Flusskontrolle Bei einer Protokollauswahl =/= TCP Wie wird die Flusskontrolle realisiert, worauf muss geachtet werden? Matthias Laesker Hauptseminar Telematik.

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1 Flusskontrolle Bei einer Protokollauswahl =/= TCP Wie wird die Flusskontrolle realisiert, worauf muss geachtet werden? Matthias Laesker Hauptseminar Telematik 05.07.2004

2 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP2 Gliederung 1. Einleitung  1.1. Begriffserklaerung  1.2. TCP 2. Protokolle  2.1. UPD  2.2. CUPD  2.3. RTP/RTCP  2.3.1. RTP  2.3.2. RTCP  2.4. RSVP  2.5. SCP 3. Zusammenfassung

3 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP3 1.1. Was ist Flusskontrolle ?  Anpassung der Sendeleistung des Senders an die Verarbeitungsmoeglichkeiten des Empfaengers  benoetigt im Allgemeinen eine Art Feedback-Mechanismus

4 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP4 1.2. TCP Slowstart Algorithmus Sliding Window

5 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP5 1.2. TCP Vorteil:  Zuverlaessigkeit Nachteile:  Hohe Verzoegerung  Grosser Overhead

6 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP6 2.Uebersicht TCP UDP RSVP RTPSCPCUDP RCTP

7 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP7 2.1. UDP (User Datagram Protocol) Verbindungslos Keine Garantie das Daten ankommen, jedoch das empfangene Daten korrekt sind Effizient, da keinerlei Transportquittungen  Geeignet fuer echtzeitkritische Anwendungen

8 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP8 2.1. UDP (User Datagram Protocol)  Vorteile Geringe Bandbreitenverluste, da Header nur 8 byte Keine Wartezeiten bei Datenstau  Nachteile Moeglicher Datenverlust Keinerlei Fluss- und Staukontrolle

9 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP9 2.2. CUDP (Cyclic User Datagram Protocol) Speziell fuer Uebertragung von Audio/Video-Daten entwickelt Enthaelt zwei Komponenten (1) Auswertungskomponente  Mediendaten werden hinsichtlich Relevanz und Prioritaet ausgewertet und neu geordnet  Muss fuer jede Anwendung seperat entwickelt werden (2) Uebertragungskomponente  Uebertraegt Daten entsprechend ihrer Prioritaet  Beinhaltet Fehlerkorrektur und Flusskontrolle

10 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP10 2.2. CUDP (Cyclic User Datagram Protocol) Uebertragungskomponente  Fehlerkorrektur  Pakete enthalten Sequenznummer wie bei UDP  Empfaenger bernachrichtigt Sender ueber fehlende Pakete  Sender fuegt (wenn moeglich) fehlende Pakete mit hoechster Prioritaet in Datenstrom ein  Flusskontrolle  Empfaenger bestimmt 3 Werte Verzoegerung Bandbreite der empfangenen Daten Anteil der verlorenen Daten  Parameter werden in Zeitintervall gemessen und zum Sender uebertragen

11 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP11 2.2. CUDP (Cyclic User Datagram Protocol) Vorteile  Fehlerkorrektur wird im Gegensatz zu TCP nur betrieben, wenn moeglich  Flusskontrolle Nachteile  Performance abhaengig vom Auswertungsalgorithmus  Worst case: gleiche Leistung wie UDP

12 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP12 2.3.1. RTP (Realtime Transport Protocol) Kann auf jedes Transportprotokoll aufgesetzt werden Besitzt selbst keine Flusskontrolle  Flusskontrolle mittels RTCP Stellt Realtimeanwendungen drei Funktionen zur Verfuegung Identifikation der Art der uebertragenen Daten Sequenznummerierung Zeitstempel

13 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP13 2.3.2. RTCP (RTP Control Protocol) Beruht auf einem periodischen Austausch von Kontrollpaketen (ca. 5% des RTP Datenstroms)  Ziele: dynamische Skalierung der Anwendung Anpassung an jeweilige QoS Parameter

14 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP14 2.3.2. RTCP (RTP Control Protocol)  Hauptfunktionen (1) Rueckmeldung der erzielten Dienstqualitaet Pakete enthalten Informationen ueber erzielte Dienstqualitaet  Sender kann Uebrertragungsparameter anpassen (2) Identifikation der Sitzungsteilnehmer RTCP uebertraegt Cname an Sender Empfaenger kann am Cname verschiedene Datenstroeme dem Sender eindeutig zuordnen und weiterverarbeiten (3) Kontrolle der RTCP-Bandbreite Nur 5% des Datenstroms RTCP 25% davon fuer Sendeberichte, damit neue Teilnehmer die Sender gleich identifizieren koennen (4) Sitzungskontrolle

15 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP15 2.3. RTP/RTCP  Vorteile Kontrolle der Datenuebertragung  Minimiert den Datenverlust des UDP Besitzt Flusskontrolle durch RTCP  Nachteile Erhoehter Overhead RTP-Header min. 12 byte Flusskontrolle durch RTCP: 5% der Gesammtuebertragung  Verwendung: im von Realnetworks benutzten RTSP

16 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP16 2.4. RSVP (Resource Reservation Protocol) Protokoll der Transportschicht Gute Unterstuetzung fuer Dienste der Com-Schicht Reserviert benoetigte Resourcen um QoS fuer Uni- und Multicast Datenstroeme sicherzustellen

17 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP17 2.4. RSVP (Resource Reservation Protocol) Funktionsweise 1. Empfaenger schickt Resourcenanfrage an Sender 2. Sender stellt Resourcenanfrage an jeden Uebertragungspunkt 3. Ablehnung: RSVP gibt Fehlermeldung an Empfaenger 4. Erfolg: Uebertragungspunkt konfiguriert Paketplan um entsprechenden QoS sicherzustellen 5. Wenn Uebertragung beendet  Senden einer Abschlussmeldung  Verbindung wird unterbrochen  Resourcen werden freigegeben

18 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP18 2.4. RSVP (Resource Reservation Protocol)  Vorteil Eliminierung der Unsicherheit des UDP und der “ueberschuessigen” Daten des TCP  Nachteile Alle Bestandteile der Netzwerkstruktur muessen RSVP unterstuetzen CPU-Belastung jeder Zwischenstation beim Verbindungsaufbau

19 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP19 2.5. SCP(Streaming Control Protocol)  Unicast Protokoll  Entwicklung von SCP basiert auf der Beobachtung, das uebertrieben viele Pakete auf Netzwerkbestandteilen zu Pufferaufbau fuehren und deshalb RTT erhoehen.  Zu viel Pufferung schlecht fuer RT-Streaming  Ziele: Reibungsloses Streaming bei max. Bandbreite und min. Pufferaufbau Verhindern von Stauungen Verhindern des Versendens von RT-Multimediatraffic ueber TCP- basiertes HTTP

20 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP20 2.5. SCP(Streaming Control Protocol) Funktionsweise  SCP arbeitet in 4 Stadien  Pause  Slowstart  Stabil  Stau  Jedes Paket hat Sequenznummer und Zeitstempel  Senden:  Starten eines Timers  Warten auf Empfangsbestaetigung (ACK)  Je nach Zeitintervall und Status wird groesse des sendefensters angepasst  Kein erneutes Senden von Paketen  Gerechte Aufteilung der Bandbreite bei mehreren Streams  Speicherung der Parameter des vorherigen Status, um bei kurzzeitigen NW-Fluktuationen sofort zu vorherigem Zustand zurueckzukehren

21 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP21 2.5. SCP(Streaming Control Protocol) StatusNetzwerkSendefensteranpassung Slowstart Bereitstehende Bandbreite noch nicht ermittelt wird um “1” erweitert mit jedem Eintreffen eines ACK (exponentiell) Stabil Bereitstehende Bandbreite wird voll ausgenutzt SCP haellt die Netzwerkpufferung auf angemessenen Groesse und verfolgt Aenderungen der verfuegbaren Bandbreite Stau Stau im NetzwerkHalbierung der Fenstergroesse, Bleibende Stauung resultiert in exponetieller Reduzierung Pause Keine ausstehenden Pakete im netzwerk Wenn Paket gesendet wird, verkleinern der Fenstergroesse und Uebergang zu Slowstart

22 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP22 2.5. SCP(Streaming Control Protocol)

23 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP23 2.5. SCP(Streaming Control Protocol) Vorteile  Konstanterer Datenstrom als TCP  Kann auf veraenderte Netzwerkkonditionen reagieren  Verhindern von uebermaessigem Pufferaufbau im Netz Nachteile  Packetloss  Evtl. geringerer Durchsatz als TCP

24 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP24 3. Zusammenfassung Die vorgestellten Protokolle zeigen Alternativen zum weitverbreiteten TCP auf, welches gerade fuer Echtzeitdatenuebertragung ungeeignet ist. Weiterhin wird deutlich, das man einen Kompromiss zwischen absoluter Zuverlaessigkeit und Echtzeitanforderungen machen muss.

25 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP25 Quellen Andrew S. Tanenbaum – Computer Networks Thomas Bauer - Diplomarbeit  Webbasiertes skalierbares Videoinformationssystem (WESVIN) fuer Forschung und Lehre Shanwei Cen, Calton Pu, Jonathan Walpole  Flow and Congestion Control for Internet Media Streaming Applications

26 Matthias Laesker - Flusskontrolle bei einer Protokollauswahl =/= TCP26 Danke fuer die Aufmerksamkeit