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1 XCP-i: eXplicit Control Protocol pour linterconnexion de réseaux haut-débit hétérogènes C. Pham 2 Université de Pau et des Pays de lAdour Laboratoire.

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1 1 XCP-i: eXplicit Control Protocol pour linterconnexion de réseaux haut-débit hétérogènes C. Pham 2 Université de Pau et des Pays de lAdour Laboratoire LIUPPA D.M. Lopez Pacheco 1, C. Pham 2, L. Lefèvre 1 1 INRIA RESO UMR LIP CNRS/ENS/INRIA/UCBL LIUPPA

2 2 TCP & réseaux haut débit Cœurs de réseaux: liens optiques, DWDM, débit de plusieurs dizaines de gigabits/s Temps tranmission <<< temps propagation Répliquer une BD de 10Go ne devrait pas poser de problèmes! Fibre Optique 40 Gbps km/s, delai de 5ms tous les 1000kms

3 3 La dure réalité: TCP sur un lien à 200Mbits/s Haut débit performances de bout en bout! TCP nest pas adapté pour les « Long Fat Networks »! Pertes de paquets

4 4 Ce que votre maman ne vous a jamais dit sur TCP! Si vous voulez tranférer un fichier de 1Go avec une pile TCP standard, cela vous prendra plusieurs minutes, même avec un lien à 40Gbits/s (combien en ?)! 40 Gbps TCP 0.3Gbps Standard TCP

5 5 Revenons aux origines! From Computer Networks, A. Tanenbaum Contrôle de flux pour les r é cepteurs Contrôle de congestion pour le réseaux 1ère congestion observée en 1986 par V. Jacobson. TCP est devenu synonyme de contrôle de congestion: TCP Reno en 1988.

6 6 Contrôle de congestion de TCP cwnd cro î t exponentiellement (slow start), puis linéairement (congestion avoidance) avec 1 segment de plus par RTT Si pertes, divise le seuil par 2 (multiplicative decrease) et redémarre avec cwnd=1 segment From Computer Networks, A. Tanenbaum Temps Sequence No La fenêtre de congestion double à chaque aller-retour paquet ack

7 7 Repousser les limites de TCP Fast retransmit Optimisation des temporisateurs (RTO) Configuration standard (vanilla TCP) nest pas adaptée dans la plupart des OS, tout est sous- dimensionné: Buffer démission, réception Taille de la fenêtre de contrôle de flux Buffer système Taille des blocs par défaut On peut atteindre 1Gbits/s si tout est bien optimisé Source: M. Goutelle, GEANT test campaign Large congestion window Socket buffer=64Mo

8 8 Les nouvelles enseignes de TCP HS-TCP FAST TCP XCP S-TCP BIC TCP TSUNAMI H-TCP

9 9 High Speed TCP [Floyd] Un représentant des approches de bout-en-bout Réseaux haut débit = faible taux de pertes Modifie la fonction de réponse pour augmenter le taux dutilisation Packet Drop Rate P Congestion Window W RTTs Between Losses ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ Table 2: TCP Response Function for Standard TCP. The average congestion window W in MSS-sized segments is given as a function of the packet drop rate P. From draft-ietf-tsvwg-highspeed-01.txt HSTCP Congestion Window W RTTs Between Losses

10 10 HSTCP et AIMD Sans perte: cwnd=cwnd+a Perte: cwnd=cwnd*b TCP: a=1, b=0.5 HSTCP a=f(cwnd) b=f(cwnd)

11 11 XCP [Katabi02] Approche à assistance des routeurs, généralise le concept ECN (FR, TCP-ECN) Un routeur XCP détermine la bande passante disponible en observant les trafics dentrée et de sortie Un feedback est envoyé vers la source par le biais des ACKs: pas détat par flux, émulation dun AIMD par flux Input rate: I r Output rate: O r source H_cwnd (set to the senders current cwnd) H_rtt (set to senders RTT estimate) H_feedback (initialized to senders demands) XCP packet header feedback=.rtt.(O r -I r )- Q =0.4, =0.226 Q: persistent queue size Q H_feedback EC FC

12 12 6s XCP vs TCP Simulation sur ns-2 XCP plus stable et performant que TCP

13 13 Equité de XCP TCP et HSTCP ne sont pas vraiment très équitables... Pacheco et Pham, MICC-ICON 2005

14 14 Limites de XCP XCP demeure cantonné à des plate-formes 100% XCP Pas dinteropérabilité entre les équipements Mauvaise performance si des routeurs IP classiques (non-XCP) se trouvent dans le goulot d'étranglement. Peu déquité entre protocoles différents Performance fortement dégradée si différents protocoles de bout en bout sont exécutés dans le même réseau.

15 15 Routeur XCP-Routeur IP Moins performant que TCP!

16 16 Problème n°1: Découvrir le nuage non-XCP ? Propositions pour une version interopérable de XCP incrémentale Le problème d'interopérabilité empêche fortement la mise en place incrémentale de XCP XCP-i (i = interoperable) attaque ce problème : sans ajouter détats par flux, en gardant les mécanismes de contrôle de XCP.

17 17 ? xcp_ttl = TTL xcp_ttl -- TTL -- xcp_ttl != TTL TTL -- xcp_ttl = TTL Problème n°2: Déterminer les ressources du nuage non-XCP ? Détection du nuage non-XCP Découvrir le nuage non-XCP : Utiliser le champs IP TTL Nouveau champ xcp_ttl_ dans lentête XCP Décrémenter xcp_ttl_ dans chaque routeur XCP-i Comparer xcp_ttl_ avec le champ TTL de l'en-tête IP H_cwnd H_rtt H_feedback Xcp_ttl XCP packet header

18 18 last_xcp_router_ = S S = R0 R0 = R2 ? Déterminer les ressources dans le nuage non-XCP Connaître le dernier routeur XCP-i traversé (R0). Nouveau champ last_xcp_router_ dans lentête XCP Remplir avec l'adresse du dernier nœud émetteur Estimer l'état du réseau dans le nuage non-XCP (R0 -> R2) Déclencher une procédure d'estimation de bande passante BP (algorithmes existants: packet train, pathirp…) Problème n°3: Prendre en compte lestimation dans le calcul du feedback? H_cwnd H_rtt H_feedback Xcp_ttl Last_xcp_router XCP packet header

19 19 Nuage non XCP 80Mbps 30Mbps R0 80Mbps Lien virtuel Lien physique R2 XCP-i … 30R0 30Mbps 80Mbps R2 Table de hachage XCP-iv XCP-i Routeur virtuel XCP-i pour le calcul du feedback Communiquer BP au routeur qui a demandé la procédure (R2). AIMD Table de hachage Création du routeur virtuel XCP-iv f = α.rtt.BP - β.Q (.rtt.(O r -I r )- Q) Substituer chaque nuage non-XCP par un routeur virtuel. OrOr IrIr BP

20 20 Performance de XCP-i dans un réseau hétérogène Simulation ns-2 Même niveau de performance que dans un r é seau 100% XCP

21 21 Équité entre flux XCP-i Emetteurs j 0, j 1 Distribution équitable des ressources Stabilité des flux

22 22 Sensibilité à la précision des estimations? Sous-estimation Sous-utilisation Pas de timeout Sur-estimation Timeout en fonction de la capacité en buffer des routeurs

23 23 Conclusions Propositions sur l'interopérabillité des protocoles dans des réseaux hétérogènes. XCP-i est le premier pas vers un protocole basé sur l'assistance des routeurs interoperable. XCP-i conserve le contrôle de XCP tel quel XCP-i est performant dans une large gamme de topologies.

24 24 Travaux en cours Implémentation de XCP-i dans un noyau Linux. Déploiement et validation de XCP-i à grand échelle sur la plate-forme Grid5000. Equité avec des protocoles de bout en bout (TCP). Surestimation de bande passante dans des cas particuliers


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