lunes, 22 de abril de 2013

Laboratorio telecomunicacion: Resumen

ACC: Utilizar una red activa para mejorar la reacción del mecanismos de control de congestión
por Theodore Faber


La congestión de control activo (ACC) utiliza la tecnología de red activa (AN) para hacer la retroalimentación de control de congestión más sensible a la congestión de la red. Los sistemas de control de congestión de retroalimentación de extremo a extremo actuales detectan y alivian la congestión sólo en los puntos finales. ACC incluye programas en cada paquete de datos que indican a los routers cómo reaccionar a la congestión, sin incurrir en el retraso de ida y vuelta, que reduce la eficacia de la información en las redes de área amplia.

Se presenta un modelo para ampliar la retroalimentación de control de la congestión en una red activa, aplicado al modelo para el control de congestión TCP, y recientes simulaciones que muestran que el sistema resultante exhibe hasta el 18 por ciento de rendimiento.


Introducción.
El control de congestión de red activo (ACC) es un sistema que utiliza la tecnología de una red activa (AN) para reducir en gran medida el control de retardo que la retroalimentación de control de congestión de sistemas expone. Cada paquete de ACC contiene ya sea un programa para un router o datos usados ​​por un programa de tal manera que permite a un router reaccionar a la congestión de la red evitando de este modo el retardo en la comunicación de información de congestión a los puntos finales.
 

Se presentan estudios de simulación de un sistema ACC basados en mecanismos de control de congestión de TCP. Las simulaciones comparan el sistema activo de control de congestión de TCP estándar en redes con y sin ráfagas de tráfico cruzado. En simulaciones sin tráfico a ráfagas, los sistemas se comportan comparativamente. Cuando se añade a ráfagas de tráfico cruzado, el sistema activa muestra una mejora de rendimiento de 18 por ciento.

La idea de reprogramar routers con paquetes de datos, ofrece una oportunidad para hacer frente a la carencia de control de retroalimentación. AN se ha propuesto para abordar muchos problemas de redes propuestas. En el trabajo de Bhattacharjee se han aplicado unas ideas para control de congestión sin retroalimentación (ATM). ACC se aplica esas ideas para la retroalimentación de control de congestión.

ACC mueve los algoritmos de control de congestión en la red de punto final donde pueden reaccionar inmediatamente a la congestión. El estado actual del algoritmo de retroalimentación del punto final está incluido en todos los paquetes. Este estado es pequeño, un entero o dos, para mantener los gastos por paquete bajo. Cuando un router experimenta la congestión, por ejemplo, que se ve obligado a descartar un paquete, el router calcula el nuevo tamaño de la ventana que el punto final sería elegir si se hubiera detectado al instante la congestión.

El router entonces elimina los paquetes que el punto final no habría enviado e informa al punto final de su nuevo estado. Por lo tanto, los routers ACC, al instante envían paquetes que tendrían la congestión prolongada en la red. ACC puede reaccionar con mayor rapidez a la congestión que un sistema convencional de retroalimentación, lo que reduce la duración de cada episodio de la congestión.


Los sistemas simulados en este artículo son simples con el fin de demostrar cómo ACC hace que el control de retroalimentación sea más sensible. La segunda sección de este artículo describe el sistema ACC, y la creación de instancias de la misma basado en TCP, llamada ACC TCP. La tercera sección describe los estudios de simulación, y la última sección presenta conclusiones.


El sistema ACC.
El sistema ACC utiliza una técnica para permitir la participación del router, tanto en la detección de la congestión y la recuperación de la congestión. El sistema de retroalimentación de control de la congestión se extiende desde los puntos finales en los routers.

En un sistema de retroalimentación convencional, el alivio de la congestión debe moverse desde el punto final a la congestión esto reduce la tasa de envío de punto final; en ACC el alivio de la congestión comienza en el nodo congestionado y el cambio de estado que sostiene el alivio se propaga hasta el punto final.

Un sistema de retroalimentación convencional va a experimentar un retraso en la reacción a la congestión, tal como en la situación representada en la figura.

 

1. Los flujos de paquetes de A y B cruzan en el router interno, C, en el camino hasta el punto final D, congestionando C. Un sistema de retroalimentación en A o B detectará que hay congestión, ya sea cuando se recibe una notificación del router congestionado, o cuando deduzca la existencia de congestión debido a la pérdida de paquetes o el retraso excesivo. Según el ACC, elimina este retraso. Si el router C ha sido programado por el primer paquete de la conexión con las instrucciones sobre cómo reaccionar a la congestión, y los paquetes subsiguientes incluyan información sobre el estado actual del algoritmo de control de congestión del extremo. Cuando C detecta la congestión, se decide la acción que el punto final tendría si se hubiera detectado la congestión, en el estado se refleja en su paquete más reciente.

En el router se instalan filtros que eliminan los paquetes que el punto final no habría enviado. Estos filtros se pueden instalar en las interfaces del router congestionado o en las del vecino del router congestionado. Finalmente el router congestionado envía un mensaje al extremo diciendo el nuevo estado de su sistema de control de la congestión. Si se pierde este mensaje, los mecanismos de congestión de punto final van a seguir funcionando y deducir una reacción razonable a la congestión, la pérdida de estos mensajes no es un fallo catastrófico.
 

Este proceso se representa en la figura. 2. Los pequeños círculos son los paquetes que están siendo enviados a puntos terminales (A y B) para cambiar su estado. A raíz de esos paquetes, los routers E y F comienzan el filtrado de paquetes que no han sido enviados por el sistema ACC. El círculo en el router C representa el componente de red activa que detecta la congestión.

ACC para TCP.
Como prueba de los principios del ACC mencionados anteriormente, se ha definido un control de la congestión activa basada en TCP. El algoritmo de modulación de ventana en TCP es un algoritmo clásico lineal de aumento/disminución multiplicativa. Cuando se detecta la congestión, la ventana se reduce a la mitad de su tamaño actual. Cuando una ventana completa de paquetes consecutivos ha sido reconocido sin que se detecte congestión, la ventana se aumenta en un paquete de tamaño máximo.

La aplicación del ACC basado en TCP, llamado ACC TCP, sigue el mismo algoritmo, excepto que la modificación de tráfico comienza en el router congestionado.Cuando un router detecta una pérdida de paquetes, se calcula el tamaño de la ventana correcta para el punto final de la información que proporciona en cada paquete, y reenvía un paquete con el nuevo tamaño de la ventana para el punto final. Bajo ACC, el método preferido de detección de congestión es la notificación por router congestionado, pero los aparatos de destilación del sistema siguen el algoritmo de control de congestión de TCP en ausencia de la retroalimentación. Debido a que TCP sólo responde a una gota de tiempo por paquete de ida y vuelta, los paquetes son reducidos en los filtros no causarán que los puntos finales cierren las ventanas más rápido de lo que lo harían en la cara de una sola gota de paquetes.

La reacción a la congestión comienza en el router con la instalación del filtro de paquetes. Esto es en contraste a TCP con la Notificación de Congestión Explicita (ECN), que utiliza routers para notificar a los puntos finales de la congestión, sino que se aplica la acción correctiva desde el punto final. Así ACC va a reaccionar con mayor rapidez a la congestión demostrando que el ACC apoya a TCP con ECN.

Estudios de simulación. 

Los estudios de simulación de ACC TCP muestra que aumenta el rendimiento promedio del punto final hasta en un 18 por ciento en comparación con el estándar TCP en presencia de tráfico a ráfagas, y ofrece un rendimiento comparable en una red estable.
Las simulaciones se realizaron utilizando los enlaces con anchos de banda entre 1,5 y 10Mb/s. Todas las simulaciones se realizaron utilizando ns, La siguiente figura muestra la plantilla para las simulaciones reportadas en esta sección.



Todos los enlaces de un punto final a un router tienen un retraso de 10 ms y el ancho de banda de 10 Mb/s. Cada simulación se repite para diferentes retardos en el enlace desde el R1 al R2. Un router de detección aleatoria temprana (RED) recoge un paquete al azar para descartar. Un router RED también descarta los paquetes antes de que la cola está llena. La probabilidad de que un paquete que llega, provoque un descarte es proporcional a la cantidad de corriente que la longitud de la cola del router supera a un mínimo configurado. Todos los rendimientos se basan en el número de paquetes útiles recibidos por el punto final de destino. Paquetes retransmitidos no se consideran útiles.


Simulaciones de red estable.

Estas simulaciones muestran que el TCP y ACC TCP se comportan comparativamente en la ausencia de tráfico a ráfagas cruz. ACC TCP reduce el tiempo de reacción cuando los cambios en la red indican, pero no reduce el rendimiento en el caso estable. Las simulaciones de esta sección utilizan la configuración de simulación estándar (Fig. 3), sin tráfico transversal. El rendimiento promedio de las 10 fuentes se representa gráficamente en la figura. 4 para diversos valores de retardo; las barras son desviaciones estándar.Cada punto representado en la figura. 4 es el rendimiento medio de un punto final en esta configuración. Los routers tienen 25 buffers de paquetes, y el uso de FIFO DropTail cola. FIFO DropTail routers paquetes cola primero en entrar primero en salir y dejar caer el último paquete recibido cuando la cola está llena.


Las distribuciones para ambos sistemas son bimodal. Esto es debido a los efectos de sincronización en la red causada por las pérdidas simultáneas de varios puntos finales. El resultado es que algunos puntos finales experimentan muy pocas pérdidas, y alguna experimentan muchos. La distribución bimodal de rendimientos refleja la presencia de dos grupos de criterios de valoración, sincronizados y no sincronizados. Los puntos finales se vuelven sincronizado por la pérdida de paquetes simultánea, lo que resulta en la retransmisión simultánea. Estos puntos finales entran en la fase de inicio lento para evitar la congestión de TCP, en el que dos paquetes se envían para cada acuse de recibo.

ACC funciona de forma transparente a través de RED, lo que reduce en gran medida el congestionamiento de los routers. Para demostrar esto, se repiten las simulaciones anteriores con cola RED en los routers. Los resultados se resumen en la figura 6. Los dos sistemas realizan prácticamente lo mismo en condiciones estables utilizando RED. ACC implica el uso de RED para conseguir la equidad razonable, pero en AN, esta condición es fácil de cumplir. Estas simulaciones han demostrado que el ACC TCP da un rendimiento comparable en redes estables; el siguiente conjunto de simulaciones se mostrará que el ACC TCP se comporta mejor que TCP en un rápido cambio, la red de alto ancho de banda.

Trafico de cruce.
Estas simulaciones demuestran que el ACC TCP reacciona mejor que el punto final de TCP al tráfico cruzado controlado. El tráfico de cruce utiliza UDP, que no reacciona a la congestión. Cada fuente de tráfico cruzado envía un promedio de 2,5s a 100Kb y es tranquilo durante 2,5s. La figura 7 muestra el rendimiento medio visto por las fuentes de tráfico contra el retardo variable (que refleja directamente el cambio en el producto ancho de banda-retardo).


ACC se comporta mejor que TCP sin modificaciones hasta en un 18 por ciento. El rendimiento de ambos sistemas "se degrada a medida que aumenta el retardo de ancho de banda de productos, ya que ambos no dependen del punto final a la comunicación del router. Debido a que ACC no depende únicamente de la comunicación, supera a TCP.

Los sistemas muestran un rendimiento similar a los pequeños productos de retardo de ancho de banda debido a los routers en el sistema de ACC que están solamente editando el tráfico en nombre de los criterios de valoración para los intervalos cortos, el ciclo de realimentación es lo suficientemente corto para que los métodos tradicionales de retroalimentación sean efectivos. En las configuraciones con productos de mayor ancho de banda-retardo, el ACC TCP reduce el tiempo de los episodios de congestión y el número de puntos finales afectadas.

Ambos sistemas presentan buenas propiedades de equidad, así, como se muestra en las desviaciones estándar de la siguiente tabla, también informa de la mejora del uso de ACC TCP como porcentaje del rendimiento de TCP para cada valor de retardo.

Conclusión. 
Este trabajo se ha centrado en la descripción de cómo las redes activas se pueden utilizar para aumentar el control de la congestión de retroalimentación y que hay beneficios tangibles para hacerlo. Se afirma que en una arquitectura de red activa y práctica, teniendo routers, el tráfico de punto final, dentro de la red puede mejorar el rendimiento durante la congestión, y no reducir el rendimiento en redes estables. Se ha demostrado que los sistemas ACC derivados de TCP muestran notablemente mejor rendimiento en sistemas de simulación de TCP puro. Los sistemas se comportan de forma equivalente en redes estables, pero el sistema ACC reacciona más rápido a la congestión.Sistemas ACC son superiores a maximizar el rendimiento de las redes de fuentes de tráfico a ráfagas. Este trabajo demostró que los protocolos existentes pueden beneficiarse de la ampliación de sus sistemas de retroalimentación en la red. Un sistema de información diseñado con un conocimiento de programación puede hacer un control más agresivo en la red.

Referencias:

ACC: Using Active Networking t Enhance
o
Feedback Congestion Control Mechanisms 
por Theodore Faber 
University of Southern California, Information Sciences Institute





"Imagenes sacadas del pdf" 

1 comentario:

  1. Al inicio podría ser bueno mencionar que esto es un resumen. Al final va una crítica constructiva tuya. 6 pts.

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