TCP નું ગુપ્ત શસ્ત્ર: નેટવર્ક ફ્લો કંટ્રોલ અને નેટવર્ક કન્જેશન કંટ્રોલ

નેટવર્ક કન્જેશન નિયંત્રણ
કન્જેશન કંટ્રોલ રજૂ કરતા પહેલા, આપણે એ સમજવાની જરૂર છે કે રીસીવ વિન્ડો અને સેન્ડ વિન્ડો ઉપરાંત, એક કન્જેશન વિન્ડો પણ છે, જેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે એ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે થાય છે કે મોકલનાર રીસીવ વિન્ડોમાં ડેટા મોકલવાનું શરૂ કરે છે. તેથી, કન્જેશન વિન્ડો પણ TCP મોકલનાર દ્વારા જાળવવામાં આવે છે. કેટલો ડેટા મોકલવો યોગ્ય છે તે નક્કી કરવા માટે આપણને એક અલ્ગોરિધમની જરૂર છે, કારણ કે ખૂબ ઓછો કે વધુ પડતો ડેટા મોકલવો આદર્શ નથી, તેથી કન્જેશન વિન્ડોનો ખ્યાલ છે.

અગાઉના નેટવર્ક ફ્લો કંટ્રોલમાં, અમે જે ટાળ્યું હતું તે એ હતું કે મોકલનાર રીસીવરના કેશને ડેટાથી ભરી રહ્યો હતો, પરંતુ અમને ખબર નહોતી કે નેટવર્કમાં શું થઈ રહ્યું છે. સામાન્ય રીતે, કમ્પ્યુટર નેટવર્ક્સ શેર કરેલા વાતાવરણમાં હોય છે. પરિણામે, અન્ય હોસ્ટ્સ વચ્ચેના સંચારને કારણે નેટવર્ક ભીડ થઈ શકે છે.

જ્યારે નેટવર્ક ગીચ હોય છે, ત્યારે જો મોટી સંખ્યામાં પેકેટ મોકલવાનું ચાલુ રાખવામાં આવે છે, તો તે વિલંબ અને પેકેટ ગુમાવવા જેવી સમસ્યાઓનું કારણ બની શકે છે. આ સમયે, TCP ડેટા ફરીથી ટ્રાન્સમિટ કરશે, પરંતુ ફરીથી ટ્રાન્સમિશન નેટવર્ક પર બોજ વધારશે, જેના પરિણામે વધુ વિલંબ થશે અને વધુ પેકેટ નુકસાન થશે. આ એક દુષ્ટ ચક્રમાં ફસાઈ શકે છે અને મોટું થતું રહે છે.

આમ, TCP નેટવર્ક પર શું થઈ રહ્યું છે તેને અવગણી શકે નહીં. જ્યારે નેટવર્ક ગીચ હોય છે, ત્યારે TCP તે મોકલતા ડેટાની માત્રા ઘટાડીને પોતાનું બલિદાન આપે છે.

તેથી, કન્જેશન કંટ્રોલ પ્રસ્તાવિત છે, જેનો હેતુ મોકલનાર પાસેથી ડેટાથી આખા નેટવર્કને ભરવાનું ટાળવાનો છે. મોકલનાર દ્વારા મોકલવામાં આવતા ડેટાની માત્રાને નિયંત્રિત કરવા માટે, TCP કન્જેશન વિન્ડો નામની એક વિભાવના વ્યાખ્યાયિત કરે છે. કન્જેશન કંટ્રોલ અલ્ગોરિધમ નેટવર્કના કન્જેશન ડિગ્રી અનુસાર કન્જેશન વિન્ડોના કદને સમાયોજિત કરશે, જેથી મોકલનાર દ્વારા મોકલવામાં આવેલા ડેટાની માત્રાને નિયંત્રિત કરી શકાય.

ભીડવાળી વિંડો શું છે? આનો સેન્ડ વિંડો સાથે શું સંબંધ છે?

કન્જેશન વિન્ડો એ એક સ્ટેટ વેરીએબલ છે જે મોકલનાર દ્વારા જાળવવામાં આવે છે જે મોકલનાર કેટલો ડેટા મોકલી શકે છે તે નક્કી કરે છે. કન્જેશન વિન્ડો નેટવર્કના કન્જેશન સ્તર અનુસાર ગતિશીલ રીતે બદલાય છે.

સેન્ડિંગ વિન્ડો એ મોકલનાર અને પ્રાપ્તકર્તા વચ્ચે સંમત થયેલ વિન્ડો કદ છે જે દર્શાવે છે કે રીસીવર કેટલો ડેટા પ્રાપ્ત કરી શકે છે. કન્જેશન વિન્ડો અને મોકલનાર વિન્ડો સંબંધિત છે; મોકલનાર વિન્ડો સામાન્ય રીતે કન્જેશન અને પ્રાપ્ત કરનાર વિન્ડોના ન્યૂનતમ મૂલ્ય જેટલી હોય છે, એટલે કે, swnd = min(cwnd, rwnd).

કન્જેશન વિન્ડો cwnd નીચે મુજબ બદલાય છે:

જો નેટવર્કમાં કોઈ ભીડ ન હોય, એટલે કે, કોઈ રીટ્રાન્સમિશન સમયસમાપ્તિ ન થાય, તો ભીડ વિન્ડો વધે છે.

જો નેટવર્કમાં ભીડ હોય, તો ભીડની વિન્ડો ઓછી થાય છે.

મોકલનાર નક્કી કરે છે કે નેટવર્ક ગીચ છે કે નહીં, તે જોઈને નક્કી કરે છે કે ACK સ્વીકૃતિ પેકેટ ચોક્કસ સમયની અંદર પ્રાપ્ત થયું છે કે નહીં. જો મોકલનારને ચોક્કસ સમયની અંદર ACK સ્વીકૃતિ પેકેટ પ્રાપ્ત ન થાય, તો નેટવર્ક ગીચ છે તેવું માનવામાં આવે છે.

કન્જેશન વિન્ડો ઉપરાંત, TCP કન્જેશન કંટ્રોલ અલ્ગોરિધમ વિશે ચર્ચા કરવાનો સમય આવી ગયો છે. TCP કન્જેશન કંટ્રોલ અલ્ગોરિધમમાં ત્રણ મુખ્ય ભાગો હોય છે:

ધીમી શરૂઆત:શરૂઆતમાં, cwnd કન્જેશન વિન્ડો પ્રમાણમાં નાની હોય છે, અને મોકલનાર નેટવર્કની ક્ષમતાને ઝડપથી અનુકૂલન કરવા માટે કન્જેશન વિન્ડોને ઘાતાંકીય રીતે વધારે છે.
ભીડ ટાળવા:કન્જેશન વિન્ડો ચોક્કસ થ્રેશોલ્ડ કરતાં વધી જાય પછી, મોકલનાર કન્જેશન વિન્ડોના વિકાસ દરને ધીમો કરવા અને નેટવર્કને ઓવરલોડ કરવાનું ટાળવા માટે રેખીય રીતે કન્જેશન વિન્ડોને વધારે છે.
ઝડપી પુનઃપ્રાપ્તિ:જો ભીડ થાય છે, તો મોકલનાર ભીડ વિન્ડોને અડધી કરી દે છે અને પ્રાપ્ત ડુપ્લિકેટ એકમો દ્વારા નેટવર્ક પુનઃપ્રાપ્તિનું સ્થાન નક્કી કરવા માટે ઝડપી પુનઃપ્રાપ્તિ સ્થિતિમાં પ્રવેશ કરે છે, અને પછી ભીડ વિન્ડોને વધારવાનું ચાલુ રાખે છે.

ધીમી શરૂઆત
જ્યારે TCP કનેક્શન સ્થાપિત થાય છે, ત્યારે કન્જેશન વિન્ડો cwnd શરૂઆતમાં ન્યૂનતમ MSS (મહત્તમ સેગમેન્ટ કદ) મૂલ્ય પર સેટ થાય છે. આ રીતે, પ્રારંભિક મોકલવાનો દર લગભગ MSS/RTT બાઇટ્સ/સેકન્ડ છે. વાસ્તવિક ઉપલબ્ધ બેન્ડવિડ્થ સામાન્ય રીતે MSS/RTT કરતા ઘણી મોટી હોય છે, તેથી TCP શ્રેષ્ઠ મોકલવાનો દર શોધવા માંગે છે, જે સ્લો-સ્ટાર્ટ દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.

ધીમી-શરૂઆત પ્રક્રિયામાં, કન્જેશન વિન્ડો cwnd નું મૂલ્ય 1 MSS થી શરૂ કરવામાં આવશે, અને દરેક વખતે ટ્રાન્સમિટેડ પેકેટ સેગમેન્ટ સ્વીકારવામાં આવશે, ત્યારે cwnd નું મૂલ્ય એક MSS દ્વારા વધશે, એટલે કે, cwnd નું મૂલ્ય 2 MSS થશે. તે પછી, પેકેટ સેગમેન્ટના દરેક સફળ ટ્રાન્સમિશન માટે cwnd નું મૂલ્ય બમણું કરવામાં આવે છે, અને તે રીતે. ચોક્કસ વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા નીચેની આકૃતિમાં બતાવવામાં આવી છે.

 

જોકે, મોકલવાનો દર હંમેશા વધી શકતો નથી; વૃદ્ધિ ક્યારેક તો સમાપ્ત થવી જ જોઈએ. તો, મોકલવાનો દર ક્યારે વધે છે? ધીમી શરૂઆત સામાન્ય રીતે મોકલવાનો દરમાં વધારો ઘણી રીતે એક રીતે સમાપ્ત કરે છે:

પહેલો રસ્તો એ છે કે જ્યારે પેકેટ ધીમી શરૂઆતની મોકલવાની પ્રક્રિયા દરમિયાન ખોવાઈ જાય છે. જ્યારે પેકેટ ખોવાઈ જાય છે, ત્યારે TCP મોકલનારની કન્જેશન વિન્ડો cwnd ને 1 પર સેટ કરે છે અને ધીમી શરૂઆત પ્રક્રિયાને ફરીથી શરૂ કરે છે. આ બિંદુએ, ધીમી શરૂઆત થ્રેશોલ્ડ ssthresh નો ખ્યાલ રજૂ કરવામાં આવે છે, જેનું પ્રારંભિક મૂલ્ય cwnd ના મૂલ્યનો અડધો છે જે પેકેટ નુકશાન પેદા કરે છે. એટલે કે, જ્યારે કન્જેશન શોધી કાઢવામાં આવે છે, ત્યારે ssthresh નું મૂલ્ય વિન્ડો મૂલ્યનો અડધો છે.

બીજો રસ્તો એ છે કે સ્લો-સ્ટાર્ટ થ્રેશોલ્ડ ssthrash ના મૂલ્ય સાથે સીધો સંબંધ બનાવવો. જ્યારે કન્જેશન શોધાય છે ત્યારે ssthrash નું મૂલ્ય વિન્ડો મૂલ્યના અડધા ભાગનું હોવાથી, જ્યારે cwnd ssthresh કરતા મોટું હોય ત્યારે દરેક બમણું થવા સાથે પેકેટ નુકશાન થઈ શકે છે. તેથી, cwnd ને ssthresh પર સેટ કરવું શ્રેષ્ઠ છે, જેના કારણે TCP કન્જેશન કંટ્રોલ મોડ પર સ્વિચ કરશે અને સ્લો-સ્ટાર્ટ સમાપ્ત કરશે.

ધીમી શરૂઆતનો અંત લાવવાનો છેલ્લો રસ્તો એ છે કે જો ત્રણ રીડન્ડન્ટ એક્ઝ મળી આવે, તો TCP ઝડપી રીટ્રાન્સમિશન કરે છે અને રિકવરી સ્થિતિમાં પ્રવેશ કરે છે. (જો ત્રણ ACK પેકેટ શા માટે છે તે સ્પષ્ટ ન હોય, તો તે રીટ્રાન્સમિશન મિકેનિઝમમાં અલગથી સમજાવવામાં આવશે.)

ભીડ ટાળવા
જ્યારે TCP કન્જેશન કંટ્રોલ સ્ટેટમાં પ્રવેશ કરે છે, ત્યારે cwnd કન્જેશન થ્રેશોલ્ડ ssthresh ના અડધા પર સેટ થાય છે. આનો અર્થ એ થાય કે પેકેટ સેગમેન્ટ પ્રાપ્ત થાય ત્યારે દરેક વખતે cwnd નું મૂલ્ય બમણું કરી શકાતું નથી. તેના બદલે, પ્રમાણમાં રૂઢિચુસ્ત અભિગમ અપનાવવામાં આવે છે જેમાં દરેક ટ્રાન્સમિશન પૂર્ણ થયા પછી cwnd નું મૂલ્ય ફક્ત એક MSS (મહત્તમ પેકેટ સેગમેન્ટ લંબાઈ) દ્વારા વધારવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જો 10 પેકેટ સેગમેન્ટ સ્વીકારવામાં આવે તો પણ, cwnd નું મૂલ્ય ફક્ત એક MSS દ્વારા વધશે. આ એક રેખીય વૃદ્ધિ મોડેલ છે અને તેની વૃદ્ધિ પર ઉપલા બાઉન્ડ પણ છે. જ્યારે પેકેટ નુકશાન થાય છે, ત્યારે cwnd નું મૂલ્ય MSS માં બદલાઈ જાય છે, અને ssthresh નું મૂલ્ય cwnd ના અડધા પર સેટ થાય છે. અથવા જ્યારે 3 રીડન્ડન્ટ ACK પ્રતિભાવો પ્રાપ્ત થાય છે ત્યારે તે MSS ની વૃદ્ધિને પણ અટકાવશે. જો cwnd નું મૂલ્ય અડધું કર્યા પછી પણ ત્રણ રીડન્ડન્ટ acks પ્રાપ્ત થાય છે, તો ssthresh નું મૂલ્ય cwnd ના અડધા મૂલ્ય તરીકે રેકોર્ડ કરવામાં આવે છે અને ઝડપી પુનઃપ્રાપ્તિ સ્થિતિ દાખલ કરવામાં આવે છે.

ઝડપી પુનઃપ્રાપ્તિ
ફાસ્ટ રિકવરી સ્થિતિમાં, કન્જેશન વિન્ડો cwnd નું મૂલ્ય દરેક પ્રાપ્ત થયેલા રીડન્ડન્ટ ACK માટે એક MSS દ્વારા વધારવામાં આવે છે, એટલે કે, ACK જે ક્રમમાં આવતું નથી. આ ટ્રાન્સમિશન કાર્યક્ષમતાને શક્ય તેટલી સુધારવા માટે નેટવર્કમાં સફળતાપૂર્વક ટ્રાન્સમિટ થયેલા પેકેટ સેગમેન્ટ્સનો ઉપયોગ કરવા માટે છે.

જ્યારે ખોવાયેલા પેકેટ સેગમેન્ટનો ACK આવે છે, ત્યારે TCP cwnd નું મૂલ્ય ઘટાડે છે અને પછી કન્જેશન ટાળવાની સ્થિતિમાં પ્રવેશ કરે છે. આ કન્જેશન વિન્ડોના કદને નિયંત્રિત કરવા અને નેટવર્ક કન્જેશનને વધુ વધારવાથી બચાવવા માટે છે.

જો કન્જેશન કંટ્રોલ સ્ટેટ પછી સમયસમાપ્તિ થાય છે, તો નેટવર્ક સ્થિતિ વધુ ગંભીર બને છે અને TCP કન્જેશન એવોઇડન્સ સ્ટેટમાંથી સ્લો-સ્ટાર્ટ સ્ટેટમાં સ્થળાંતર કરે છે. આ કિસ્સામાં, કન્જેશન વિન્ડો cwnd નું મૂલ્ય 1 MSS, મહત્તમ પેકેટ સેગમેન્ટ લંબાઈ પર સેટ કરવામાં આવે છે, અને સ્લો-સ્ટાર્ટ થ્રેશોલ્ડ ssthresh નું મૂલ્ય cwnd ના અડધા પર સેટ કરવામાં આવે છે. આનો હેતુ નેટવર્ક પુનઃપ્રાપ્ત થયા પછી કન્જેશન વિન્ડોનું કદ ધીમે ધીમે વધારવાનો છે જેથી ટ્રાન્સમિશન રેટ અને નેટવર્ક કન્જેશનની ડિગ્રી સંતુલિત થાય.

સારાંશ
વિશ્વસનીય પરિવહન પ્રોટોકોલ તરીકે, TCP ક્રમ નંબર, સ્વીકૃતિ, પુનઃપ્રસારણ નિયંત્રણ, જોડાણ વ્યવસ્થાપન અને વિન્ડો નિયંત્રણ દ્વારા વિશ્વસનીય પરિવહન લાગુ કરે છે. તેમાંથી, પ્રવાહ નિયંત્રણ પદ્ધતિ રીસીવરની વાસ્તવિક પ્રાપ્ત ક્ષમતા અનુસાર મોકલનાર દ્વારા મોકલવામાં આવેલા ડેટાની માત્રાને નિયંત્રિત કરે છે, જે નેટવર્ક ભીડ અને કામગીરીમાં ઘટાડો થવાની સમસ્યાઓ ટાળે છે. ભીડ નિયંત્રણ પદ્ધતિ મોકલનાર દ્વારા મોકલવામાં આવેલા ડેટાની માત્રાને સમાયોજિત કરીને નેટવર્ક ભીડની ઘટનાને ટાળે છે. ભીડ વિન્ડો અને મોકલવાની વિન્ડોની વિભાવનાઓ એકબીજા સાથે સંબંધિત છે, અને મોકલનાર પર ડેટાની માત્રા ભીડ વિન્ડોના કદને ગતિશીલ રીતે સમાયોજિત કરીને નિયંત્રિત થાય છે. ધીમી શરૂઆત, ભીડ ટાળવા અને ઝડપી પુનઃપ્રાપ્તિ એ TCP ભીડ નિયંત્રણ અલ્ગોરિધમના ત્રણ મુખ્ય ભાગો છે, જે નેટવર્કની ક્ષમતા અને ભીડની ડિગ્રીને અનુરૂપ બનાવવા માટે વિવિધ વ્યૂહરચના દ્વારા ભીડ વિન્ડોના કદને સમાયોજિત કરે છે.

આગામી વિભાગમાં, આપણે TCP ના પુનઃપ્રસારણ પદ્ધતિની વિગતવાર તપાસ કરીશું. વિશ્વસનીય ટ્રાન્સમિશન પ્રાપ્ત કરવા માટે પુનઃપ્રસારણ પદ્ધતિ TCP નો એક મહત્વપૂર્ણ ભાગ છે. તે ખોવાયેલા, દૂષિત અથવા વિલંબિત ડેટાને પુનઃપ્રસારણ કરીને ડેટાના વિશ્વસનીય ટ્રાન્સમિશનની ખાતરી કરે છે. પુનઃપ્રસારણ પદ્ધતિના અમલીકરણ સિદ્ધાંત અને વ્યૂહરચનાનો પરિચય આગામી વિભાગમાં વિગતવાર કરવામાં આવશે અને તેનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવશે. જોડાયેલા રહો!