TCP Timeout and Retransmission

TCP Timeout and
Retransmission
miyu
今日のお話
• TCPのタイムアウトと再転送
• RTTとRTO
• スロースタート、輻輳回避、高速転送、高
速リカバリ
• ICMPエラー
• 再パケット化
introduction
• TCPは信頼できるトランスポート層を提供する
• 信頼性を提供するには？
– 一方のエンドがデータを受け取ったら他方のエンドに
確認応答をだす
• データ・セグメントも確認応答も途中で失われて
しまったら？
– タイムアウトを設定し、タイムアウトが切れるまでに
データが確認応答されなければ、そのデータを再転送
TCPの４つのタイマー
•
•
•
•
再転送タイマー
持続タイマー →22章
キープアライブタイマー →23章
2MSLタイマー →18章6節
シンプルなタイムアウトと再転送
の例
% telnet srv4 discard
Trying 140.252.13.34…
Connecte to srv4.
Hello,world\n
←通常の状態でこの行を送信
And hi \n ←この行を送信する前にケーブルをはずす
Connection closed by foreign host. ←９分後に出力
1 0.0 bsdi.1029 > svr4.discard: S 1747921409:1747921409(0) win 4096
<mss 1024>
通常のコネクション
2 0.004811 ( 0.0048) svr4.discard > bsdi.1029:
S3416685569 :3416685569(0) ack 1747921410 win 4096 <mss 1024>
3 0.006441 ( 0.0016) bsdi.1029 > svr4.discard: . ack 1 win 4096
4 6.102290 ( 6.0958) bsdi.1029 > svr4.discard: P 1:15(14) ack 1 win
4096
hello worldの転送・ACK
5 6.259410 ( 0.1571) svr4.discard > bsdi.1029: . ack 15 win 4096
6 24.480158 (18.2207) bsdi.1029 > svr4.discard: P 15:23(8) ack 1 win
4096
and hiが送られる
7 25.493733 ( 1.0136) bsdi.1029 > svr4.discard: P 15:23(8) ack 1 win
4096
…
19 566.488478 (64.0015) bsdi.1029 > svr4.discard: R 23:23(0) ack 1 win
7行目→18行目
• セグメントの12回にわたる再転送
• 時間間隔
– 1,3,6,12,24,48,64
• 指数バックオフ
往復時間(RTT)の測定
• タイムアウトと再転送の基本はコネクション
におけるRTTの測定！
– 経路の変化やネットワークの変化によって変
化するから
• 適当なシーケンス番号を持つバイトの送信
からその確認応答が返されるまでの往復
時間を測定
往復時間の測定
• R←αR+(1-α)M
– α…平滑化係数(推奨値 0.9)
– M…測定されたRTTの値
– R…ロー･パス・フィルタを用いて平滑化された
RTT評価値
• RTO=Rβ(RFC 793 再転送タイムアウト値)
– β…遅延分散係数（推奨値 2）
問題点
• 不必要な再転送により生じるRTTの変動
に対応できない
– ネットワークに負荷がかかっていると、不必要
な再転送は無駄すぎ
• 必要なことは、平滑化されたRTT評価値に
加えRTT測定値の分散を監視すること
– 平均値と分散値をベースにRTOを計算すれば、
単に平均値の定数倍として計算するよりも往
復時間の変動に対応することが可能
RTTの測定値Mに適用する計算式
Err=M-A
A←A+gErr
D←D+h(|Err|-D)
RTO=A+4D
A←平滑化されたRTT
D←平滑化された平均偏差
Err←実際の測定値と現行RTTの差分
g←平均1/8
h←偏差の係数(0.25)
• 係数が大きくなるとRTTが変化したときRTOはよ
り速く増加する
Karnのアルゴリズム
• パケットが再転送されたとき
パケットが転送され、タイムアウトが発生
↓
RTOが増大し、長いRTOでパケットが再転送
↓
確認応答が到着
このACKは最初の転送のもの？２番目のもの？
タイムアウトと再転送が発生したとき、
再転送されたデータの確認応答が戻ってきても
RTT評価値を更新することはできない
例
往復時間の測定
• 500ミリ秒のTCPタイマー・ルーチンが起動
するごとにカウンタを増加させる
– 送信から550mmsecで確認応答が到着するセ
グメントは？
• 1周期RTT（500ミリ秒）or2周期RTT（1000ミリ秒）
• 周期カウンタとセグメントのデータの初期
シーケンス番号が記録される
– シーケンス番号を含むACKがくるとタイマーは
OFF
往復時間の測定
0.03
0.00
0.53
1.03
1.53
1.061 1.063
1.061sec 3周期
2.03
2.53
1.871 1.872
0.808sec 1周期
3.03
2.887
1.015sec 2周期
RTT評価値の初期化、更新
• 初期再転送タイムアウトの計算
• 初期SYNの転送のRTO
RTO=A+4D (AとDは０秒と３秒に初期化)
– 初期計算のときは2D
• Ex)5.802秒後にタイムアウトが発生すると
–
–
–
–
RTO=A+4D=0+4x3=12秒
指数バックオフが12に適用
次のタイムアウトは2の倍数→24秒
次は4の倍数→48秒
初期SYNが失われたときのtcpdump
1 0.0 slip1024>vangogh.discard:S35648001:35648001(0) win 4096
<mss 256>
2 5.802377 (5.8024) slip.1024 >vangogh.discard:
S35648001:35648001(0) win 4096 <mss 256>
3 6.269395 (0.4670) vangogh.discard > slip.1024: S
1365512705:1365512705(0) ack 35648002 win 8192 <mss 512>
4 6.270796 (0.0014) slip. 1024 > vangogh.discard: . ack 1 win 4096
• 5.802秒後にタイムアウトが発生
–
–
–
–
RTO=A+4D=0+4x3=12秒
指数バックオフが12に適用最初のタイムアウト
次のタイムアウトは2の倍数→24秒
次は4の倍数→48秒
• 再転送後、467ミリ秒でACKが到着
– AとDは更新されない
• 再転送の曖昧さに関するKarnのアルゴリズムが適用される
• 最初のデータセグメントのACKが到着すると3ク
ロック周期がカウント、評価値を初期化
– A=M+0.5=1.5+0.5=2
– D=A/2=1
– RTO=A+4D=2+4x1=6秒
• 2番目のACKが到着すると1クロック周期がカウ
ントされ、評価値も更新
• スロースタート
データセグメントの転送
セグメントの開始シーケンス番号と
送信された時刻
再送が行われている
データ再転送しろ！
重複ACKの数をカ
ウントし、３つ目をう
けとるとセグメントが
消失したと考え、
シーケンス番号の
セグメントだけを再
転送
→高速再転送アル
輻輳回避アルゴリズム
• 中継ルーターの限界に達して破棄されたパケット
の問題を解決
• 前提:
– パケットが破損によって失われることは1%以下
– パケットの消失は発信元とあて先のネットワーク上の
どこかで輻輳が発生することを示す信号になる
• パケットの消失を示すものは？
– タイムアウトの発生
– 重複ACKの受信
輻輳回避とスロースタート
• 本当は独立したもの
• 輻輳が発生するとスロースタートを再度利
用する
– ネットワークに流すパケットの転送率を減らす
ため
• コネクションで管理される二つの変数を必
要とする
– 輻輳ウィンドウ(cwnd)
– スロースタートの閾値(ssthresh)
２つのアルゴリズムの機能
• コネクションの初期化 cwndは１セグメント、ssthreshは65535バイト
• TCPの出力ルーチンはcwndと受けての広告したウィ
ンドウとの最小値を超えた送信は行わない
– 輻輳回避は送り手によるフロー制御形式、window
advertismentは受けてによるフロー制御形式
• 輻輳が発生すると、現行ウィンドウサイズ1/2が
ssthreshにセーブされる
• 新しいデータが確認応答されるとcwndを増加
– cwnd<=ssthreshの場合スロースタート、そうでなければ輻輳
回避
スロースタートと輻輳回避のグラフ化
(輻輳がcwnd=32セグメントで起こったとき)
ssthresh
cwnd
(セグメント)
往復時間
高速再転送と高速リカバリアルゴリズム
• 順番の違ったセグメントを受け取ったとき、直ちに確認
応答（重複ACK）を生成する必要がある
– セグメントの順番が違って送られてきた、送られてくるべき
シーケンス番号を教える
• セグメントの消失なのか？単にセグメントが入れ替わっ
て送られてきただけなのか
– 入れ替わってるだけなら１，２個、消失なら多いはず
– いくつか送られてくるのを待たなければならない
• 再転送タイマーが切れるのを待たずに…
– 消失したと思われるセグメントの再転送
– 輻輳回避を行うがスロースタートは行わない
高速再転送と高速リカバリアルゴリズム
• 重複するACKが３つ以上返された後もスロース
タートを行わない
– 他のセグメントを送ったときに重複ACKを生成するこ
とができない→受信バッファに蓄え
– 2台のエンド間でのデータフローは継続してるからス
ロースタートに以降してフローを削減したくない！
• 再転送を行う&&再転送の確認応答が届く前に
新しいデータを含む３つのセグメントを送る
高速再転送と高速リカバリアルゴリズム
• 3番目の重複ACKが受け取られるとssthreshが現
行のcwndの1/2に設定される
• 消失セグメントの再転送
• cwndをssthreshにセグメントサイズの3倍を加えた
ものに設定
• 別の重複ACKが到着するたびにcwndをセグメン
トサイズ単位で増加させ、パケットを転送
• 新しいデータを確認応答するACKが到着したら
cwndを上のssthreshに設定する
– 消失セグメントの再転送のACKであり、再転送から1
往復時間が過ぎている。
– パケットが消失したときに転送率を1/2に減らしている
から輻輳回避になる
cwndとssthreshの値
• セグメントが転送されるごとのcwndと
ssthreshの値
• 輻輳が発生していなかったら
– 輻輳ウィンドウは受けての広告したウィンドウ
を超過し、広告されたウィンドウがデータフ
ローの制限となる
• 輻輳が発生していたら？
データ転送中のcwndの値と送信シーケンス番号
ssthresh=1/2xcwnd
wnd=ssthresh+重複ACKの数
xセグメントサイズ
再転送
]重複ACK
ルートごとのメトリクス
• ルーティングテーブルエントリで管理
• あて先のrouting table entryがdefault route
でない場合
– 平滑化されたRTT,平均偏差、スロースタート
の閾値がエントリにセーブされる
• Routeコマンドで特定経路のメトリクスを設
定
ICMPエラー
• 発信元抑制
– cwndはスロースタートに初期化
– ssthreshは変更されず、ウィンドウは最後まで
or輻輳が発生するまでオープンされる
• ホスト到達不可orネットワーク到達不可
– 一時的なものとみなされ無視
– コネクションを中断させることはない
1 0.0 slip.1035 > aix. echo: P 1:11(10) ack 1
2 0.212271 ( 0.2123) aix.echo > slip.1035: P 1:11(10) ack 11
3 0.310685 ( 0.0984) slip.1035 > aix.echo: . ack 11
SLIP link brought down here
4 174.758100 (174.4474) slip.1035 > aix.echo: P 11:24(13) ack 11
5 174.759017 ( 0.0009) sun > slip: icmp: host aix unreachable
6 177.150439 ( 2.3914) slip.1035 > aix.echo: P 11:24(13) ack 11
7 177.151271 ( 0.0008) sun > slip: icmp: host aix unreachable
8 182.150200 ( 4.9989) slip.1035 > aix.echo: P 11:24(13) ack 11
9 182.151189 ( 0.0010) sun > slip: icmp: host aix unreachable
10 192.149671 ( 9.9985) slip.1035 > aix.echo: P 11:24(13) ack 11
11 192.150608 ( 0.0009) sun > slip: icmp: host aix unreachable
12 212.148783 ( 19.9982) slip.1035 > aix.echo: P 11:24(13) ack 11
13 212.149786 ( 0.0010) sun > slip: icmp: host aix unreachable
SLIP link brought up here
14 252.146774 ( 39.9970) slip.1035 > aix.echo: P 11:24(13) ack 11
15 252.439257 ( 0.2925) aix.echo > slip.1035: P 11:24(13) ack 24
16 252.505331 ( 0.0661) slip.1035 > aix.echo: . ack 24
17 261.977246 ( 9.4719) slip.1035 > aix.echo: P 24:38(14) ack 24
18 262.158758 ( 0.1815) aix.echo > slip.1035: P 24:38(14) ack 38
19 262.305086 ( 0.1463) slip.1035 > aix.echo: . ack 38
SLIP link brought down here
20 458.155330 (195.8502) slip.1035 > aix.echo: P 38:52(14) ack 38
21 458.156163 ( 0.0008) sun > slip: icmp: host aix unreachable
22 461.136904 (2.9807) slip.1035 > aix.echo: P 38:52(14) ack 38
23 461.137826 (0.0009) sun > slip: icmp: host aix unreachable
24 467.136461 (5.9986) slip.1035 > aix.echo: P 38:52(14) ack 38
25 467.137385 (0.0009) sun > slip: icmp: host aix unreachable
26 479.135811 ( 11.9984) slip.1035 > aix.echo: P 38:52(14) ack 38
27 479.136647 ( 0.0008) sun > slip: icmp: host aix unreachable
28 503.134816 ( 23.9982) slip.1035 > aix.echo: P 38:52(14) ack 38
29 503.135740 ( 0.0009) sun > slip: icmp: host aix unreachabie
………
44 1000.219573 ( 64.0959) slip.1035 > aix.echo: P 38:52(14) ack 38
45 1000.220503 ( 0.0009) sun > slip: icmp: host aix unreachable
46 1064.201281 ( 63.9808) slip.1035 > aix.echo: R 52:52(0) ack 38
47 1064.202182 ( 0.0009) sun > slip: icmp: host aix unreachable
再パケット化
• 再パケット化で大きなセグメントを送信、パ
フォーマンスを向上
1 0.0 bsdi. 1032 > svr4.discard: P 1:13(12) ack 1
2 0.140489 ( 0.1405) svr4.discard > bsdi.1032: . ack 13
Ethernet cable disconnected here type”line number 2”
3 26.407696 (26.2672) bsdi.1032 > svr4.discard: P 13:27(14) ack 1
4 27.639390 ( 1.2317) bsdi.1032 > svr4.discard: P 13:27(14) ack 1
5 30.639453 ( 3.0001) bsdi.1032 > svr4.discard: P 13:27(14) ack 1
Type “and 3”
バイト数が増える
6 36.639653 ( 6.0002) bsdi.1032 > svr4.discard: P 13:33(20) ack 1
7 48.640131 (12.0005) bsdi.1032 > svr4.discard: P 13:33(20) ack 1
8 72.640768 (24.0006) bsdi.1032 > svr4.discard: P 13:33(20) ack 1
Ethernet cable reconnected here
9 72.719091 ( 0.0783) svr4.discard > bsdi.1032: . ack 33

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