Satellite Networking

1) Utilizzo del satellite per connessioni internet:

Inizialmente il satellite veniva pensato come una alternativa per le dorsali internet, attualmente invece è pensato come un mezzo per distribuire connettività internet ovunque superando anche il problema dell'ultimo miglio.

2) Architettura asimmetrica per la connessione internet satellitare:

Il downlink viene effettuato tramite dei GEO mentre l'uplink utilizza delle gateway a cui il singolo utente può connettersi ad esempio tramite linea telefonica, il maggior problema è in questo caso il RTT di almeno 560ms.

3) Architettura simmetrica per la connessione internet utilizzante satelliti non rigenerativi:

E' necessario che il satellite abbia in visibilità oltre all'utente almeno una gateway alla quale richiedere o inviare i dati.

4) Architettura simmetrica per la connessione internet utilizzante satelliti rigenerativi:

E' possibile utilizzare il routing tramite ISL pertanto non è necessaria la visibilità di una gateway.

5) Funzionalità offerte dal TCP/IP:

• Inoltro dei pacchetti ordinati agli strati superiori effettuato mediante l'utilizzo di ACK e di numeri di sequenza
• Controllo di flusso mediante:
• Receiver advertisement
• Controllo della congestione mediante:
• Algoritmo di Slow Start
• Meccanismo per evitare la congestione
• Controllo degli errori e recupero effettuato mediante checksum

6) Meccanismo della finestra a scorrimento:

Una finestra a scorrimento di 6 elementi implica che vengono trasmessi 6 segmenti e ci si pone in attesa degli ACK per ciascuno di essi, il destinatario controlla la presenza di errori e l'ordine nei segmenti ricevuti, nel caso ciò non sia verificato per un determinato segmento allora richiede che la finestra di trasmissione scorra in modo che tale segmento sia quello iniziale, vengono trasmessi i segmenti non ancora trasmessi sino ad esso, mentre per i segmenti già trasmessi si attende ACK oppure lo scadere del timer.

7) CWND:

Congestion Window, è il controllo di flusso imposto dal mittente, si basa su una sua stima della congestione della rete.

8) RWND:

Advertised Window, è il controllo di flusso imposto dal ricevitore, si basa sulla dimensione del buffer a disposizione per la connessione corrente.

9) TWND:

Transmission Window, è la quantità di dati che può essere inviata senza alcun ACK, si ha che

10) Algoritmi utilizzati dal TCP Reno:

• Slow Start
• Congestion avoidance
• Fast recovery
• Fast retransmit

11) Algoritmo di Slow Start:

É la zona in cui la finestra di congestione è minore della soglia di Slow Start, si ha che la finestra di congestione viene incrementata con la legge  per ogni ACK che viene ricevuto, si ha pertanto una crescita esponenziale della finestra di congestione.

12) Algoritmo di Congestion Avoidance:

É la zona in cui la finestra di congestione è maggiore della soglia di Slow Start, si ha che la finestra di congestione viene

incrementata con la legge  , si ha pertanto una crescita lineare della finestra di congestione.

13) Algoritmo di Fast Recovery:

Quando viene ricevuto un segmento non in ordine allora il ricevitore invia 3 ACK relativi all'ultimo segmento ordinato, in tal modo il ricevitore capisce di interrompere il timeout e rinviare il segmento andato perso.

14) Algoritmo di Fast Retransmit:

Nel caso in cui la perdita di pacchetti sia individuata dal timeout si ha che la congestione è seria e allora si dimezza la soglia di slow start rispetto alla finestra di trasmissione e si riporta ad 1 la finestra di congestione. Nel caso in cui invece la perdita di pacchetti sia identificata dalla ricezione di 3 ACK la congestione non è seria pertanto si continua a dimezzare la soglia di  slow start rispetto alla finestra di trasmissione ma la finestra di congestione viene portata al valore della soglia di slow start + 3.

15) Fattori che limitano il throughput del TCP nei collegamenti satellitari:

• Prodotto Banda Ritardo (BD) elevato, solitamente pari a 64kbit contro i classici 8kbit, per ovviare occorrono dei buffer molto grandi i quali sono complessi da implementare a bordo.
• Il throughput è dato dal rapporto tra la finestra di ricezione e il RTT, quest'ultimo è elevato ma costante, la dimensione della finestra di ricezione è al massimo codificata su 16 bit nella intestazione TCP, per ovviare occorre effettuare una riscalatura della stessa.
• Alti BER portano il TCP a pensare che vi sia una congestione e pertanto a ridurre la dimensione della finestra
• Asimmetria
• RTT variabili

16) Ottimizzazione per ridurre la BER:

Le soluzioni allo strato fisico prevedono la modulazione adattativa e la codifica spazio-tempo, mentre le soluzioni sullo strato data link prevedono FEC e/o ARQ , in particolare ARQ consente di lasciare inalterato il TCP però ha come svantaggio un RTT ulteriormente variabile.

17) Metodi per l'individuazione della perdita di un segmento da parte del trasmettitore:

• Scadere di un timer
• Ricezione di un ACK
• Ricezione di un NACK
• Polling dello stato del ricevitore

18) SACK :

Selective Acknoweledgements, il ricevitore comunica al trasmettitore quali pacchetti sono arrivati, in tal modo vengono rinviati soltanto i pacchetti persi.

19) Path MTU Discovery :

Consente al TCP di utilizzare la dimensione più grande possibile per i pacchetti senza necessità di frammentazione e riassemblaggio.

20) ACK Filtering :

Quando un ACK raggiunge la coda del router questo scandisce la sua coda e se trova altri ACK relativi alla stessa connessione li elimina a meno che non siano ACK duplicati o SACK.

21) ACK First scheduling :

Il router da priorità agli ACK rispetto ai dati.

22) Snooping TCP :

I pacchetti dati inviati dal cablato al wireless vengono memorizzati e se arriva un ACK duplicato avviene la ritrasmissione del segmento a partire dalla cache e l'ACK duplicato viene eliminato in modo da evitare l'intervento del controllo di congestione.

23) TCP Splitting :

Le connessioni vengono suddivise in tratte più piccole in ciascuna delle quali viene utilizzato un protocollo di trasporto ottimizzato, in particolare per la tratta satellitare vengono utilizzati STP o SCPS.

24) STP :

Satellite Transport Protocol, il trasmettitore periodicamente richiede al ricevitore di confermare la corretta ricezione dei segmenti, si ha ritrasmissione se il ricevitore risponde con un NACK alla esortazione precedente.