TCP congestion control algoritma penting untuk keberhasilan Internet dalam menghadapi pola akses pengguna yang tidak dapat diprediksi dan keterbatasan sumber daya. Tanpa algoritma ini, Internet mungkin sudah menjadi sejarah karena keruntuhan kongesti pada akhir 1980-an.

1. TCP Congestion Control

2. Internet Congestion Collapse
 Akhir tahun 80-an, Internet sering kolaps
akibat kongesti
Data + Retransmissions
Host
Congestion!
Packet drops!!
Host
Collapse
Host More Drops!!!

3. TCP congestion control
penting
 Algoritma kendali kongesti TCP
merupakan latar belakang utama
sukesnya Internet dalam
menghadapi pola akses user yang
tidak dapat diprediksi
(unpredictable user access
patterns) serta keterbatasan
resource
 Tanpa kendali kongesti TCP,
Internet sudah menjadi sejarah

4. Resource Management
Solutions
 Cara menangani kongesti
 resource allocation

How to effectively and fairly allocate resources among competing
users?
 resources = bandwidth of links + buffers on the routers
 control congestion if (and when) is occurs

How to react when queues overflow and packets have to be
dropped?
 Dua tempat implementasi penanganan kongesti
 routers di dalam jaringan (queuing discipline)
 hosts at the edges of the network (transport protocol)

5. The Cost of Congestion
packet
knee cliff
Cost loss
Throughput
 High delay
 Packet loss congestion
collapse
 Wasted upstream
bandwidth when a pkt is
discarded at Load
downstream Delay
 Wasted bandwidth due
to retransmission (a pkt
goes through a link
multiple times)
Load

6. Congestion Control vs.
Congestion Avoidance
 Congestion control goal
 Stay left of cliff
 Congestion avoidance goal
 Stay left of knee knee cliff
Throughput
congestion
collapse
Load

7. Detecting Congestion
 Packet drops yang sering timbul
mengindikasikan kongesti
Packet
Src Dst
Drop
Ack
Timeout! No Ack
= Congestion!

8. Mengendalikan kongesti
 Ukuran window dikurangi jumlah paket
di jaringan lebih sedikit
 Memperbesar ukuran window  akan
lebih banyak paket di jaringan
 Konsep congestion window :
 Ukuran window lebih kecil jika kongesti
terjadi dan membesar bila kongesti
berkurang

9. Karakteristik skema congestion
avoidance yang diinginkan
 Efficiency (high utilization)
 Fairness (resource sharing)
 Distributedness (no central knowledge for
scalability)
 Convergence and stability (fast convergence
after disturbance, low oscillation)
 responsiveness (speed to new state, lower or
higher)
 smoothness

10. AIMD
Additive Increase/Multiplicative
Decrease
 Setiap terjadi packet drop,
CongestionWindow (cwnd) dibagi 2
(multiplicative decrease)
 Multiplicative decrease diperlukan untuk
mencegah kongesti
 Jika tidak terjadi packet drop, cwnd
diperbesar secara bertahap /gradually
(additive increase)

11. Multiplicative Decrease
 cwnd dinyatakan dalam bytes, tetapi
literatur kebanyakan membicarakan
kongesti dalam istilah paket (yaitu
dalam MSS == Maximum Segment
Size)
 Ukuran cwnd tidak boleh di bawah
ukuran sebuah paket

12. Additive Increase
 Additive Increase merupakan reaksi
atas “persepsi terhadap kapasitas yang
ada”
 Ide dasar Linear Increase :
 Untuk setiap paket yang dapat dikirim,
dinaikkan 1 packet
 cwnd dinaikkan 1 untuk setiap ACK yang
diterima

13. AIMD (cont)
Source Destination
 Algorithm
 cwnd dinaikkan satu (satu paket) per
RTT (linear increase)
 cwnd dibagi dua jika suatu timeout
terjadi (multiplicative decrease)
…
 In practice: increment a little for each ACK
Increment = (MSS*MSS)/cwnd
cwnd = cwnd + Increment

14. AIMD (cont)
 Trace: sawtooth behavior
70
60
50
40
KB
30
20
10
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
Time (seconds)

15. Problems
 Berapa ukuran window yang seharusnya?
 Initially?
 Bila terjadi packet loss dan timeout?
 Pessimistic window size? (mis. 1)
 Additive increase terlalu lambat – koneksi yang
pendek tidak akan menggunakan bandwidth yang
ada secara penuh
 Optimistic window size?
 Pengiriman paket initial yang terlalu besar dapat
menyebabkan overflow di antrian router

16. Slow Start
 Objective: menentukan kapasitas yang ada di
awal dengan cepat
 Idea
 Dimulai dengan CongestionWindow = 1 paket
 CongestionWindow ditambah 1 untuk setiap ACK
 Digunakan dalam dua kondisi
 Pada awal koneksi
 Jika koneksi terputus ketika menunggu sebuah
timeout

17. Contoh Slow Start
cwnd = 1 segment 1
ent 1
ACK for segm
cwnd = 2 segment 2
segment 3
ents 2
ACK for segm
ents 3
ACK for segm
cwnd = 4 segment 4
segment 5
segment 6
ents 4
ACK for segm
ents 5
ACK for segm
ents 6
ACK for segm
cwnd = 7

18. Sifat slow start
 Ukuran CongestionWindow naik
dengan cepat

Untuk setiap ACK, CongestionWindow
selalu dinaikkan 1 tanpa peduli jumlah
segmen yang telah di-ACK
 TCP melambatkan kenaikkkan
CongestionWindow dengan kombinasi
slow start dengan AIMD

19. Slow Start dan AIMD
 Perubahan dari slow start ke AIMD
 Jika transmisi terputus, TCP mengetahui current
value dari CongestionWindow (= value sebelum
loss/2)
 Menggunakan current value di atas sebagai
“target” window size (= CongestionThreshold)
 Slow start digunakan sampai tercapainya
CongestionThreshold, lalu digunakan additive
increase (AIMD)

20. Fast Retransmit Sender Receiver
Packet 1
 Masalah: TCP timeouts Packet 2
ACK 1
menyebabkan periode idle
Packet 3
Packet 4 ACK 2
 Fast retransmit: ACK 2
Packet 5
 Ack dikirimkan untuk setiap Packet 6
paket yang diterima ACK 2
 Duplikat dari ack sebelumnya ACK 2
dikirimkan jika paket yang Retransmit
diterima tidak terurut packet 3
 Duplikasi ACKs digunakan ACK 6
juga untuk mendorong
retransmisi
 Ketika menerima 3 ACK
yang sama, sender akan
me-retransmits paket yang
hilang

21. Fast Recovery
 Fast recovery mencegah slow
start setelah fast retransmit
 Setelah 3 ACKs yang sama
(duplikasi) diterima:
 Retransmit “lost packet”
 Congestion threshold
sshtresh= cwnd/2
 cwnd = cwnd+3
 Enter congestion avoidance
 Increment cwnd by one for
each additional duplicate
ACK
 When ACK yang datang
meng-acknowledges “data
baru” (digambar:
AckNo=2028), set:
cwnd=ssthresh
enter congestion avoidance

22. TCP Congestion Control
Congestion Congestion occurs
20 avoidance
15
Congestion
window
Threshold
10
Slow
start
5
0
Round-trip times

23. Self Clocking and Slow Start
 Setiap pengiriman paket di- “clock” oleh
sebuah ACK – no bursts develop
…
W=1 W=2 W=4 W=5 W=6 W=7
Slow Start

24. Self Clocking in Operation
 Setiap pengiriman paket di-“clock” oleh
sebuah ACK – no bursts develop
… …
W=32

25. Self Clocking Interrupted
 Selama timeouts, ACKs tidak muncul (drained). Self clocking
terputus. Pengiriman berikutnya berupa pengiriman burst
burst. Slow start kembali digunakan!
ACKs
Lost
Drained!! Ack32
… …
16 packet burst
W=32 Retransmission
Timeout Cut window in 1/2

26. Self Clocking and Fast
Retransmit / Fast Recovery
 Ketika fast retransmit digunakan, paket di-
retransmisi sebelum semua ACKs hilang sehingga
slow start tidak diperlukan
Lost
… …
Fast
Retransmission
W=32 Cut window in 1/2

27. Versi TCP
 TCP/Tahoe
 TCP/Reno: banyak Operating System
menerapkan TCP/Reno type
congestion control
 TCP/Vegas: not currently used

28. TCP Tahoe
 Dirancang oleh by Van Jacobson
 Terdiri dari : basic TCP algorithms,
AIMD, Slow Start, Fast Retransmit

29. TCP Reno
 Dirancang oleh Van Jacobson pada akhir 80-an
 Masih bekerja dengan baik walaupun bandwidth
Internet telah meningkat lebih dari 10.000 kali
 Duplicate ACKs:

Fast retransmit

Fast recovery
 Fast Recovery avoids slow start
 Timeout:

Retransmit

Slow Start
 TCP Reno improves upon TCP Tahoe when a single
packet is dropped in a round-trip time.

30. TCP Tahoe vs TCP Reno

31. TCP Tahoe

32. TCP Reno
SS CA
Fast retransmission/fast recovery

33. TCP New Reno
 Jika terjadi kehilangan beberapa paket, Reno has problems
 Partial ACK:
 Muncul bila beberapa paket hilang
 Partial ACK hanya meng-acknowledge beberapa paket pada awal
fast recovery
Sender harus menunggu sampai timeout terjadi
 New Reno:
 Partial ACK does not take sender out of fast recovery
 Partial ACK causes retransmission of the segment following
the acknowledged segment
 New Reno can deal with multiple lost segments without going to
slow start

34. SACK
 SACK = Selective acknowledgment
 Issue: Reno and New Reno retransmit at most 1 lost packet
per round trip time
 Selective acknowledgments: The receiver can
acknowledge non-continuous blocks of data (SACK 0-1023,
1024-2047)
 Multiple blocks can be sent in a single segment
 TCP SACK:
 Enters fast recovery upon 3 duplicate ACKs
 Sender keeps track of SACKs and infers if segments are lost.
Sender retransmits the next segment from the list of segments that
are deemed lost.

35. TCP Vegas
 Menerapkan congestion avoidance