Analisi dell'avvio del TCP su canali satellitari a larga banda

2004-10-08

Gli studi orientati a valutare le prestazioni di applicazioni di rete vengono effettuati utilizzando misure dei sistemi di interesse e simulazioni. Queste ultime sono particolarmente utili perché permettono di valutare le prestazioni in condizioni ben definite, facilmente controllabili e difficilmente ottenibili con misure reali. Ogni studio simulativo si basa su caratterizzazioni statistiche dello scenario di interesse, che permettono di definire parametri come la capacità disponibile su un dato mezzo trasmissivo, la sua affidabilità in termini di pacchetti trasmessi, il ritardo indotto, la possibilità di distinguere fra priorità di traffico.

L'argomento di questa tesi è l'analisi del comportamento iniziale (slow start) di una connessione TCP su un canale satellitare geostazionario a larga banda. Perché una connessione TCP possa sfruttare appieno la banda di un canale, la finestra di trasmissione deve essere pari almeno al prodotto ritardo*banda, dove il ritardo è il tempo intercorrente fra la trasmissione di un pacchetto e la ricezione dell'ack relativo (RTT). Su un canale geostazionario tale ritardo è dell'ordine di mezzo secondo. Con le impostazioni predefinite sulla maggior parte dei sistemi, la dimensione della finestra consente velocità di trasmissioni minori di 1 Mb/s. Per ovviare a ciò bisogna definire l'uso dell'opzione TCP window scale sui due estremi della connessione e configurare le applicazioni perché utilizzino una finestra sufficientemente grande. Inoltre il tasso di errore sulla conessione riduce la massima velocità ottenibile. Tuttavia, in condizioni ideali, cioè senza errori e con finestre sufficientemente grandi, il comportamento del TCP durante la fase di avvio è talvolta disastroso, e può entrare in una situzione in cui la velocità di trasmissione è ridotta ad un pacchetto per RTT per diversi minuti.

Scopo della tesi è l'analisi simulativa del comportamento di diverse varianti del TCP nelle situazioni ideali descritte, lo studio della letteratura sull'argomento, la descrizione del fenomeno, la verifica utilizzando un emulatore di ritardo ed eventualmente un canale satellitare reale e infine la descrizione di contromisure appropriate.

Punti da sviluppare

La tesi di laurea sviluppa i seguenti aspetti:

• verifica del comportamento anomalo mediante l'uso del simulaotre ns-2 su piattaforma Linux;
• studio della letteratura sull'argomento;
• descrizione dettagliata del fenomeno per diverse varianti del TCP: Reno, Newreno, SACK, Westwood;
• verifica del comportamento di stack TCP reali usando un emulatore di ritardo da configurare nel kernel Linux;
• eventualmente verifica utilizzando un canale satellitare geostazionario reale;
• indicazione delle contromisure opportune per ognuna delle varianti TCP studiate.

Bibliografia

La casa degli RFCs

Gli algoritmi fondamentali

• RFC 0793 Transmission Control Protocol. J. Postel. Sep-01-1981.
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• RFC 3782 The NewReno Modification to TCP's Fast Recovery Algorithm. S. Floyd, T. Henderson, A. Gurtov. April 2004.
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Dettagli

• RFC 1122 Requirements for Internet Hosts - Communication Layers. R. Braden, Ed.. October 1989.
• RFC 1323 TCP Extensions for High Performance. V. Jacobson, R. Braden, D. Borman. May 1992.
• RFC 2988 Computing TCP's Retransmission Timer. V. Paxson, M. Allman. November 2000.
• RFC 3390 Increasing TCP's Initial Window. M. Allman, S. Floyd, C. Partridge. October 2002.
• RFC 2488 Enhancing TCP Over Satellite Channels using Standard Mechanisms. M. Allman, D. Glover, L. Sanchez. January 1999.
• A. A. Awadallah and C. Rai, "Brief comment on cwnd inflation during fast recovery", online, June 1997.

Argomenti di ricerca

• RFC 2883 An Extension to the Selective Acknowledgement (SACK) Option for TCP. S. Floyd, J. Mahdavi, M. Mathis, M. Podolsky. July 2000.
• RFC 3517 A Conservative Selective Acknowledgment (SACK)-based Loss Recovery Algorithm for TCP. E. Blanton, M. Allman, K. Fall, L. Wang. April 2003.
• RFC 3649 HighSpeed TCP for Large Congestion Windows. S. Floyd. December 2003.

Il problema dello slow start

• RFC 2760 Ongoing TCP Research Related to Satellites. M. Allman, Ed., S. Dawkins, D. Glover, J. Griner, D. Tran, T. Henderson, J. Heidemann, J. Touch, H. Kruse, S. Ostermann, K. Scott, J. Semke. February 2000. Vedi la sezione 3.2.4.
• RFC 3742 Limited Slow-Start for TCP with Large Congestion Windows. S. Floyd. March 2004.
• Carlo Caini, Rosario Firrincieli
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• Janey C. Hoe
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  "Improving TCP/IP over geostationary satellite links", proceedings of IEEE GLOBECOM '99, pp. 781-785, 1999
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