# Complementi di Reti

## Controllo di Congestione

Due approcci:
* **End-to-End**: i terminali / host gestiscono tutto, la rete (link/router) non fa nulla a parte scartare pacchetti in eccesso. **TCP**
* **Assistito**: I router comunicano agli endpoint e gli altri router di congestione, (settando un bit, calcolando il rate ottimale e includendolo nei pacchetti). **ATM** (esempi su slides)

### TCP - Controllo di Congestione

* End-to-End
* Window protocol: il trasmettitore utilizza una *sliding window* che scorre sui dati da trasmettere, identificando una finestra chiamata **congestion window** (congwin).
```
							**congwin**
|||||||||||||||||||||||||||-||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||-||||||||||||||||||
*gia' inviati con successo* ^base (paccetti inviati, no feedback yet) ^nextseqnum (da inviare) *pacchetti futuri*

```
La dimensione della finestra di congestione e' regolata **dinamicamente** da TCP, che la regola alla massima banda possibile senza congestione.

#### Regolazione di congwin: algoritmo e procedura

Pe identificare la dimensione ottimale della finestra, TCP usa un algoritmo chiamato basato su due procedure:

* **Slow Start**: all'inizio, congwin e' aumentata esponenzialmente fino a che non si verifica una congestione. Per fare cio', TCP duplica il numero di pacchetti inviati a ogni ricezione di ACK (con successo). Quindi invia 1,2,4,8,16... pacchetti, fino a congestionare la rete. TCP identifica una congestione tramite timeout expiration (Tahoe TCP) o ricezione di 3 ACK duplicati (Reno TCP).
* **Congestion Avoidance**: Appena una congestione e' rilevata, TCP diminuisce il numero di pacchetti (Tahoe: inizia da 1, Reno: dimezza) e setta il **threshold** tra Slow Start e Congestion Avoidance alla meta` del numero di pacchetti che ha causato la congestione (congestione a 16 -> threshold a 8). Durante la fase di congestion avoidance, TCP incrementa il numero di pacchetti inviati linearmente, seguendo l'equazione:

```
congwin = congwin(old) + 1/congwin(old) 

questo viene fatto per ogni pacchetto, di modo che se congwin(old) e' 4, l'incremento sara':

4 -> 4+1/4 -> 4+2/4 -> 4+3/4 -> 5

per questo motivo, e' possibile approssimare l'incremento dato dalla congestion avoidance di 1 pacchetto per ogni invio simultaneo con successo.
```

Per questo motivo, l'algoritmo utilizzato da TCP e' detto anche **Additive Increase, Multiplicative Decrease** durante la congestion avoidance.

#### TCP square root formula

E' possibile descrivere la dimensione **media** della finestra di congestione data la probabilita' di packet loss su una rete. Questo si ottiene eguagliando le formule di additive increase, multiplicative decrease in congestion avoidance:

```
E[w] = avg window size
p = loss probability

(1-p) * 1/E[w] = p * E[w]/2

Da cui, isolando E[w]:

E[w] = sqrt((2 (1-p))/p) 

Che, assumendo p molto piccolo (caso reale):

E[w] = sqrt(2/p)

Dato il RTT (round trip time), e' possibile ottenere il throughput della rete:

B = throughput
Rtt = round trip time

B = E[w] / Rtt -> B = sqrt(2/p) * 1/Rtt
```

Dall'equazione del throughput e' possibile notare come esso sia inversamente proporzionale alla loss probability e al RTT.

### TCP fairness

TCP e' un protocollo fair, che quindi vuole rispettare determinate condizioni di equita':

Date K connessioni TCP sulla stessa rete,
Data una banda totale R da condividere tra le connessioni,

-> Connessioni **identiche** dovrebbero ottenere R / K banda totale. 

Questo e' possibile perche' il multiplicative decrease della congestion avoidance influisce piu' sulle connessioni favorite (che quindi hanno una finestra di congestione piu' ampia).