bahwa ada kemacetan. Penerima dalam hal ini dapat menggunakan kebijakan, seperti memperlambat pengakuan, untuk meringankan kemacetan. 1.4 Kemacetan TCP (Example) Kita sekarang menunjukkan bagaimana TCP menggunakan kontrol kongesti untuk menghindari kemacetan atau mengurangi kemacetan pada jaringan Kontrol Kemacetan di TCP Kita sekarang menunjukkan bagaimana TCP menggunakan pengendalian kemacetan untuk menghindari kemacetan atau mengurangi kemacetan pada jaringan Jendela Kemacetan Kita mengatakan bahwa ukuran jendela pengirim ditentukan oleh faedah ruang penyangah dapat di terima (rwnd). Dengan kata lain, kita berasumsi bahwa hanya penerima yang dapat mendikte pengirim ukuran jendela pengirim. Kita benar-benar diabaikan entitas lain di sini-jaringan. Jika jaringan tidak bisa mengirimkan data secepat mereka dibuat oleh pengirim, maka harus memberitahu pengirim untuk memperlambat. Dengan kata lain, di samping penerima, jaringan adalah entitas kedua yang menentukan ukuran jendela pengirim. Hari ini, ukuran jendela pengirim ditentukan tidak hanya oleh penerima tetapi juga oleh kemacetan dalam jaringan. Pengirim memiliki dua potongan informasi: ukuran jendela penerima-diiklankan dan kemacetan ukuran jendela. Ukuran sebenarnya dari jendela adalah minimum dua.

7 1.4.3 Kemacetan Kebijakan Ukuran sebenarnya jendela = minimum (rwnd, cwnd) Kebijakan umum TCP untuk penanganan kemacetan didasarkan pada tiga fase: start lambat, penghindaran kemacetan, dan deteksi kemacetan. Pada fase lambat-start, pengirim mulai dengan tingkat penularan sangat lambat, tetapi meningkatkan laju cepat untuk mencapai ambang pintu. Ketika ambang batas tersebut tercapai, kecepatan data dikurangi untuk menghindari kemacetan. Akhirnya jika kemacetan terdeteksi, pengirim akan kembali ke awallambat atau menghindari kemacetan fase didasarkan pada bagaimana kemacetan terdeteksi. mulai lambat: Eksponensial Meningkatkan Salah satu algoritma yang digunakan dalam TCP pengendalian kemacetan ini disebut mulai lambat. Algoritma ini didasarkan pada gagasan bahwa ukuran kemacetan jendela (cwnd) dimulai dengan satu ukuran segmen maksimum (MSS). MSS ini ditentukan selama pembentukan koneksi dengan menggunakan pilihan dari nama yang sama. ukuran jendela akan bertambah satu setiap kali MSS pengakuan diterima. Sebagai nama menyiratkan, jendela mulai perlahan, tetapi tumbuh secara eksponensial. Untuk menampilkan ide, mari kita lihat Gambar Perhatikan bahwa kita telah menggunakan tiga penyederhanaan untuk membuat diskusi lebih dimengerti. Kita telah menggunakan nomor segmen bukan darinomor byte (seolah-olah setiap segmen hanya berisi 1 byte). Kita telah mengasumsikan bahwa rwnd jauh lebih tinggi daripada cwnd, sehingga ukuran jendela pengirim selalu sama cwnd. Kita telah mengasumsikan bahwa setiap segmen diakui secara individual. Pengirim dimulai dengan cwnd = 1MSS. Ini berarti bahwa pengirim dapat mengirim hanya satu segmen. Setelah menerima pengakuan untuk segmen 1, ukuran jendela kemacetan meningkat sebesar 1, yang berarti cwnd yang sekarang 2. Sekarang dua segmen lebih dapat dikirim. Ketika setiap pengakuan diterima, ukuran jendela yang meningkat sebesar 1 MSS. Ketika semua tujuh segmen diakui, cwnd = 8.

8 Jika kita melihat ukuran cwnd dalam hal putaran (pengakuan dari seluruh jendela segmen), kita menemukan bahwa angka tersebut adalah eksponensial seperti ditunjukkan di bawah ini: Start cwnd = 1 After round 1 cwnd = 2 1 = 2 After round 2 cwnd = 2 2 = 4 After round 3 cwnd = 2 3 = 8 Kita perlu untuk menyebutkan bahwa jika ada tertunda ACK, peningkatan ukuran jendela kurang dari kekuatan 2. mulai Lambat tidak dapat dilanjutkan tanpa batas. Harus ada ambang batas untuk menghentikan ini fase. Pengirim melacak sebuah ssthresh variabel bernama (lambat-start ambang batas). Bila ukuran jendela dalam bytes mencapai ambang pintu, berhenti mulai lambat dan berikutnya fase dimulai. Pada sebagian besar implementasi nilai ssthresh adalah byte. Penghindaran Kemacetan : Meningkatkan aditif jika kita dengan algoritma lambat-start, ukuran jendela kemacetan meningkat secara eksponensial. Untuk menghindari kemacetan sebelum hal itu terjadi, seseorang harus memperlambat pertumbuhan yang eksponensial. TCP mendefinisikan algoritma-lain disebut algoritma kendali menghindari kemacetan, yang mengalami peningkatan aditif bukan salah satu yang eksponensial. Bila ukuran jendela kemacetan mencapai start-lambat ambang, berhenti fase lambat mulai dan tahap aditif dimulai. Dalam algoritma ini, setiap kali jendela seluruh segmen diakui (satu putaran), ukuran jendela kemacetan meningkat sebesar 1. Untuk menampilkan ide, kita terapkan algoritma ini sama skenario sebagai mulai lambat, walaupun kita akan melihat bahwa biasanya algoritma penghindaran kemacetan dimulai ketika ukuran jendela jauh lebih besar dari 1. Gambar 24.9 menunjukkan gagasan itu.

9 Dalam hal ini, setelah pengirim telah menerima ucapan terima kasih untuk jendela lengkap ukuran segmen, ukuran jendela adalah bertambah satu segmen. Jika kita melihat ukuran cwnd dalam hal putaran, kita menemukan bahwa persentase tambahan sebagai ditunjukkan di bawah ini: Dalam algoritma menghindari kemacetan, ukuran kemacetan meningkat bila jendela penambahan sampai kemacetan terdeteksi Kemacetan Deteksi: multiplikatif Penurunan jika kemacetan terjadi, kemacetan ukuran jendela harus dikurangi. Satu-satunya cara pengirim dapat menebak kemacetan yang memiliki terjadi adalah dengan kebutuhan untuk Retransmisi segmen. Namun, retransmissi dapat terjadi pada salah satu dari dua kasus: ketika suatu kali waktu keluar atau ketika tiga ACK diterima. Dalam kedua kasus, ukuran ambang terjatuh ke satu-setengah, turun perkalian. Sebagian besar implementasi TCP memiliki dua reaksi: I. Jika batas waktu terjadi, ada kemungkinan lebih kuat dari kemacetan, segmen telah mungkin telah jatuh pada jaringan, dan tidak ada berita tentang segmen dikirim. Dalam hal ini TCP bereaksi kuat: a Hal ini menetapkan nilai ambang untuk satu-setengah dari ukuran jendela aktif. b. Hal set cwnd dengan ukuran satu segmen. c. Dimulai fase lambat mulai lagi. 2. Jika tiga ACK diterima, ada kemungkinan lebih lemah dari kemacetan; segmen mungkin telah menurun, tetapi beberapa segmen setelah itu mungkin telah tiba dengan selamat tiga ACK diterima. Hal ini disebut transmisi cepat dan pemulihan sistem yang cepat. Dalam hal ini kasus, TCP memiliki reaksi yang lebih lemah: a. Hal ini menetapkan nilai ambang untuk satu-setengah dari ukuran jendela aktif. b. Hal set cwnd dengan nilai ambang (beberapa implementasi menambahkan tiga segmen ukuran untuk ambang batas). c. Dimulai fase menghindari kemacetan. Sebuah implementasi bereaksi terhadap deteksi kemacetan di salah satu cara berikut: Jika penemuan adalah dengan time-out, lambat-start baru dimulai fase. Jika penemuan adalah dengan tiga ACK, fase menghindari kemacetan baru dimulai. Ringkasan Dalam Gambar 24.10, merangkum kebijakan kemacetan TCP dan hubungan yang fokus dalam membangun hubungan antara tiga fase.

10 Disini kita berasumsi bahwa ukuran jendela maksimum adalah 32 segmen. ambang diatur untuk 16 segmen (satu-setengah dari jendela maksimumukuran). Pada fase lambat mulai ukuran jendela dimulai dari 1 dan tumbuh secara eksponensialhingga mencapai ambang pintu. Setelah mencapai batas, menghindari kemacetan (Kenaikan aditif) prosedur memungkinkan ukuran jendela untuk meningkat secara linear sampai waktu-keluar terjadi atau ukuran jendela maksimum tercapai. Dalam Gambar batas waktu terjadi ketika ukuran jendela 20. Pada saat ini, prosedur penurunan perkalian mengambil atas dan mengurangi ambang untuk satu-setengah dari ukuran jendela sebelumnya. Sebelumnya ukuran jendela adalah 20 ketika waktu-out terjadi sehingga ambang baru sekarang 10. TCP bergerak untuk memperlambat mulai lagi dan mulai dengan ukuran jendela 1, dan bergerak TCPuntuk meningkatkan tambahan jika ambang batas baru tercapai. Bila ukuran window adalah 12, tiga-ack terjadi. Prosedur Penurunan multiplikatif mengambil alih lagi. Ambang diatur untuk 6 dan TCP pergi ke fase peningkatan aditif saat ini. Ini masih dalam tahap sampai batas waktu yang lain atau yang lain tiga Asks terjadi. Pengendalian kemacetan di Frame Relay Kemacetan dalam jaringan Frame Relay menurun kelambatan dan kesiapan meningkat. Tinggi yang kesiapan dan kelambatan rendah adalah tujuan utama dari protokol Frame Relay. Frame Relay tidak memiliki pengaturan aliran. Selain itu, Frame Relay memungkinkan pengguna untuk mengirimkan pecahan data.

11 Ini berarti bahwa jaringan Frame Relay memiliki potensi untuk benar-benar sesak dengan lalu lintas, sehingga membutuhkan pengendalian kemacetan. 1.5 Menghindari Kemacetan Untuk menghindari kemacetan, protokol Frame Relay menggunakan 2 bit dalam bingkai secara eksplisit memperingatkan sumber dan tujuan adanya kemacetan. BECN Pemberitahuan mundur kongesti eksplisit (BECN) sedikit memperingatkan pengirimkongesti dalam jaringan. Orang mungkin bertanya bagaimana hal ini dilakukan karena bingkai perjalanan jauh dari pengirim. Bahkan, ada dua metode: Switch dapat menggunakan respon frame dari penerima (full-duplex mode), atau tombol dapat menggunakan standar konektortion (DLCI = 1023) untuk mengirim frame khusus untuk tujuan tertentu. Pengirim dapat merespon peringatan ini hanya dengan mengurangi tingkatdata. Gambar menunjukkan penggunaan BECN. FECN Pemberitahuan kemacetan bagian depan yanh jelas (FECN) bit digunakan untuk memperingatkan penerima kemacetan di jaringan. Hal ini mungkin muncul bahwa penerima tidak dapat melakukan apa saja untuk meringankan kemacetan. Namun, protokol Frame Relay mengasumsikan bahwa pengirim dan penerima yang berkomunikasi satu sama lain dan menggunakan beberapa jenis aliran pengendalian pada tingkat yang lebih tinggi. Sebagai contoh, jika ada mekanisme pengakuan di tingkat yang lebih tinggi, penerima dapat menunda pengakuan, sehingga memaksa pengirim untuk memperlambat. Gambar menunjukkan penggunaan FECN.

12 Ketika dua bagian akhir yang berkomunikasi menggunakan jaringan Frame Relay, empat situasi yang mungkin terjadi sehubungan dengan kemacetan. Gambar 24,14 menunjukkan keempat situasi dan nilai-nilai FECN dan BECN. REFERENCES [1] Forouzan A. Behrouz, Data Communication and Networking Fourth Edition McGraw- Hill, 2007.