Transcript TCP コネクション数の変動がRED ゲートウェイの過渡特性

Advanced Network
Architecture
Research Group
TCP コネクション数の変動が
RED ゲートウェイの過渡特性に
与える影響
大阪大学大学院基礎工学研究科情報数理系
村田研究室
岸本 統久
[email protected]
2001/4/20
NS研究会＠函館
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発表の内容
•
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•
•
•
研究の背景
REDゲートウェイ
解析モデル
過渡特性解析
数値例による評価
まとめと今後の課題
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NS研究会＠函館
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研究の背景
• TCP の輻輳制御機構
– ウインドウ型のフロー制御方式
– エンド-エンド間で動作
– ゲートウェイの動作に依存しない
• ゲートウェイによる輻輳制御機構
– TCP の輻輳制御機構を補助
– ネットワーク全体の性能向上が可能
– REDゲートウェイが有望
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RED ゲートウェイの特徴
•
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到着するパケットを確率的に棄却
棄却率は平均キュー長に応じて計算
平均キュー長を低く抑える
比較的実装が容易
適切なパラメータ設定が不可欠
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従来のREDの研究
• シミュレーションによる研究－多数
• 数学的な解析による研究－少数
– TCPコネクション数が一定であると仮定
– 過渡特性解析は行われていない
– 実際のネットワークはコネクション数が変動
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研究の目的
• TCPコネクション数が増加した場合
– トラヒック量が一時的に増加
– 大量のパケット棄却が起こる可能性
• TCPコネクション数が減少した場合
– トラヒック量が一時的に減少
– REDゲートウェイが低負荷になる可能性
• REDゲートウェイの過渡特性を解析
– TCPコネクション数の変動を考慮
– REDゲートウェイのキュー長に着目
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REDゲートウェイのアルゴリズム
Pb
REDのパケット棄却率
パ
ケ
ッ
ト
棄
却
率
1
minth:最小の閾値
maxth:最大の閾値
maxp:最大棄却率
maxp
minth
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maxth
2*maxth
平均キュー長
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q
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解析モデル
送
信
側
ホ
ス
ト
τ
maxth minth
B
N
N
REDゲートウェイ
ΔN
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受
信
側
ホ
ス
ト
ΔN
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解析の概要
• 定常状態遷移方程式を拡張
– コネクション数nを状態変数に追加
• コネクション数の変動を入力としてモデル化
– 輻輳回避フェーズ
– スロースタートフェーズ
• REDゲートウェイのキュー長を計算
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定常状態遷移方程式を拡張
• コネクション数が一定の場合
w(k  1 )
w(k)
 q(k  1 )   A q(k)






 q(k  1 ) 

 q(k) 

• コネクション数nを状態変数に追加
w(k  1 )
w(k)
 q(k  1 ) 
 q(k)

  A

 q(k  1 ) 
 q(k) 




n
(
k

1
)
n
(
k
)




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コネクション数の変動を追加
• 転送を再開する場合（輻輳回避フェーズ）
– n(k)の変化としてモデル化
w(k  1 )
w(k)
0
 q(k  1 ) 
 q(k)
0

  A
   u(k)
 q(k  1 ) 
 q(k) 
0




 
n(k

1
)
n
(
k
)




1
• 新たに転送を開始する場合
（スロースタートフェーズ）
– w(k)の変化としてモデル化
u(k)
k
u’(k)
w(k  1 )
w(k)
1
 q(k  1 ) 
 q(k)
0

  A
   u(k)
 q(k  1 ) 
 q(k) 
0




 
n(k

1
)
n
(
k
)




0
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k
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REDゲートウェイのキュー長を計算
• 状態遷移方程式からキュー長をとりだす
0  w(k)
1  q(k)

q(k)    
0  q(k) 
 

0 n(k )
• 状態遷移方程式を一般系に表す
w(k  1 )
w(k)
 q(k  1 ) 
 q(k)

  A
  Bu(k)
 q(k  1 ) 
 q(k) 




n(k

1
)
n
(
k
)




－数値例により過渡特性の考察を行う
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過渡特性の性能指標
行き過ぎ量
overshoot
平
均
キ 1.0
ュ ９０％
ー
長
0
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＋－５％
立ち上がり時間
rise time
整定時間
settling time
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時間
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maxpを変化させた時の数値例
Queue Length [packet]
20
B=2[パケット/ms]
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τ=1[ms]、N=5[本]、⊿N＝
１[本]
16
maxp=0.025
maxp=0.05
maxp=0.1
maxp=0.15
14
12
10
8
6
4
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0
20
40
60
80
Time [ms]
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100
120
140
14
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0.02
2001/4/20
overshoot
rise time
settling time
10
8
6
4
2
0.04
0.06
0.08
0.1
maxp
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0.12
0.14
0
0.16
Queue Length Overshoot [packet]
Rise/Settling Time [ms]
maxpを変化させた時の性能指標
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ゲートウェイ処理能力を変化
させた時
Queue Length [packet]
20
τ=1[ms]、N=5[本],maxp=0.1
minth=5,maxth=15
⊿N=1[本]
18
16
14
B=1
B=2
B=4
B=8
12
10
8
6
4
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0
20
40
60
80 100
Time [ms]
NS研究会＠函館
120
140
16
Rise/Settling Time [ms]
250
10
overshoot
rise time
settling time
200
8
150
6
100
4
50
2
0
0
2
4
6
8
B[パケット/ms]
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0
Queue Length Overshoot [packet]
ゲートウェイ処理能力
を変化させた時の性能指標
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まとめと今後の課題
• RED ゲートウェイの過渡特性を解析
– コネクション数の変動を考慮
– REDゲートウェイのキュー長に着目
• 数値例による考察
–
–
–
–
–
制御パラメータは過渡特性にあまり影響を与えない
定常特性（平均キュー長、スループット）を考慮すべき
ゲートウェイの処理能力が上がると一般に過渡特性は向上
増減前のコネクション数Nが小さいほど行き過ぎ量が大きい
往復伝播遅延τが大きくなるにつれ過渡特性は低下
• 今後の課題
– より一般的なTCPコネクション数の変動を解析
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