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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Universidade Federal Fluminense Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade: um.

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1 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Universidade Federal Fluminense Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade: um estudo comparativo Aluno: Fabio Teixeira Guerra Orientador: Luiz Claudio Schara Magalhães, Phd.

2 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Agenda Cenário Motivação Objetivo Protocolos Baseados em Acks Protocolos Baseados em Taxa Testes Comparativos Conclusão

3 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Cenário Crescente disponibilidade de enlaces de alta velocidade (gigabit) em estações de trabalho Aplicações que precisam usar taxas de gigabit (física de alta energia)

4 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Motivação Dificuldade de um único fluxo TCP atingir alta taxa em enlaces com taxa de gigabits por segundo. Diminuição do tamanho da janela de transmissão devido a perdas, que são originadas principalmente pelas rajadas do TCP

5 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Objetivo Testar a viabilidade do protocolo RMTP (baseado em taxa) funcionar a taxas de gigabit, através da análise comparativa com protocolos para redes de alta velocidade baseados em acks.

6 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Agenda Cenário Motivação Objetivo Protocolos Baseados em Acks Protocolos Baseados em Taxa Testes Comparativos Conclusão

7 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Duas Famílias Protocolos similiares ao TCP, porém com outro controle de congestionamento Protocolos que funcionam como um agregado de fluxos TCP

8 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Protocolos Baseados em Acks Alterações no controle de congestionamento do TCP. 1. HSTCP 2. BIC TCP 3. CUBIC TCP

9 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Protocolos Baseados em Acks Criação de N fluxos TCP para atender a uma única aplicação. 1. MulTCP – Testes realizados N = 4

10 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade HSTCP Sally Floyd propõe uma mudança na curva de crescimento do tamanho da janela de transmissão a partir de um certo limiar. Bem amigável ao TCP pois segue o controle de congestionamento do TCP até verificar que existe banda disponível

11 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade HSTCP w = 10 S (logp – log Low_P) + log Low_Window S = (log High_Window – log Low_Window) / (log High_P – log Low_P) Low_Window = limite inferior (tamanho de janela) da atuação da função resposta do HSTCP High_Window = limite superior (tamanho de janela) da atuação da função resposta do HSTCP Low_P = taxa de perda de segmentos para Low_window High_P = taxa de perda de segmentos para High_window

12 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade HSTCP w = (p / Low_P) S Low_window Para valores padrões de Low-Window = 38, High_Window = 83000, Low_P = e High_P = temos como função resposta para o HSTCP o seguinte valor final: w = 0,12/p 0,83

13 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade HSTCP w = w + a(w) / w w = w – b(w) * w a(w) = (w 2 * 2 * b(w)) / ((2 – b(w)) * w 1,2 * 12,8 High Decrease = 0.1 (valor padrão)

14 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade BIC TCP Algoritmo também baseado no algoritmo do TCP porém com algumas diferenças. 1. Binary Search Increase 2. Additive Increase 3. Fast Convergence 4. Slow Start

15 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade BIC TCP Binary Search Increase Realiza uma busca binária até a diferença entre W Max e W Min ser menor que S Min target window = (W Max – W Min ) / 2. No caso de perdas durante o Binary Search Increase a janela corrente passa a ser W Max e a nova janela após o decremento passa a ser o novo W Min

16 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade BIC TCP Additive Increase Quando a distância entre W Min e W Max é muito grande e o aumento para o ponto médio é maior que o máximo incremento (S max ), aumenta-se a janela sempre de S max até a distância entre Min e Max ser menor que S max Ocorrendo perdas nos momentos de Additive Increase, o BIC TCP utiliza a estratégia de decrementos múltiplos (Multiplicative Decrease) igual a do TCP

17 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade BIC TCP Fast Convergence No Binary Search Increase, após uma redução da janela de transmissão, novos W Max e W Min são definidos. Se o novo W Max é menor que o anterior, esta janela teve uma tendência descendente, com isso para garantir uma maior fairness, quando existe mais de um fluxo deve-se reajustar o novo W Max como sendo o primeiro valor de Target Window, ou seja: W Max = (W Max – W Min ) / 2.

18 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade BIC TCP Slow Start Quando a janela corrente chega até W Max, o Binary Search Increase escolhe um novo valor de W Max aleatoriamente e a janela corrente passa a ser W Min. Se (W Min + W Max )/2 > S max, em vez de utilizar o Additive Increase, o BIC TCP roda um algoritmo chamado de partida lenta

19 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade CUBIC TCP Versão com maior fairness que o BIC TCP. W CUBIC = C(t-K) 3 + W Max Onde: C – Fator de escala t – Tempo decorrido desde a última redução da janela K = ((ßW MAX /C)) 1/3 ß – Constante que decrementa o tamanho da janela no momento de uma perda.

20 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade CUBIC TCP

21 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade MulTCP Fluxos TCP agregados podem alcançar vazão gibabit por segundo MulTCP 1 W mul1 = (2N * (N – ¼)) 1/2 / P 1/2 MulTCP 2 W mul2 = N * w = N * (1,2 / p 1/2 )

22 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade MulTCP 2 Na expressão: W mul2 = N * w = N * (1,2 / p 1/2 ) Para N = 1 pode-se escrever a expressão acima da seguinte forma W mul2 = (a * (2 – b)) 1/2 / (2bp) 1/2 Para isso temos: b = 2 a / (a + 3N 2 )

23 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Agenda Cenário Motivação Objetivo Protocolos Baseados em Acks Protocolos Baseados em Taxa Testes Comparativos Conclusão

24 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Protocolos Baseados em Taxa 1. Intervalo entre pacotes constante evitando rajadas 2. Difícil implementação devido a baixa granularidade dos timers dos sistemas operacionais

25 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Protocolos Baseados em Taxa RMTP desenvolvido por Magalhães para mobilidade em redes sem fio. Controle de congestionamento homeostático HCC

26 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Controle de Congestionamento Homeostático (HCC) Tenta alcançar o equilíbrio (homeostase) através de duas forças: Par de Pacote – que tende a superestimar a banda disponível na rede Monitoramento de Jitter – que corrige os erros do par de pacotes

27 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Par de Pacotes Funciona enviando trens de cinco pacotes onde a medição do tempo de chegada entre os dois últimos indica o tempo mínimo de separação entre pacotes que a rede pode reagir

28 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Monitoramento de Jitter Jitter é a diferença entre o intervalo de envio de pacotes e o intervalo no qual os mesmos pacotes são recebidos No HCC a indicação de dois jitters positivos é sinal de violação da taxa

29 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Agenda Cenário Motivação Objetivos Protocolos Baseados em Acks Protocolos Baseados em Taxa Testes Comparativos Conclusão

30 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Ambiente de Teste Network Simulator (NS) versão Instalação dos controles de congestionamento dos protocolos.

31 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Testes Realizados Testes de vazão Testes de TCP Friendliness Testes de Desempenho

32 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Teste de Vazão Protocolos testados isoladamente para verificar a capacidade de vazão de cada um.

33 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Topologia para o Teste de Vazão TCP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP TCP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP BACKBONE ACESSOS

34 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Parâmetros do Teste de Vazão ACESSOBACKBONE BANDAATRASOBUFFERBANDAATRASOBUFFER 1Gbps0.01 msproduto atraso x banda 1Gbps0.01 msproduto atraso x banda 0.1 ms 0.2 ms 0.3 ms 0.4 ms 1Gbps0.01 msproduto 5 x atraso x banda 1Gbps0.01 ms5 x produto atraso x banda 0.1 ms 0.2 ms 0.3 ms 0.4 ms

35 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Teste de Vazão

36 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Teste de Vazão

37 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP Friendliness Mede a capacidade de um protocolo dividir de forma justa a banda disponível com outros fluxos que seguem o controle de congestionamento do TCP.

38 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP TCP BACKBONE ACESSOS Topologia para testes de TCP Friendliness

39 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Parâmetros para testes deTCP Friendliness Condições de Rede Banda Backbone Atraso Link Backbone Banda Protocolo TCP Banda Protocolo A.V. Atraso Links de acesso 11Gbps0.01 ms750Mbps ms 21Gbps0.01 ms1Gbps 0.01 ms

40 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP x HSTCP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone: 0.01 ms Banda Acessos: 750 Mbps Atraso Acessos: ms Buffer: atraso x banda TCP BACKBONE ACESSOS

41 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP Friendly

42 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP x HSTCP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone: 0.01 ms Banda Acessos: 1 Gbps Atraso Acessos: 0.01 ms Buffer: atraso x banda TCP BACKBONE ACESSOS

43 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP Friendly

44 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP x BIC TCP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone: 0.01 ms Banda Acessos: 750 Mbps Atraso Acessos: ms Buffer: atraso x banda TCP BACKBONE ACESSOS

45 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP Friendly

46 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP x BIC TCP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone: 0.01 ms Banda Acessos: 1 Gbps Atraso Acessos: 0.01 ms Buffer: atraso x banda TCP BACKBONE ACESSOS

47 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP Friendly

48 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP x CUBIC TCP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone: 0.01 ms Banda Acessos: 750 Mbps Atraso Acessos: ms Buffer: atraso x banda TCP BACKBONE ACESSOS

49 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP Friendly

50 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP x CUBIC TCP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone: 0.01 ms Banda Acessos: 1 Gbps Atraso Acessos: 0.01 ms Buffer: atraso x banda TCP BACKBONE ACESSOS

51 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP Friendly

52 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP x MulTCP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone: 0.01 ms Banda Acessos: 750 Mbps Atraso Acessos: ms Buffer: atraso x banda TCP BACKBONE ACESSOS

53 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP Friendly

54 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP x MulTCP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone: 0.01 ms Banda Acessos: 1 Gbps Atraso Acessos: 0.01 ms Buffer: atraso x banda TCP BACKBONE ACESSOS

55 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP Friendly

56 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP x RMTP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone: 0.01 ms Banda Acessos: 750 Mbps Atraso Acessos: ms Buffer: atraso x banda TCP BACKBONE ACESSOS

57 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP Friendly

58 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP x RMTP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone: 0.01 ms Banda Acessos: 1 Gbps Atraso Acessos: 0.01 ms Buffer: atraso x banda TCP BACKBONE ACESSOS

59 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP Friendly

60 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade TCP Friendliness HSTCP - bom desempenho BIC, CUBIC e MulTCP - razoável desempenho RMTP – amigável demais

61 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Teste de Desempenho Seis fluxos, sendo um de cada protocolo estudado, com 50% de sobrecarga na rede. Parâmetros: Acessos: 250 Mbps, 0.2 ms Backbone: 1 Gbps, 0.1 ms Buffers: Produto atraso x banda

62 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Teste de Desempenho BACKBONE ACESSOS TCP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP TCP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP

63 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Teste de Desempenho

64 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Agenda Cenário Motivação Objetivos Protocolos Baseados em Acks Protocolos Baseados em Taxa Testes Comparativos Conclusão

65 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Conclusão Apesar do RMTP ter sido desenvolvido para redes sem fio este apresentou bons resultados em ambiente de alta velocidade Estabilidade do RMTP em relação aos outros protocolos devido a sua forma de envio dos pacotes

66 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Trabalhos Futuros Aquisição de uma placa de rede com RT Linux Implementação de um módulo kernel na placa adquirida para envio de pacotes baseados em taxa Testes na Rede GIGA da RNP

67 Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade Agradecimentos Obrigado! Tese: s/fabio-tese.pdf


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