[論文レビュー] Effect of different packet sizes on RED performance

Stefaan De Cnodder, Omar Elloumi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2000

Network Traffic and Congestion Control参考文献 9被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、異なるMTUを有するTCPネットワークにおけるRED（ランダム早期検出）のパフォーマンスに及ぼすパケットサイズの影響を評価する。RED_4およびRED_5という変種を提案し、パケットサイズに応じてドロップ確率を調整することで、損失とグッドプットの公平性を確保する。RED_5は、相対的パケットサイズの二乗に比例してドロップ確率を重み付けすることで、最大MTU接続におけるスループットの崩壊を防ぐ最適な公平性を達成する。

ABSTRACT

We consider the adaptation of random early detection (RED) as an active queue management algorithm for TCP traffic in Internet gateways where different maximum transfer units (MTUs) are used. We studied the two existing RED variants and point out a weakness in both. The first variant where the drop probability is independent from the packet size discriminates connections with smaller MTUs. The second variant results in a very high Packet Loss Ratio (PLR), and as a consequence low goodput, for connections with higher MTUs. We show that fairness in terms of loss and goodput can be supplied through an appropriate setting of the RED algorithm.

研究の動機と目的

• 異なるパケットサイズが、異種MTUを持つTCPネットワークにおけるREDパフォーマンスに与える影響を分析すること。
• 特に、異なるMTUサイズの接続間における損失およびグッドプット分配の公平性に問題が生じる既存のRED変種の問題を特定すること。
• パケットサイズに関係なく、TCP接続間でのリソース共有が公平に保たれるように、修正されたREDアルゴリズムを提案すること。
• さまざまな伝送遅延およびMTU設定下で、シミュレーションを用いて提案されたRED変種の妥当性を検証すること。

提案手法

• パケットサイズの要因を最終ドロップ確率に組み込む方法の違いにより、RED_3、RED_4、RED_5という修正RED変種を提案する。
• RED_3は最終ドロップ確率をパケットサイズで重み付けし、中間確率を重み付けするRED_2の欠陥を是正する。
• RED_4はドロップ確率計算後にカウンタ変数を更新し、パケットサイズと最大サイズの比でスケーリングすることで、公平性を向上させるとともに、均一なドロップ分布を維持する。
• RED_5はTCPグッドプット式から導出され、ドロップ確率がパケットサイズと最大セグメントサイズ（MSS）の比の二乗に比例するように重み付けされ、理論的公平性と整合する。
• 30 Mbpsのボトルネックリンクを介し、MTUが1500、750、375バイトのTCPソース3グループを、15 msおよび80 msの伝送遅延でシミュレーションする。
• 低遅延および高遅延の両条件下で、PLR（パケット損失率）およびグッドプットを、すべての変種について測定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パケットサイズの不均一性は、REDベースのアクティブキュー管理における公平性にどのように影響するか？
• RQ2 RED_2はパケットサイズによるドロップ重み付けを行っているが、なぜ大容量MTU接続において深刻なスループット低下を引き起こすのか？
• RQ3 修正されたREDアルゴリズムは、異なるMTUサイズの接続間で比例的損失およびグッドプットの公平性を達成できるか？
• RQ4 パケットサイズによるドロップ確率の重み付けの最適な方法は何か？公平性とスループットの両立を図る。
• RQ5 伝送遅延およびタイムアウトの粒度は、サイズに応じたRED変種の有効性にどのように影響するか？

主な発見

• RED_1は小規模パケット（例：375B MTU）に対して著しく高いPLR（2.40％）を示し、インタラクティブトラフィックのパフォーマンスに悪影響を及ぼすおそれがある。
• RED_2は大容量MTU接続に対して極めて高いPLR（1500B MTUで最大13.65％）を示し、過剰なタイムアウトによりスループットの崩壊を引き起こす。
• RED_3およびRED_4はMTUサイズにかかわらず、バランスの取れたPLRとグッドプットを達成し、MTUが2倍になるとPLRも2倍になり、低遅延条件下でも高いグッドプットを維持する。
• RED_5は相対的パケットサイズの二乗に比例してドロップ確率を重み付けすることで、最高の公平性を達成し、PLRがMTUの二乗に比例する。また、全MTUレベルで安定したグッドプット（10.54–12.47 Mbps）を維持する。
• 高遅延条件下でも、RED_5はグッドプット9.06–12.47 Mbps、PLR0.10–1.73％を維持し、他の変種に比べて公平性と安定性に優れる。
• RED_4は均一に分布したドロップを維持し、スループットの崩壊を回避するため、RED_5の実用的代替案として非常に優れた選択である。