reliable file transfer udp

UDP confiable

Dos protocolos de transporte utilizados para transferir archivos incluyen: TCP y UDP. UDP es un protocolo poco confiable, mientras que TCP proporciona confiabilidad, control de flujo y control de congestión, pero tiene una fase de establecimiento de conexión explícita, que algunas aplicaciones pueden no considerar deseable. El objetivo de este proyecto es diseñar e implementar una aplicación de transferencia de archivos que tenga todas las buenas características de TCP sin la fase de establecimiento de conexión.

Características

Diseño de formato de encabezado

El servidor y cliente UDP utiliza el siguiente formato de encabezado:

• Número de secuencia: este es el número de secuencia de 32 bits del segmento que se va a enviar.
• Número de reconocimiento: este es el número de reconocimiento de 32 bits para el segmento recibido correctamente.
• Indicador de confirmación: este es el indicador de confirmación de 8 bits que se establece en 1 cuando se envía una confirmación y en 0 cuando se envían datos.
• Datos: este es un campo de datos de 1450 bytes que se utiliza para almacenar los datos del archivo. Este campo no se utiliza en caso de que se envíe un acuse de recibo.

Algoritmo de ventana deslizante

El servidor recibe una solicitud de archivo del cliente. Extrae el nombre del archivo de la solicitud y obtiene el contenido del archivo en un búfer. Luego segmenta el archivo en fragmentos de 1450 bytes de tamaño según lo admitido por el encabezado.

Hay dos tamaños de ventana a considerar:

1. Ventana de congestión: la cantidad de bytes que el servidor puede enviar sin congestionar los enrutadores en el medio de la ruta de la red.
2. Ventana anunciada: la cantidad de bytes que el cliente puede recibir sin necesidad de enviar un acuse de recibo. Se decide fuera de línea entre el servidor y el cliente y se acepta como argumento de línea de comandos en este proyecto.

El servidor comienza a enviar segmentos de archivos hasta el mínimo del tamaño de la ventana de congestión y el tamaño de la ventana anunciada. Después de enviar todos los segmentos en una ventana, espera recibir un acuse de recibo. Cuando se recibe un acuse de recibo para un número de secuencia que es menor que el siguiente número de secuencia que se enviará, significa que algún segmento anterior no se recibió correctamente y el servidor acepta los 3 acuses de recibo duplicados del cliente. Luego establece el siguiente número de secuencia según el acuse de recibo recibido. Luego de recibir el acuse de recibo acumulado, continúa enviando los segmentos en la siguiente ventana. Cuando se reciben acuses de recibo duplicados, el servidor comenzará a enviar segmentos del paquete que no se recibió correctamente.

Retransmisión adaptativa

Implementé el algoritmo de Jacobson/Karel para estimar el tiempo de ida y vuelta (RTT) de los paquetes que recibirá el cliente y el acuse de recibo recibido por el servidor. Si el servidor no recibe confirmación dentro de RTT, retransmitirá esos paquetes nuevamente.

Pseudocódigo:

 Estimated_RTT = (1-α) Estimated RTT + (α) Sample_RTT
In the original TCP Specification, α=.0125

Jacobson/Karels included a variation component to the calculation for the Estimated_RTT
Estimated_RTT = Estimated_RTT + δ (Sample_RTT-Estimated_RTT) 
Deviation = Deviation + δ (|Sample_RTT- Estimated_RTT|- Deviation) 
Timeout = μ * Estimated_RTT + φ * Deviation
Typically φ=4, μ = 1, δ is between 0 and 1

Control de congestión

El servidor comienza enviando 1 segmento. Luego, siguen 2 fases de control de la congestión:

1. Inicio lento: el tamaño del segmento aumenta exponencialmente hasta que el receptor lo reconoce correctamente dentro del tiempo de espera y el tamaño de la ventana de congestión es menor que ssthresh, que está establecido en 64000 bytes.

2. Prevención de congestión: cuando el tamaño de la ventana de congestión se vuelve mayor o igual que ssthresh, el tamaño de la ventana de congestión aumenta linealmente en 1 segmento.

Tiempo de espera: se calcula utilizando el algoritmo de Jacobson/Karel indicado anteriormente. Cuando se agota el tiempo de espera, ssthresh se establece en la mitad del valor de la ventana de congestión y la ventana de congestión se restablece al tamaño de 1 segmento.

Ejecutando el código

Creación y configuración de máquinas virtuales.

 vagrant up

Esto iniciará tanto el servidor como el cliente.

SSH en máquinas virtuales

 vagrant ssh reliableUDPServer
vagrant ssh reliableUDPClient

compila el codigo

 make

Para ejecutar un servidor UDP confiable:

./Server port advertised_window

El servidor acepta los siguientes argumentos de línea de comandos:

puerto: número de puerto que se utilizará para la comunicación

ventana_publicitada: el número de bytes que el servidor puede enviar antes de esperar una confirmación

Para ejecutar un cliente UDP confiable:

./Client server_host_name port file_name advertised_window

El cliente acepta los siguientes argumentos de línea de comandos:

puerto y ventana_anunciada: igual que la del servidor

server_host_name: nombre de host del servidor

file_name: el nombre del archivo solicitado por el cliente

Una vez que el código se ejecute correctamente, encontrará el archivo que solicitó el cliente en la carpeta ReliableUDPClient.

Capturas de pantalla

Referencias

Enfoque de arriba hacia abajo de redes de computadoras