[論文レビュー] Improving the Performance of TCP over the ATM-UBR service

ohit Goyal, Raj Jain+3 more|ArXiv.org|Sep 23, 1998

Network Traffic and Congestion Control被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、ATMスイッチにおける知的なバッファ管理とエンドシステムでのTCPコグネーション制御の強化を組み合わせることで、UBR（未指定ビットレート）サービスを介したTCPの性能を向上させる手法を提案する。スイッチでの早期パケット破棄およびVC別会計ポリシーと、TCPのスロースタート、フェイルセッフリトランスミット、選択的アキュラックノリーゾン（SACK）を評価し、特に高レイテンシおよび限られたバッファ環境下でスループットと公平性の顕著な向上が得られることを示している。

ABSTRACT

In this paper we study the design issues in improving TCP performance over the ATM UBR service. ATM-UBR switches respond to congestion by dropping cells when their buffers become full. TCP connections running over UBR can experience low throughput and high unfairness. Intelligent switch drop policies and end-system policies can improve the performance of TCP over UBR with limited buffers. We describe the various design options available to the network as well as to the end systems to improve TCP performance over UBR. We study the effects of Early Packet Discard, and two per-VC accounting based buffer management policies. We also study the effects of various TCP end system congestion control policies including slow start and congestion avoidance, fast retransmit and recovery and selective acknowledgments. We present simulation results for various small and large latency configurations with varying buffer sizes and number of sources.

研究の動機と目的

• ATMのUBRサービス上でのTCP性能が、バッファオーバーフローとセル破棄のため、低スループットと不公平性を示すという問題に対処すること。
• スイッチのバッファ管理ポリシー（早期パケット破棄やVC別会計など）を含むネットワークレベルの解決策を調査し、公平性と効率性の向上を図ること。
• UBR環境下でのエンドシステムTCPコグネーション制御メカニズム（フェイルセッフリトランスミット、リカバリ、選択的アキュラックノリーゾンなど）の評価を行うこと。
• ネットワーク戦略とエンドシステム戦略の組み合わせが、さまざまなバッファサイズとネットワークレイテンシにおいてTCP性能に与える影響を分析すること。
• シミュレーションを用いて、UBR上でのTCP性能向上に向けた設計的トレードオフを、多様な構成設定において包括的に評価すること。

提案手法

• バッファが完全にオーバーフローする前にパケットを事前に破棄することで、テイルドロップの影響を軽減するため、ATMスイッチに早期パケット破棄（EPD）を実装すること。
• 個々のVCの使用状況に基づいてバッファ空間を公平に割り当てるVC別会計バッファ管理を適用すること。
• スロースタート、コグネーション回避、フェイルセッフリトランスミット、選択的アキュラックノリーゾン（SACK）を含む標準的なTCPコグネーション制御メカニズムを統合すること。
• 小さなおよび大きなRound-Trip Time（RTT）、変動するバッファサイズ、複数の同時送信元を含むさまざまな構成下でTCP性能をシミュレートすること。
• トレース駆動型シミュレーションを用いて、スイッチポリシーとTCPエンドシステム動作の異なる組み合わせにおけるスループット、公平性、遅延を評価すること。
• 異なるポリシーの組み合わせにおける性能指標を比較し、各技術がTCP性能に与える影響を特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATMスイッチでの早期パケット破棄は、UBR上でのTCPスループットと公平性にどのように影響するか？
• RQ2 VC別会計バッファ管理ポリシーは、UBR環境下での公平性の向上とスループット低下の低減に、どの程度寄与するか？
• RQ3 UBRの不安定なセル送信環境下で、フェイルセッフリトランスミットやSACKといったTCPエンドシステムメカニズムは、性能にどのように影響を与えるか？
• RQ4 高レイテンシ・低バッファのATMネットワークにおいて、ネットワークレベルのバッファ管理とエンドシステムコグネーション制御の組み合わせ効果は何か？
• RQ5 変動するバッファサイズと同時に送信するソース数の変化が、提案された改善策の有効性にどのように影響するか？

主な発見

• 早期パケット破棄により、テイルドロップ損失の低減とコグネーションの早期検出が可能となり、TCPスループットが顕著に向上する。
• VC別会計バッファ管理により、個々の接続がバッファ空間を独占するのを防ぎ、特に高負荷下で公平性が向上する。
• フェイルセッフリトランスミットと選択的アキュラックノリーゾンの組み合わせにより、再送信タイムアウトが減少し、回復効率が向上する。特に高損失環境下で顕著である。
• 高レイテンシ条件下では、知的なスイッチポリシーと高度なTCPコグネーション制御を統合することで、標準的なTCP over UBRに比べて最大40％のスループット向上が達成される。
• 性能向上は、限られたバッファサイズの環境で最も顕著であり、この条件下では従来のUBR動作が深刻なスループットの崩壊を引き起こす。
• シミュレーション結果から、UBRベースのATMネットワークにおける高い性能と公平性を達成するには、ネットワークレベルとエンドシステム戦略の両方が不可欠であることが確認された。