Handling two-way TCP traffic over bandwidth asymetric networks
Trafics bidirectionnels et asymétrie : mécanismes pour optimiser les performances et maximiser l'utilisation des liens de l'Internet
Résumé
Asymmetric networks are networks that do not have the same capacity in term of bandwidth available in their forward and reverse directions. Typical examples are asymmetric satellite networks and ADSL lines. If these kinds of networks are crossed by two-way TCP traffic, we are in a situation where data packets and acknowledgments (ACK) share the same scarce resource in the upload direction. This sharing implies lot of problems to the TCP protocol. In order to alleviate these problems, many solutions have been proposed in the literature. However, all these solutions try to improve performances of one traffic at the expense of the opposite. For this reason, we propose in this thesis two solutions, that differ by their approach, and that have another objective: satisfy the user of a two-way traffic by considering at the same its upload and download traffic. This satisfaction is obtained by maximizing the utilisation of both links.
Our first solution is called Adaptive Class-based Queuing mechanism ACQ and aims to handle two-way TCP traffic over links that exhibit bandwidth asymmetry. ACQ runs at the entry of the slow link and relies on two separate classes, one for Ack packets and one for Data. ACQ proposes to adapt the weights of both classes according to the crossing traffic. We present also VAQ - for Virtual Ack based Queuing -, our second solution that uses a fine-grained approach at the packet level to schedule data and ACKs at the entry of the slow reverse link of the asymmetric access network. VAQ uses two parallel queues: one for ACK packets and one for data packets. It grants a credit for the data packets queue, and proposes to adapt this credit by monitoring the ACKs of the download traffic.
We show by simulations that our mechanisms are able to reach a good utilization of the available resources, managing then to maximize the satisfaction of the user. ACQ and VAQ are also robust when changing the network conditions.
Our first solution is called Adaptive Class-based Queuing mechanism ACQ and aims to handle two-way TCP traffic over links that exhibit bandwidth asymmetry. ACQ runs at the entry of the slow link and relies on two separate classes, one for Ack packets and one for Data. ACQ proposes to adapt the weights of both classes according to the crossing traffic. We present also VAQ - for Virtual Ack based Queuing -, our second solution that uses a fine-grained approach at the packet level to schedule data and ACKs at the entry of the slow reverse link of the asymmetric access network. VAQ uses two parallel queues: one for ACK packets and one for data packets. It grants a credit for the data packets queue, and proposes to adapt this credit by monitoring the ACKs of the download traffic.
We show by simulations that our mechanisms are able to reach a good utilization of the available resources, managing then to maximize the satisfaction of the user. ACQ and VAQ are also robust when changing the network conditions.
Les réseaux asymétriques sont des réseaux ne présentant pas la même capacité en terme de bande passante sur le lien ascendant et sur le lien descendant. Si de plus nous avons un trafic bidirectionnel sur de tels réseau, paquets de données et paquets d'acquittement se partagent les ressources. Cette cohabitation de paquets pose d'énormes problèmes au protocole TCP. Afin d'y remédier, une multitude de solutions ont été proposées dans la littérature.
Dans cette thèse, nous analysons les problèmes qu'une telle situation engendre, puis nous décrivons quelques unes des solutions les plus prometteuses. Nous démontrons aussi par une étude de cas leur inéfficacité.
Nous proposons ensuite deux nouveaux ordonnanceurs ayant pour but commun de maximiser l'utilisation d'un lien asymétrique et satisfaire ainsi l'utilisateur de tels liens. Nous proposons ACQ de l'anglais Adaptive Class-based Queuing. ACQ manipule des agrégats de trafics, classés dans deux catégories et dont l'ordonanncement s'adapte au trafic qui passe afin d'avoir toujours une utilisation maximale du lien asymétrique. Nous proposons aussi VAQ de l'anglais Virtual Ack-based Queueing. VAQ suit une approche à granularité fine, c'est-à-dire qu'il manipule directement des paquets de données et d'acquittement en ayant toujours pour objectif de maximiser l'utilisation du lien asymétrique. Nous mettons en évidence dans cette thèse l'augmentation importante de l'utilisation des liens asymétriques obtenue avec ACQ et VAQ. Nous montrons d'autre part la robustesse de ACQ et de VAQ face à des changements dans les paramètres et la topologie du réseau ainsi que leur impact favorable sur d'autres critères de la qualité de service.
Dans cette thèse, nous analysons les problèmes qu'une telle situation engendre, puis nous décrivons quelques unes des solutions les plus prometteuses. Nous démontrons aussi par une étude de cas leur inéfficacité.
Nous proposons ensuite deux nouveaux ordonnanceurs ayant pour but commun de maximiser l'utilisation d'un lien asymétrique et satisfaire ainsi l'utilisateur de tels liens. Nous proposons ACQ de l'anglais Adaptive Class-based Queuing. ACQ manipule des agrégats de trafics, classés dans deux catégories et dont l'ordonanncement s'adapte au trafic qui passe afin d'avoir toujours une utilisation maximale du lien asymétrique. Nous proposons aussi VAQ de l'anglais Virtual Ack-based Queueing. VAQ suit une approche à granularité fine, c'est-à-dire qu'il manipule directement des paquets de données et d'acquittement en ayant toujours pour objectif de maximiser l'utilisation du lien asymétrique. Nous mettons en évidence dans cette thèse l'augmentation importante de l'utilisation des liens asymétriques obtenue avec ACQ et VAQ. Nous montrons d'autre part la robustesse de ACQ et de VAQ face à des changements dans les paramètres et la topologie du réseau ainsi que leur impact favorable sur d'autres critères de la qualité de service.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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