Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et
Qualit´ e de Service dans l’Internet : Garantie de D´ ebit TCP dans la Classe AF
Emmanuel Lochin
Co-encadrant de th`ese : Pascal Anelli Directeur de th`ese : Serge Fdida Laboratoire d’Informatique de Paris 6
Universit´e Pierre et Marie Curie
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
2 Le contexte
I Qualit´e de service dans l’Internet
I Architecture de r´eseau suivant les principes de DiffServ
I Services :
I Contrˆ ole du d´ elai
I Contrˆ ole de d´ ebit
I Plan des donn´ees
I Gestion des flots utilisateurs
I But recherch´e
I Garantir un d´ebit `a un flot TCP
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et
3 Pr´ esentation
I Difficult´e du probl`eme
I Fonctionnement de TCP dans une situation non pr´evue
I Echelles de temps diff´erentes entre TCP et le r´eseau
I Complexit´e de l’´evaluation des param`etres de l’objectif
I Facteur d’´echelle
I Proposition
I M´ecanisme de conditionnement
I Nouveaux types d’actions sur les param`etres
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
4 Probl´ ematique
I Assurance : comment assurer un d´ebit sans surdimensionnement ?
I Isolation : comment rendre l’assurance ind´ependante des conditions de trafic ?
I D´efinition de l’assurance :
I Description du d´ebit selon un token bucket
I Marquage en fonction du d´ebit assur´e `a obtenir
I Somme des d´ebits assur´es 6 capacit´e du r´eseau
I Discrimination : priorit´e `a la perte
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et
5 Terminologie
I Service assur´e : AS
I Flot AS
I D´ebit ou trafic opportuniste
I D´ebit assur´e (target rate)
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
6 Mod` ele de goulot d’´ etranglement
BSDa
BSDc Routeur de coeur
BSDb
de bordure
goulot d’étranglement Routeur
10 Mbit/s full−duplex
100 Mbit/s full−duplex
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et
7 G´ en´ eration de flots TCP
BSDc
BSDb
BSDa
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
8 Conditionnement
BSDc
BSDb BSDa
I Paquets verts : trafic avec une pr´ef´erence `a la perte nulle
I Paquets rouges : trafic ´elimin´e en priorit´e en cas de
congestion
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et
9 Discrimination
BSDc
BSDb
rejet
BSDa
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
10 Mod` ele de goulot d’´ etranglement
Routeur de bordure
Routeur de coeur
Flot de référence : métrique
BSDb BSDa
BSDc
100 Mbit/s full−duplex 10 Mbit/s full−duplex
goulot
d’étranglement
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et
11 Mod` ele de goulot d’´ etranglement
Routeur Routeur de coeur
Flot de référence : métrique Flots supplémentaires
BSDb
de bordure BSDa
BSDc
100 Mbit/s full−duplex 10 Mbit/s full−duplex
goulot
d’étranglement
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
12 Mesure du d´ ebit TCP
0 20 40 60 80 100
0 5 10 15 20 25 30
Débit utile normalisé
Nombre de flots AS
Flot de référence en fonction du nb de flots AS débit assuré du flot de référence : 80%
débit assuré du flot de référence : 60%
débit assuré du flot de référence : 40%
débit assuré du flot de référence : 20%
partage équitable
I Pas d’isolation, pas d’assurance
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et
13 R´ esultats avec un marquage simple
I Fonctionne dans un r´eseau sans congestion
I Forte d´ependance de l’assurance au taux de perte
I Marquage statique : pas de prise en compte de la dynamique de TCP
I TCP n’a pas conscience de la probabilit´e de perte
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
14 Typologie des solutions
I Au niveau de TCP : prise en compte du marquage au niveau du contrˆole de congestion.
I Diversit´e des syst`emes d’exploitation et de leurs versions
I Nombre d’hˆ otes de l’Internet
I Administration priv´ee : probl`eme de contrˆ ole
I Au niveau des routeurs
I Contrˆ ole au niveau du microflot
I Sort du cadre de DiffServ
I Facteur d’´echelle
I Au niveau conditionnement : l’objectif est de calquer un marquage qui soit conforme `a la dynamique des flots TCP
I Passe `a l’´echelle
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
15 Lissage du trafic
0 20 40 60 80 100 120
0 5 10 15 20 25 30
Débit utile normalisé
Nombre de flots AS
Flot de référence en fonction du nb de flots AS débit assuré du flot de référence : 80%
débit assuré du flot de référence : 60%
débit assuré du flot de référence : 40%
débit assuré du flot de référence : 20%
partage équitable
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
16 Contributions
I Marquage qualitatif [MELLIA03]
I Am´elioration du fonctionnement de TCP de mani`ere relative
I Am´elioration du d´ebit sans objectif d’assurance
I Marquage quantitatif [TSWTCM][TBTCM]
I Assurance de d´ebit sans prise en compte du r´eseau
I Simple `a mettre en œuvre
I Diff´erenciation difficile
I Marquage adaptatif
[YE01][KU01][CH01][HA02][GE02][PA04]
I Marquage en fonction du r´eseau et de la source
I Complexe `a mettre en œuvre
I Garantie de d´ebit, r´epartition proportionnelle de l’exc´edent
I Diff´erenciation au niveau du microflot, mesures
complexes
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
17 Principe du marquage adaptatif
D´ebit TCP = Cte ∗ MSS RTT ∗ √ p
I Les m´ethodes pr´esent´ees travaillent sur √ p
I La perte d’un paquet est fortement pr´ejudiciable pour le d´ebit TCP
I Probl`eme de la complexit´e des mesures et du facteur d’´echelle
I Evaluation du RTT (estimation du Timeout TCP)
I Evaluation des pertes
I Marquage et mesures propres au niveau du microflot
I Solutions difficiles `a mettre en œuvre qui ne sortiront pas du cadre de la simulation
I Probl`eme non r´esolu : insensibilit´e `a l’agressivit´e entre
les agr´egats
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
18 Conditionnement ` a p´ enalit´ e
I Travailler au niveau de l’agr´egat ou du microflot
I Fonctionne quelque soit
I L’´etat du r´eseau
I Le nombre de flots
I Le RTT
I L’assurance
I Application d’une p´enalit´e temporelle suivant un principe AIMD (Additive Increase Multiplicative Decrease)
I Si apparition d’une congestion : r´eagir aux pertes de paquets hors profil
I Signalisation de la congestion grˆace au drapeau ECN
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et
19 Conditionnement ` a p´ enalit´ e : dans le cœur
routeur de bordure routeur de coeur paquet OUT
paquet IN
paquet IN marqué ECN paquet jeté ACK marqué ECN
verts suite à une perte rouge goulot d’étranglement
flot 1 flot 1
flot 2
flot 2
marquage de tous les paquets
file RIO
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
20 Conditionnement ` a p´ enalit´ e : en bordure
pénalité BSDa
BSDc
BSDb
+
Routeur de coeur
Flot de référence : métrique Flots supplémentaires
−
100 Mbit/s full−duplex 10 Mbit/s full−duplex
goulot d’étranglement Routeur
de bordure
I On ne s’occupe pas du marquage
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et
21 Conditionnement ` a p´ enalit´ e : APS
SI perte paquet rouge ET d´ ebit mesur´ e > debit assur´ e
ALORS augmentation de la p´ enalit´ e (rapide) diminution du d´ ebit
SINON diminution de la p´ enalit´ e (lent) augmentation du d´ ebit
30ms
10ms
70ms
10ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms pénalité en ms
t
40ms 40ms
50ms 50ms
50ms
45ms
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
22 Pr´ esentation des tests
B
100 Mbits/s
C
D A
RTT 30 ms RTT 30 ms
10 Mbits/s Routeur de bordure
Routeur Routeur
Routeur de bordure
de coeur Routeur Routeur
de coeur
de bordure
de bordure
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
23 Mise en ´ evidence de l’isolation
0 2 4 6 8 10 12
1 5 10 15 20 25
Mbit/s
Nb flots dans l’agrégat (B,D)
Débit de l’agrégat (B,D) sans APS
Débit de l’agrégat (B,D) avec APS
Débit assuré
Débit du flot (A,C) avec APS
Débit du flot (A,C) sans APS
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
24 Contrˆ ole sur l’assurance du d´ ebit
0 2 4 6 8 10
1 5 10 15 20 25
Mbit/s
Nb flots dans l’agrégat (B,D) Débit du flot (A,C) sans APS Débit du flot (A,C) avec APS Débit Assuré
I D´ebit assur´e 6 =, RTT =, nb flots 6 =
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et
25 Contrˆ ole sur l’assurance du d´ ebit
0 2 4 6 8 10
1 5 10 15 20 25
Mbit/s
Nb flots dans l’agrégat (B,D)
Débit de l’agrégat (B,D) sans APS
Débit de l’agrégat (B,D) avec APS
Débit assuré
Introduction Le contexte Pr´ esentation Probl´ ematique
Probl´ ematique Terminologie Mod` ele de goulot d’´ etranglement Mesure du d´ ebit TCP Typologie des solutions Lissage du trafic Contributions Principe du marquage adaptatif Proposition
Conditionnement ` a p´ enalit´ e Pr´ esentation des tests Mise en ´ evidence de l’isolation Assurance du d´ ebit Impact du RTT Exp´ erimentation g´ en´ erale Conclusion
Difficult´ e de mise en œuvre Conclusion et perspectives
26 Pr´ esentation des tests
B
100 Mbits/s