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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 estudo comparativo Aluno: Fabio Teixeira Guerra Orientador: Luiz Claudio Schara Magalhes, Phd.

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Agenda Cenrio Motivao Objetivo Protocolos Baseados em Acks Protocolos Baseados em Taxa Testes Comparativos Concluso

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)

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

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.

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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Protocolos Baseados em Acks Alteraes no controle de congestionamento do TCP. 1. HSTCP 2. BIC TCP 3. CUBIC TCP

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Protocolos Baseados em Acks Criao de N fluxos TCP para atender a uma nica aplicao. 1. MulTCP Testes realizados N = 4

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

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)

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

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.

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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.

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 CUBIC TCP

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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 )

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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 )

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Protocolos Baseados em Taxa 1. Intervalo entre pacotes constante evitando rajadas 2. Difcil implementao devido a baixa granularidade dos timers dos sistemas operacionais

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Protocolos Baseados em Taxa RMTP desenvolvido por Magalhes para mobilidade em redes sem fio. Controle de congestionamento homeosttico HCC

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Agenda Cenrio Motivao Objetivos Protocolos Baseados em Acks Protocolos Baseados em Taxa Testes Comparativos Concluso

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Ambiente de Teste Network Simulator (NS) verso 2.26. Instalao dos controles de congestionamento dos protocolos.

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Testes Realizados Testes de vazo Testes de TCP Friendliness Testes de Desempenho

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Teste de Vazo Protocolos testados isoladamente para verificar a capacidade de vazo de cada um.

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Topologia para o Teste de Vazo TCP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP TCP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP BACKBONE ACESSOS

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Teste de Vazo

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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.

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP TCP BACKBONE ACESSOS Topologia para testes de TCP Friendliness

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 TCP Friendly

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

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

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

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

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

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

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

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

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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 TCP Friendliness HSTCP - bom desempenho BIC, CUBIC e MulTCP - razovel desempenho RMTP amigvel demais

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Teste de Desempenho BACKBONE ACESSOS TCP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP TCP HSTCP BIC TCP CUBIC TCP MulTCP RMTP

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Teste de Desempenho

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Agenda Cenrio Motivao Objetivos Protocolos Baseados em Acks Protocolos Baseados em Taxa Testes Comparativos Concluso

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 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

Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade - 2006 Agradecimentos Obrigado! [email protected] Tese: http://www.midiacom.uff.br/~schara/aluno s/fabio-tese.pdf

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