[論文レビュー] Self-generated Self-similar Traffic

Péter Hága, Péter Pollner+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2004

Network Traffic and Congestion Control参考文献 10被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、自己相似なネットワークトラフィックが重尾分布を示すソースから生じるのではなく、TCPフロー同士の動的相互作用によっても発生しうることを示している。損失のないネットワークでも、バースト性の高いバックグラウンドトラフィックによって引き triggered されるバックオフ機構により、TCPは長距離相関性と自己相似性を引き起こすのに十分な有効損失率を生成する。実際のパケット損失は低いかつもかかわらず、そのような現象が生じる。

ABSTRACT

Self-similarity in the network traffic has been studied from several aspects: both at the user side and at the network side there are many sources of the long range dependence. Recently some dynamical origins are also identified: the TCP adaptive congestion avoidance algorithm itself can produce chaotic and long range dependent throughput behavior, if the loss rate is very high. In this paper we show that there is a close connection between the static and dynamic origins of self-similarity: parallel TCPs can generate the self-similarity themselves, they can introduce heavily fluctuations into the background traffic and produce high effective loss rate causing a long range dependent TCP flow, however, the dropped packet ratio is low.

研究の動機と目的

• 実際のパケット損失が低いネットワークにおける自己相似トラフィックの動的起源を調査すること。
• 特にバックオフ段階を含むTCPのコグネッション制御メカニズムが、重尾分布を示すトラフィックソースが存在しない状況でも自己相似性を生成できるかを検討すること。
• TCPフローにおける実損失と有効損失の区別を行い、それらがトラフィック相関性に与える影響を評価すること。
• 自己相似性が静的ソース特性ではなく、相互作用のダイナミクスに起因することを検証すること。
• プロトコルレベルのダイナミクスによって、静的統計的重尾分布が存在しない状況でも自己相似行動が発生しうることを示すこと。

提案手法

• 実損失（実際にパケットがドロップされたもの）と有効損失（遅延したACKによるスプライアスタイムアウト）を区別すること。
• タイムスタンプ付きシーケンス番号を用いたtcpdumpデータを用いて、再送信を検出し、有効損失イベントを特定すること。
• Benkoらの手法を改変し、重複ACKを用いて実損失を検出し、スプライアスタイムアウトと区別すること。
• 大陸を横断するTCPフローにおけるバックオフ状態確率を分析し、TCPが感じ取る有効損失率を推定すること。
• バックオフ状態分布への指数関数的減衰のフィッティングにより、有効損失確率を推定すること。
• tcpdumpから導かれた実損失率と、バックオフ統計から得られた有効損失率を比較し、両者の区別を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実損失率が低く、重尾分布を示すトラフィックソースが存在しないネットワークでも、自己相似トラフィックが発生しうるか？
• RQ2 TCPのバックオフメカニズムは、ネットワークトラフィックの長距離相関性にどの程度寄与しているか？
• RQ3 スプライアスタイムアウト（仮想的損失）は、認識される損失率とトラフィック相関性にどのように影響を与えるか？
• RQ4 バックオフ状態のダイナミクスとTCPフローにおける自己相似性の発生との関係は何か？
• RQ5 静的統計的重尾分布が存在しない状況でも、自己相似性はプロトコルレベルのダイナミクスによって生成可能か？

主な発見

• 実損失率が12.5%未満という、従来自己相似性と関連づけられる閾値未満であったにもかかわらず、実際の大陸を横断するTCPフローで自己相似トラフィックが観測された。
• バックオフ状態確率から導かれたTCPが感じ取る有効損失率は16.5%であり、実損失率よりも顕著に高いことが確認された。
• バックオフ状態確率の指数関数的減衰が確認され、一貫した有効損失率16.5%が得られ、ヒルスパラメータ推定値および到着間隔統計と整合的であった。
• 有効損失率（16.5%）はバックオフ行動から推定された損失率と一致したが、実損失率は12.5%未満であったため、スプライアスタイムアウトが自己相似性の原因であると示唆された。
• 本研究は、自己相似性が静的ソース特性ではなく、TCPの動的挙動、特にバックオフに起因するフラクチュエーションによって生じることを確認した。
• 結果として、損失のないネットワーク環境でも、TCP同士の相互作用とバースト性の高いバックグラウンドトラフィックへの反応によって自己相似性が生じることを示した。これは、ネットワークレベルの混雑とは無関係に発生する。