Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
Universidade Federal Fluminense Protocolos de Transporte para Redes
de Alta Velocidade: um estudo comparativo Aluno: Fabio Teixeira
Guerra Orientador: Luiz Claudio Schara Magalhes, Phd.
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
Agenda Cenrio Motivao Objetivo Protocolos Baseados em Acks
Protocolos Baseados em Taxa Testes Comparativos Concluso
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
Cenrio Crescente disponibilidade de enlaces de alta velocidade
(gigabit) em estaes de trabalho Aplicaes que precisam usar taxas de
gigabit (fsica de alta energia)
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Motivao Dificuldade de um nico fluxo TCP atingir alta taxa em
enlaces com taxa de gigabits por segundo. Diminuio do tamanho da
janela de transmisso devido a perdas, que so originadas
principalmente pelas rajadas do TCP
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
Objetivo Testar a viabilidade do protocolo RMTP (baseado em taxa)
funcionar a taxas de gigabit, atravs da anlise comparativa com
protocolos para redes de alta velocidade baseados em acks.
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Agenda Cenrio Motivao Objetivo Protocolos Baseados em Acks
Protocolos Baseados em Taxa Testes Comparativos Concluso
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
Duas Famlias Protocolos similiares ao TCP, porm com outro controle
de congestionamento Protocolos que funcionam como um agregado de
fluxos TCP
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Protocolos Baseados em Acks Alteraes no controle de
congestionamento do TCP. 1. HSTCP 2. BIC TCP 3. CUBIC TCP
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Protocolos Baseados em Acks Criao de N fluxos TCP para atender a
uma nica aplicao. 1. MulTCP Testes realizados N = 4
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HSTCP Sally Floyd prope uma mudana na curva de crescimento do
tamanho da janela de transmisso a partir de um certo limiar. Bem
amigvel ao TCP pois segue o controle de congestionamento do TCP at
verificar que existe banda disponvel
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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 atuao da funo resposta do
HSTCP High_Window = limite superior (tamanho de janela) da atuao da
funo resposta do HSTCP Low_P = taxa de perda de segmentos para
Low_window High_P = taxa de perda de segmentos para
High_window
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HSTCP w = (p / Low_P) S Low_window Para valores padres de
Low-Window = 38, High_Window = 83000, Low_P = 10 -3 e High_P = 10
-7 temos como funo resposta para o HSTCP o seguinte valor final: w
= 0,12/p 0,83
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
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 padro)
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BIC TCP Algoritmo tambm baseado no algoritmo do TCP porm com
algumas diferenas. 1. Binary Search Increase 2. Additive Increase
3. Fast Convergence 4. Slow Start
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BIC TCP Binary Search Increase Realiza uma busca binria at a
diferena 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 aps o
decremento passa a ser o novo W Min
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BIC TCP Additive Increase Quando a distncia entre W Min e W Max
muito grande e o aumento para o ponto mdio maior que o mximo
incremento (S max ), aumenta-se a janela sempre de S max at a
distncia entre Min e Max ser menor que S max Ocorrendo perdas nos
momentos de Additive Increase, o BIC TCP utiliza a estratgia de
decrementos mltiplos (Multiplicative Decrease) igual a do TCP
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
BIC TCP Fast Convergence No Binary Search Increase, aps uma reduo
da janela de transmisso, novos W Max e W Min so definidos. Se o
novo W Max menor que o anterior, esta janela teve uma tendncia
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.
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BIC TCP Slow Start Quando a janela corrente chega at 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
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CUBIC TCP Verso 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 ltima
reduo da janela K = ((W MAX /C)) 1/3 Constante que decrementa o
tamanho da janela no momento de uma perda.
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CUBIC TCP
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MulTCP Fluxos TCP agregados podem alcanar vazo gibabit por segundo
MulTCP 1 W mul1 = (2N * (N )) 1/2 / P 1/2 MulTCP 2 W mul2 = N * w =
N * (1,2 / p 1/2 )
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MulTCP 2 Na expresso: W mul2 = N * w = N * (1,2 / p 1/2 ) Para N =
1 pode-se escrever a expresso acima da seguinte forma W mul2 = (a *
(2 b)) 1/2 / (2bp) 1/2 Para isso temos: b = 2 a / (a + 3N 2 )
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Agenda Cenrio Motivao Objetivo Protocolos Baseados em Acks
Protocolos Baseados em Taxa Testes Comparativos Concluso
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Protocolos Baseados em Taxa 1. Intervalo entre pacotes constante
evitando rajadas 2. Difcil implementao devido a baixa granularidade
dos timers dos sistemas operacionais
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Protocolos Baseados em Taxa RMTP desenvolvido por Magalhes para
mobilidade em redes sem fio. Controle de congestionamento
homeosttico HCC
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Controle de Congestionamento Homeosttico (HCC) Tenta alcanar o
equilbrio (homeostase) atravs de duas foras: Par de Pacote que
tende a superestimar a banda disponvel na rede Monitoramento de
Jitter que corrige os erros do par de pacotes
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Par de Pacotes Funciona enviando trens de cinco pacotes onde a
medio do tempo de chegada entre os dois ltimos indica o tempo mnimo
de separao entre pacotes que a rede pode reagir
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Monitoramento de Jitter Jitter a diferena entre o intervalo de
envio de pacotes e o intervalo no qual os mesmos pacotes so
recebidos No HCC a indicao de dois jitters positivos sinal de
violao da taxa
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Agenda Cenrio Motivao Objetivos Protocolos Baseados em Acks
Protocolos Baseados em Taxa Testes Comparativos Concluso
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Ambiente de Teste Network Simulator (NS) verso 2.26. Instalao dos
controles de congestionamento dos protocolos.
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Testes Realizados Testes de vazo Testes de TCP Friendliness Testes
de Desempenho
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Teste de Vazo Protocolos testados isoladamente para verificar a
capacidade de vazo de cada um.
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Topologia para o Teste de Vazo TCP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP
RMTP TCP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP BACKBONE ACESSOS
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Parmetros do Teste de Vazo 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
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Teste de Vazo
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Teste de Vazo
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TCP Friendliness Mede a capacidade de um protocolo dividir de forma
justa a banda disponvel com outros fluxos que seguem o controle de
congestionamento do TCP.
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HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP
RMTP TCP BACKBONE ACESSOS Topologia para testes de TCP
Friendliness
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Parmetros para testes deTCP Friendliness Condies de Rede Banda
Backbone Atraso Link Backbone Banda Protocolo TCP Banda Protocolo
A.V. Atraso Links de acesso 11Gbps0.01 ms750Mbps 0.015 ms
21Gbps0.01 ms1Gbps 0.01 ms
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TCP x HSTCP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone: 0.01
ms Banda Acessos: 750 Mbps Atraso Acessos: 0.015 ms Buffer: atraso
x banda TCP BACKBONE ACESSOS
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TCP Friendly
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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
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TCP Friendly
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
TCP x BIC TCP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone:
0.01 ms Banda Acessos: 750 Mbps Atraso Acessos: 0.015 ms Buffer:
atraso x banda TCP BACKBONE ACESSOS
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TCP Friendly
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
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
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TCP Friendly
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
TCP x CUBIC TCP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone:
0.01 ms Banda Acessos: 750 Mbps Atraso Acessos: 0.015 ms Buffer:
atraso x banda TCP BACKBONE ACESSOS
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TCP Friendly
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
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
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TCP Friendly
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
TCP x MulTCP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone:
0.01 ms Banda Acessos: 750 Mbps Atraso Acessos: 0.015 ms Buffer:
atraso x banda TCP BACKBONE ACESSOS
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TCP Friendly
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
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
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TCP Friendly
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
TCP x RMTP Parametros: Banda Backbone: 1Gbps Atraso Backbone: 0.01
ms Banda Acessos: 750 Mbps Atraso Acessos: 0.015 ms Buffer: atraso
x banda TCP BACKBONE ACESSOS
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TCP Friendly
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
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
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TCP Friendly
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Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006
TCP Friendliness HSTCP - bom desempenho BIC, CUBIC e MulTCP -
razovel desempenho RMTP amigvel demais
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Teste de Desempenho Seis fluxos, sendo um de cada protocolo
estudado, com 50% de sobrecarga na rede. Parmetros: Acessos: 250
Mbps, 0.2 ms Backbone: 1 Gbps, 0.1 ms Buffers: Produto atraso x
banda
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Teste de Desempenho BACKBONE ACESSOS TCP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP
MulTCP RMTP TCP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP
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Teste de Desempenho
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Agenda Cenrio Motivao Objetivos Protocolos Baseados em Acks
Protocolos Baseados em Taxa Testes Comparativos Concluso
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Concluso Apesar do RMTP ter sido desenvolvido para redes sem fio
este apresentou bons resultados em ambiente de alta velocidade
Estabilidade do RMTP em relao aos outros protocolos devido a sua
forma de envio dos pacotes
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Trabalhos Futuros Aquisio de uma placa de rede com RT Linux
Implementao de um mdulo kernel na placa adquirida para envio de
pacotes baseados em taxa Testes na Rede GIGA da RNP
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Agradecimentos Obrigado! [email protected] Tese:
http://www.midiacom.uff.br/~schara/aluno s/fabio-tese.pdf