适用於无线随意式网路之逐节点TCP传输协定.ppt

1 Hop by HopTCPoverMANET適用於無線隨意式網路之逐節點TCP傳輸協定 政治大學資訊科學所指導教授 連耀南教授學生 游逸帆2007 12 27 2 Outline IntroductionRelatedworksOurapproachPerformanceevaluationConclusion 3 Introduction WhatisTCP 網 上被廣為使用的端對端傳輸層協定Reliable in orderConnection orientedFlowcontrolledTCPflowcontrol congestioncontrolTrial and errorbasedflowcontrolforcontrolcongestionSlidingwindowmechanism調整windowsize 調整flow的快慢TCP的設計目標 確保網路從sender端可以可靠的傳輸至receiver端 保證packet到達 在不把網路塞爆的情況下盡量利用剩餘頻寬 4 Introduction cont 傳統TCP的假設 packetloss的最主要原因是因為網路壅塞TCP是用packetloss當成congestion的indicatorTCP對於所有的loss都當成congestionloss來處理 並且依賴fastretransmit以及timeout的機制來處理packetloss 5 Introduction cont 6 ChallengesinWirelessNetworks cont BadNetworkCondition Whathappenifwecanretransmitnotonlyfromsender 7 Introduction cont 如果我們能從每個intermediatenode進行local重傳 則反應封包遺失的速度可以提升 HBHRTT A B C D E2ERTT A B C D 8 Introduction cont 傳統的TCP只會在兩個端點上執行一般而言網路的中間節點都是Router 因此不可能會有TCP在第四層中在MANET中每個node可能都是computer 因此我們可以Runprotocol在各個node上我們利用MANET的這個特性 設計Hop by HopTCP 使封包一站一站確保傳送 期望縮短傳送的delaytime 提升throughput 9 Outline IntroductionRelatedworksOurapproachPerformanceevaluationConclusion 10 RelatedWorks 利用網路提供的一些資訊分辨封包遺失原因以免不必要降速ATCP AdHocTCP TCPMuzha運用中間節點幫助傳送封包Thetransportlayerrevisited 11 ATCP AlayercalledATCPisinsertedbetweentheTCPandIPlayersofthesourcenodeATCPlistenstothenetworkstatebyECN ExplicitCongestionNotification messageCongestion ICMP DestinationUnreachable messageNetworkPartitioning Sendercanbeputinto3states PersistState byICMPmessageCongestionControlState byECNmessageRetransmitState bypacketlosswithoutECNflagNote AfterreceivingthreeduplicateACKs senderdoesnotinvokecongestioncontrolandputsTCPinPersistStateandquicklyretransmitthelosspacketfrombuffer Multipathroutingorchannelloss Recomputationofcongestionwindowsizeafterroutere establishment 12 TCP Muzha 藉由路由器協助 提供網路內部資訊給傳送端在未發生擁塞前不需依賴封包遺失便可進行適度的傳輸速度控制尋找傳送路徑中的瓶頸 進而計算出瓶頸提供的可用頻寬 藉由瓶頸所提供的資訊動態的進行流量控制以充份利用頻寬並避免產生擁塞可辨別出封包遺失的原因是否為網路擁塞所引起或是Randomloss而遺失並進而作相對應的處理 13 AdaptiveCWL CongestionWindowLimit Ifthecongestionwindowsizeisgreaterthananupperbound theTCPperformancewilldegrade FindtheBDP BandwidthDelayProduct ofapathinMANETTheyusethisupperboundofBDPtodynamicallyadjustTCP smax windowsize 14 TheTransportLayerRevisited Heimlicher SimonBaumann RainerMay MartinPlattner Bernhard TheTransportLayerRevisited CommunicationSystemsSoftwareandMiddleware 2007 COMSWARE2007 TheframeworkisimplementedontwosublayersThehop by hoplayerrunsoneverynodeandprovidesper linkflowcontrolandcongestioncontrolOnthislayer dataismanagedinunitsoffragments 8packets Theend to endlayeroperatesattheendpointsoftheconnection providesareliable byte streaminterfacetotheapplication layer justlikeTCPDataismanagedassegments whicharedataunitscomprisingafewfragments 4fragments 15 TheTransportLayerRevisited cont Theend to endcongestioncontrolmechanismhasajobsimilartothecongestioncontrolalgorithmofTCP itlimitsthenumberofun acknowledgedsegmentsonaper connectionbasis Ifnoacknowledgementisreceivedforasegmentforacertainperiod thesourceneedstoretransmitthesegment 16 TheTransportLayerRevisited cont Ifapacketislostonanyintermediatelink thenodeatthereceivingsidewillnotacknowledgethecorrespondingfragmentandthelasthopwillretransmitthefragment 17 Comment 如果sender沒收到segment的ACK 則必須重傳整個segmentACK遺失則重傳overhead相當大Segment的重傳使用exponentialback off delaytime將會拉更長若中間節點遺失一個封包 則必須重傳整個fragment網路環境不穩定 容易因為一個封包遺失而重新傳送沒遺失的封包如果網路上不止有一條flow 節點一次傳送整個fragment時 其他flow的封包就必須等待較多時間 且傳送失敗的機會亦相對高 18 Summary 目前在無線隨意式網路中大部分的方法 大都著重在於利用分辨封包遺失的原因 以減少TCP容易不必要降低傳送速率的機率 較少利用中間節點以幫助確保傳送的方法然而在無線隨意式網路環境下 不穩定的環境使封包容易遺失從傳送端重傳每次從傳送端重傳會遭遇到相同的條件造成惡性循環 不斷從傳送端重送 封包送達速度緩慢 效能低落 19 Outline IntroductionRelatedworksOurapproachPerformanceevaluationConclusion 20 Ourapproach Hop by HopTCP我們建議讓網路中的每個intermediatenode可以一站一站進行retransmission 提昇傳輸可靠度每個node都幫忙keep住封包封包遺失時 只需從Local端重新發送 而不需回到sender端重送 21 Ourapproach cont Hop by HopTCPComposedbyEnd to EndTCPandOne hopTCP 22 設計目標 降低平均delaytime使封包能快速送達減少Numberofretransmission提升throughput和其它協定共存時 NewReno 仍能保有相當的效能 23 TCPDesignissues 速度調控 如何不造成congestion並有效利用頻寬Fairness如何處理Packetloss End to Endpacketloss如何處理 如何處理ACKloss重傳機制Buffer控制重送次數 24 Hop by HopTCP 利用MANET特性 使傳輸delaytime能降低的protocol由End to EndTCPOne HopTCP所組成 25 End to EndTCP 用於網路的兩個端點 確保封包能從sender端成功傳輸至receiver端的protocol延續TCPReno的機制不同之處 我們將Sender的congestionwindow設定一個upperbound 使其不會過度的成長TimeOut重傳 採取較大的End to EndRTO計算方式 26 One HopTCP 用於相鄰兩個節點之間 提升packet傳輸可靠度 保證送達下一站的傳輸層協定功能 Bufferpacket進行遺失封包的重傳 27 One HopTCP 速度調控 一次送一個packet過去 等待ACK回來 再送下個packet重傳 One HopRTO之內downstreamnode未回覆ACK則重傳封包提昇傳輸可靠度超過RetransmissionThreshold則不再重傳RouteFailureCongestion 28 End to EndACK End to EndACK 傳統TCP中Receiver傳送至Sender的ACK提昇End to EndACK存活率 Receiver端使用One HopTCP機制 將End to EndACK一站一站確保傳輸成功 傳送至Sender端 29 Ourapproach cont 30 Ourapproach cont 31 Howtoreduceoverhead 為了要減少過多ACK的overhead 我們將LocalACKforE2EACK封包及LoaclACK封包分別利用Piggybacking的方式搭在Data封包及End to EndACK封包上 Header新增piggyback 欄位Forward DataLocalACKforE2EACKBackward End to EndACKLocalACK 32 Howtoreduceoverhead Data ACKforE2E Sender Receiver ONEHOP ACK Data ACKforE2E Data ACKforE2E ONEHOP ACK ONEHOP ACK 33 收到資料封包流程 34 Outline IntroductionRelatedworkOurapproachPerformanceevaluationConclusion 35 PerformanceEvaluation 本研究將以NS 2模擬器評估我們提出的方法 驗證我們的機制可以降低傳輸的delaytime 提升效能測試環境 我們的研究將以NS 2模擬器模擬MANET環境 在MANET中使用TCP通訊協定進行資料傳輸 36 PerformanceEvaluation 實驗scenario 在MANET下比較Hop by HopTCP與不同版本的TCP 在不同參數下的表現評估指標 AverageDelayTimeAverageThroughputRetransmissionCWND congestionwindowsize 的變化狀況FairnessIndex 37 實驗設計 PerformanceTest觀察Hop by HopTCP在不同變因下的整體效能調整hopcount調整errorrate調整buffersize調整bandwidth調整windowsizeFairnessTest觀察多協定共存狀態下的公平性 Fairness 和Reno共存的情形觀察有多個Hop by HopTCPflow並存時的情形 38 實驗1PerformanceTest 實驗目標觀察在單一TCP的情況下 Hop by HopTCP機制的整體效能 實驗流程一個傳送端 一個接收端中間隔著數個中間節點改變buffersize errorrate hopcount來觀察 39 Topology 觀察整體效能的變化 實驗參數 40 DelayatdifferentNumberofhops 在封包容易遺失的MANET中 遺失的封包直接從local端快速重傳而不必由sender端重傳能縮短20 以上的Delaytime 41 DelayatdifferentNumberofhops cont 可用頻寬不多時 封包遺失的傷害相對較大 提升封包傳輸可靠度也能縮短傳輸時間能縮短15 以上的Delaytime 42 ThroughputatdifferentNumberofhops 在封包容易遺失的MANET中 中間節點一站一站確保傳送成功 使得封包到達的機率提升能提升25 以上的throughput 43 ThroughputatdifferentNumberofhops cont 可用頻寬不多時不穩定的環境下能提升20 以上的throughput 44 RetransmissionRate 45 Numberofcontrolmessagev s Datapacket 46 ChangeofCongestionwindowsize 47 Summary 實驗一 在不穩定的網路環境中 遺失的封包能從local端立刻重傳 平均延遲時間比NewReno縮短了20 以上 整體效能高於25 以上不會因為MANET不穩定的環境遺失封包而影響congestionwindowsize 造成傳輸速度不必要的降低 48 實驗2FairnessTest 公平性 Fairness 在網路上不完全採用同一版本TCP時 會有共存的問題TCPVegas的一個問題便是它和TCPReno共存時會因為Reno採用較具侵略性的擁塞控制方法 因此在共存時 Vegas效能差了很多 49 PerformanceEvaluation Fairnesstest1CrossTopology4hops 6hops and8hopsBandwidth 1Mb sSimulationtime 100secTwoSetsTCPVegas TCPNewRenoHop by HopTCP TCPNewRenoFairnesstest2Throughputdynamics 50 FairnessIndex FairnessIndexJain sFairnessIndex n NumberofFlow i Throughputofthei thFlow 51 FairnessTest1 Fairnesscomparison Throughput 52 FairnessTest1 Fairnesscomparison Jain sIndex 53 實驗2FairnessTest Fairnesstest1CrossTopology4hops 6hops and8hopsBandwidth 1Mb sSimul