Einfluss der Window Scale Option auf die Fairness in TCP/IP-Netzen

Transkript

1 Einfluss der Window Scale Option auf die Fairness in TCP/IP-Netzen Torsten Müller, TU-Dresden, Institut für Nachrichtentechnik, Professur Telekommunikation Prof. Dr.-Ing. R. Lehnert

2 Übersicht O Einleitung O TCP Window Scale Option O Untersuchungsszenario O Ergebnisse FIFO + großer Puffer O Ansätze zur Problemlösung O Ergebnisse ¼ Pufferbegrenzung Drop-Tail ¼ WFQ ¼ RED O Zusammenfassung

3 TCP Window Scale Option O TCP: sliding window Flußkontrolle O max. Fenster 64 kbyte (begrenzt WND-Feld 6 bit) O Problem bei hohem Bandbreite-Verzögerungs-Produkt: ¼ begrenzter Durchsatz ¼ Beispiel: s=4km, RTT=33ms, D=3,8 Mbit/s ¼ bei geforderten 55 Mbit/s -> WND=2.5 MByte D WND max kbyte = = 64 RTT RTT O größere Fenster durch Window Scale Option möglich (RFC 323: TCP Extensions for High Performance) max

4 TCP Window Scale Option (2) O Bedingungen für Benutzung: ¼ Unterstützung durch Betriebssystem ¼ Sender und Empfänger müssen Option unterstützen ¼ Socketgröße (Einstellung, Speicher) ¼ durch alle Verbindungen nutzbar (unabhängig von Bandbreite-Verzögerungsprodukt) ¼ Resultat: Mix von Verbindungen mit/ohne WSO O Puffer in Routern heute groß, Speicher billig O Frage: Fairness?

5 Untersuchungsszenario TCP Send Mbit/s TCP Recv WND = 64 kbyte N TCP Send Mbit/s TCP Recv Mux Delay ms Demux N + TCP Send TCP Recv WND = 64 kbyte N TCP Send TCP Acks TCP Recv Sources O N= TCP Verbindungen O N variabel O FIFO, Puffer sehr gross Sinks

6 LAN, FIFO 8 7 WND=64k WND=64k WND=64k calc WND=64k WND=64k 6 3 Goodput / (Mbit/s) Delay / ms O Bandbreite wird proportional zur max. Fenstergröße vergeben O Aufteilung unfair: "normale" Verb. bekommen nur wenig Bandbreite N O erzeugt lange Bursts: große Verzögerung in Knoten N

7 Erklärung Unfairness O FIFO: ¼ Durchsatzanteil eines Flows abhängig von Anteil Daten in Queue ¼ mittlere Wartezeit steigt mit Datenmenge in Queue O großer Puffer ¼ keine Verluste ¼ TCP congestion control reagiert nicht

8 Ansätze zur Problemlösung O Administration max. TCP Fenstergröße ¼ entsprechend RTT und Bandbreite O Fair Queuing ¼ per flow queuing notwendig O Begrenzung Puffer in Switch/Router O Einsatz Puffer Management (z.b. RED)

9 Fair Queuing (WFQ) 2 WND=64k WND=64k 5 45 Goodput / (Mbit/s) 5 5 Delay / ms WND=64k WND=64k N N O keine Unfairness O Isolierung der Verbindungen O Verfahren aufwendig

10 begrenzter Puffer, Tail Drop O Puffergröße 5 Zellen ( 23kByte) O geringe Unfairness O nicht dargestellt: ¼ FIFO und WFQ gleich ¼ Verzögerungsproblem bei FIFO entschärft Goodput / (Mbit/s) N WND=64kByte WND=64kByte

11 WAN-Szenario O WSO für Weitverkehrsverbindungen gedacht O WSO-Verbindungen ¼ Leitungsverzögerung 2 ms ¼ max. Fenster von 64 kbyte ¼ ermöglicht Durchsatz >26 MBit/s

12 WAN, begrenzter Puffer 8 6 WND=64kByte WND=64kByte 4 Goodput / (Mbit/s) O Nachteil für Verbindungen mit großer Verzögerung große RTT, Erhöhung CWND langsam nach Timeout (CWND = MSS) problematisch N

13 Random Early Detection (RED) O Arbeitsweise ¼ Markieren von Paketen bevor Puffer voll ¼ p = f (mittlere Queuelänge) ¼ kein ECN -> Verwerfen O Parameterwahl: ¼ min_th: wenn zu groß, keine Wirkung ¼ min_th=, max_th=5 Zellen, p_max=., w_q=.2 p p max min th max th X

14 Ergebnisse RED, LAN O Fairness ¼ Verbesserung gegenüber FIFO + großer Puffer ¼ keine Verbesserung gegenüber Drop-Tail Goodput / (Mbit/s) WND=64kByte WND=64kByte N

15 Ergebnisse RED, WAN-Verb. Goodput / (Mbit/s) ms, 64kByte ms, 64 kbyte con, 2ms, 64kByte N O RTT (Verbindung ) = 2ms O geringe Unfairness O Verbindungen mit großer RTT etwas benachteiligt

16 Zusammenfassung O FIFO+großer Puffer ¼ geringe Fairness O Fair Queuing: ¼ fair ¼ kompliziert O Pufferbegrenzung (Drop-Tail): ¼ ausreichende Fairness ¼ problematisch bei großen RTTs O RED: ¼ ausreichende Fairness ¼ unterschiedliche RTT s ¼ entspr. Parametrisierung notwendig