Advanced Computer Networks: Lecture 32 - Dr. Amir Qayyum

Advanced Computer Networks: Lecture 32. This lecture will cover the following: TCP flow control issues; TCP bit allocation limitations; protection against wrap around; adaptive retransmission algorithm; Karn/Partridge algorithm; Jacobson/Karels algorithm;...

CS716 Advanced Computer Networks

By Dr. Amir Qayyum

Lecture No. 32

• Problem: app. delivers  tiny pieces  of data to TCP

– e.g. telnet in character mode

– Each piece sent as segment, returned as ACK

– Very inefficient

• Solutions

– Delay transmission to accumulate more data

– Nagle’s algorithm

• Send first piece

• Accumulate data until first piece ACK’d

• Send accumulated data and restart accumulation

• Not ideal for some traffic, e.g. mouse motion

• Problem:  slow  application reads data in tiny pieces

– Receiver advertises tiny window

– Sender fills tiny window

– Known as silly window syndrome

• Solution: due to Clark

– Advertise window opening only when MSS or ½ of buffer is  available

– Sender delays sending until window is MSS or ½ of receiver’s  buffer (estimated)

– Overridden by using PUSH

• Send buffer size: MaxSendBuffer

• Receive buffer size: MaxRcvBuffer

• Receiving side

– LastByteRcvd ­ LastByteRead < = MaxRcvBuffer

– AdvertisedWindow = MaxRcvBuffer ­ 

(NextByteExpected ­     NextByteRead)

• Sending side

– LastByteSent ­ LastByteAcked < = AdvertisedWindow – EffectiveWindow = AdvertisedWindow ­ (LastByteSent 

­     LastByteAcked)

– LastByteWritten ­ LastByteAcked < = MaxSendBuffer

– block sender if (LastByteWritten ­ LastByteAcked) + y > 

MaxSenderBuffer

• Always send ACK in response to arriving data segment

• Persist when AdvertisedWindow = 0

• Sequence numbers vs packet lifetime

– Assumed that IP packets live less than 60s

– Can we send  232 (4G) bytes in 60 seconds ?

– Only need a data rate of 573 Mbps!

– Less than an STS­12 line  (less than Gigabit  Ethernet)

• Advertised window vs delay­bandwidth

– Only  16 bits  (64kB) for advertised window

– For cross­country RTT of 100 milliseconds, 

adequate for a mere 5.24 Mbps!

• 32­bit SequenceNum

Bandwidth Time Until Wrap Around T1 (1.5 Mbps) 6.4 hours

Ethernet (10 Mbps) 57 minutes T3 (45 Mbps) 13 minutes FDDI (100 Mbps) 6 minutes STS­3 (155 Mbps) 4 minutes STS­12 (622 Mbps) 55 seconds STS­24 (1.2 Gbps) 28 seconds

• 16­bit AdvertisedWindow

Bandwidth Delay x Bandwidth Product T1 (1.5 Mbps) 18KB

Ethernet (10 Mbps) 122KB T3 (45 Mbps) 549KB FDDI (100 Mbps) 1.2MB STS­3 (155 Mbps) 1.8MB STS­12 (622 Mbps) 7.4MB

• Original algorithm used only  RTT   estimate

• Theory: measure RTT for each 

segment + its ACK

– Estimate  RTT

– Timeout is 2 × RTT to allow for 

variations

• Practice

– Use exponential moving average (  = 0.8 

to 0.9)

– Estimate =   × estimate + (1 ­  ) 

measurement

Measured 

RTT depends on 

• Problem: it did not handle variations well

• Ambiguity  for retransmitted packets: was ACK in 

response to first, second, etc. transmission ?

Measured 

RTT

time

transmission retransmission RTT ? ? ?

Adaptive Retransmission  (Original Algorithm)

• Measure SampleRTT for each segment/ACK 

pair

• Compute  weighted  average of RTT

– EstRTT =   × EstRTT +   × SampleRTT

– where    +   = 1

 between 0.8 and 0.9  between 0.1 and 0.2

• Set  timeout  based on EstRTT

– TimeOut = 2 × EstRTT

• Still did not handle variations well

• Did not solve network congestion problems as desired

Sender Receiver

ion

ACK

Sender Receiver

ion

ACK

• Estimate  variance  of RTT

– Calculate mean interpacket RTT deviation as 

an approximation of variance

   (Diff = RTT_estimate – measurement)

– RTT_estimate =

measurement

– Using another exponential moving average

– Deviation =

     x |RTT_estimate ­ measurement| + (1 ­  )  β β deviation

• Use variance estimate as component of RTT  estimate

– next_RTT (timeout) =

RTT_estimate + 4 × deviation

• Protects against high jitter

• Algorithm only as good as clock 

granularity(500ms on Unix)

• Accurate timeout mechanism important to 

congestion control