Производительность алгоритма«Предотвращение насыщения»протокола TCP

Производительность TCP
Актуальность проблемы:
Задачи распределенного управления трафиком являются одними из важнейших в современных сетях передачи данных.
Управление осуществляется протоколами транспортного уровня (напр. TCP), которые формируют качественные и количественные характеристики потоков данных.
Новые приложения требуют новых средств управления и методов проектирования.
Решение задачи - залог успеха в сл. областях :
Передача данных по радиоканалам
Мультимедиа приложения, распределенные вычисления и обработка данных
«Традиционный» networking

Производительность TCP
Краткий анализ предыдущих работ
Ограничения моделей
Процесс потери пакетов (детерминированный, процесс Бернулли, процесс Пуассона )
Неограниченный рост скользящего окна
Round trip time – детерминированная константа
Неограниченный рост пропускной способности
Результаты
Оценки мат. ожидания пропускной способности
Оценка дисперсии пропускной способности для специальных условий

Производительность TCP
Цель работы
Анализ алгоритма ЛРСУ (AIMD), как основного управляющего алгоритма современных реализаций протокола TCP.
Получение основных характеристик производительности алгоритма ЛРСУ.
Основные результаты
Построена математическая модель алгоритма ЛРСУ
В явной аналитической форме получено распределение характеристики пропускной способности алгоритма.
Получено распределение скользящего окна алгоритма ЛРСУ и найдено его представление в простой рекуррентной форме.

Производительность TCP
Основные методы исследований
В работе использованы методы теории вероятностей, теории случайных марковских процессов, теории массового обслуживания и теории передачи данных.
Научная новизна
Разработанная модель протокола и полученные на ее основе распределения скользящего окна протокола и его пропускной способности являются новыми. Указанные распределения получены впервые.

Описание модели
Основные предположения
В каждом раунде потери сегментов TCP происходят независимо с вероятностью p.
Рост размера скользящего окна ограничен известной конечной величиной
Пропускная способность, которую может развить соединение ограничена сверху – L.
Рассматривается только алгоритм ЛРСУ.
Двойная длина пути (ДДП - RTT) является случайной величиной, которая может зависеть от размера скользящего окна. Ее функция распределения известна.

Поведение отправителя TCP
W
Сигналы обратной связи
s+
s-
Линия

Описание модели
Основные определения

Описание модели
Размер скользящего окна

Описание модели
Размер скользящего окна

Описание модели
Пропускная способность
Сегменты TCP
Сегменты TCP
Ack
Ack
ДДП
ДДП
ожидание

Описание модели
Пропускная способность

Области применения
Анализ производительности и планирование мощности подсетей Интернет.
Стохастическое управление QoS (на уровне администраторов подсетей и на уровне маршрутизаторов)
Идентификация недружественных TCP потоков
Управление трафиком и разработка новых протоколов

Численные примеры
Размер скользящего
окна. Wmax=120 сег.

Численные примеры
Мат. ожидание пропускной
способности TCP. Wmax=70 сег.

Численные примеры
Закон «квадратного корня» для
пропускной способности TCP
(S. Floyd, D. Towsley и др.)

Численные примеры
Влияние ср.-кв. откл. ДДП на ср.-кв. откл.
пропускной способности. Мощность
канала 300 сег/с, Wmax=50 сег.

Модель производительности TCP и
управление QoS стохастических виртуальных каналов
СВК (DiffServ, MPLS, ATM, ) определяет параметры модели производительности TCP для классов приложений.
Текущий анализ производительности:
─ моменты и квантили размера скользящего окна;
─ моменты и квантили пропускной способности;
─ стохастическое управление QoS

Модель производительности TCP и
управление QoS стохастических виртуальных каналов
Планирование мощности развивающейся системы
─ эволюция производительности подсети в связи с эволюцией ее нагрузки и оборудования
«Обратная задача» планирования мощности

Заключение
В работе построена новая модель алгоритма ЛРСУ протокола TCP на основе которой впервые получены в явной аналитической форме распределения размеров скользящего окна и пропускной способности ЛРСУ.
Разработанная модель обладает рядом важных преимуществ по сравнению с ранее опубликованными в литературе результатами. В ней устранен ряд ограничений на свойства ДДП, схему эволюции окна протокола и процесс потерь сегментов.

Заключение
Полученные результаты могут быть основой для решения задач управления трафиком и производительностью широкого класса сетей передачи данных. Они позволяют устанавливать влияние свойств протоколов нижних уровней на производительность транспортного уровня. Например
─ «медленный и ненадежный» радиоканал;
─ «традиционный» канал
─ стохастические виртуальные каналы