1

XCP-i: eXplicit Control Protocol pour l’interconnexion de réseaux haut-débit

hétérogènes

C. Pham2 Université de Pau et des Pays de l’AdourLaboratoire LIUPPAhttp://www.univ-pau.fr/~cphamCongduc.Pham@univ-pau.fr

D.M. Lopez Pacheco1, C. Pham2, L. Lefèvre1

1 INRIA RESOUMR LIP CNRS/ENS/INRIA/UCBL

LIUPPA

2

TCP & réseaux haut débit

Cœurs de réseaux: liens optiques, DWDM, débit de plusieurs dizaines de gigabits/s

Temps tranmission <<< temps propagationRépliquer une BD de 10Go ne devrait pas poser de problèmes!

Fibre Optique40 Gbps

200000km/s, delai de 5ms tous les 1000kms

3

La dure réalité: TCP sur un lien à 200Mbits/s

Haut débit performances de bout en bout!

TCP n’est pas adapté pour les « Long Fat Networks »!

Pertes de paquets

4

Ce que votre maman ne vous a jamais dit sur

TCP!

Si vous voulez tranférer un fichier de 1Go avec une pile TCP standard, cela vous prendra plusieurs minutes, même avec un lien à 40Gbits/s (combien en €?)!

40 GbpsTCP

0.3Gbps

Standard TCP

5

Revenons aux origines!

From Computer Networks, A. Tanenbaum

Contrôle de flux pour les récepteursContrôle de congestion pour le réseaux

1ère congestion observée en 1986 par V. Jacobson. TCP est devenu synonyme de contrôle de congestion: TCP Reno en

1988.

1ère congestion observée en 1986 par V. Jacobson. TCP est devenu synonyme de contrôle de congestion: TCP Reno en

1988.

6

Contrôle de congestion de TCP

cwnd croît exponentiellement (slow start), puis linéairement (congestion avoidance) avec 1 segment de plus par RTT

Si pertes, divise le seuil par 2 (multiplicative decrease) et redémarre avec cwnd=1 segment

From Computer Networks, A. Tanenbaum

Temps

Seq

uenc

e N

o

La fenêtre de congestiondouble à chaque aller-retour

paquetack

7

Repousser les limites de TCP

Fast retransmit Optimisation des temporisateurs (RTO) Configuration standard (vanilla TCP) n’est pas adaptée dans la plupart des OS, tout est sous-dimensionné:

Buffer d’émission, réception Taille de la fenêtre de contrôle de flux Buffer système Taille des blocs par défaut

On peut atteindre 1Gbits/s si tout est bien optimisé

Source: M. Goutelle, GEANT test campaign

Large congestion windowSocket buffer=64Mo

8

Les nouvelles enseignes de TCP

HS-TCPFAST TCP

XCP

S-TCP

BIC TCP

TSUNAMI

H-TCP

9

High Speed TCP [Floyd]

Un représentant des approches de bout-en-bout

Réseaux haut débit = faible taux de pertes

Modifie la fonction de réponse pour augmenter le taux d’utilisation

Packet Drop Rate P Congestion Window W RTTs Between Losses ------------------ ------------------- ------------------- 10^-2 12 8 10^-3 38 25 10^-4 120 80 10^-5 379 252 10^-6 1200 800 10^-7 3795 2530 10^-8 12000 8000 10^-9 37948 25298 10^-10 120000 80000

Table 2: TCP Response Function for Standard TCP. The average congestion window W in MSS-sized segments is given as a function of the packet drop rate P.

From draft-ietf-tsvwg-highspeed-01.txt

HSTCPCongestion Window W RTTs Between Losses------------------- ------------------- 12 8 38 25 263 38 1795 57 12279 83 83981 123 574356 180 3928088 26426864653 388

10

HSTCP et AIMD

Sans perte:cwnd=cwnd+a

Perte:cwnd=cwnd*b

TCP:a=1, b=0.5

HSTCPa=f(cwnd)b=f(cwnd)

11

XCP [Katabi02]

Approche à assistance des routeurs, généralise le concept ECN (FR, TCP-ECN)

Un routeur XCP détermine la bande passante disponible en observant les trafics d’entrée et de sortie

Un feedback est envoyé vers la source par le biais des ACKs: pas d’état par flux, émulation d’un AIMD par flux

Input rate: Ir Output rate: Or

source

H_cwnd (set to the sender’s current cwnd)

H_rtt (set to sender’s RTT estimate)

H_feedback (initialized to sender’s demands)

XCP packet header

feedback=.rtt.(Or-Ir)-Q=0.4, =0.226

Q: persistent queue size

QH_feedback ECFC

12

6s

XCP vs TCP

Simulation sur ns-2XCP plus stable et performant que TCP

13

Equité de XCP

TCP et HSTCP ne sont pas vraiment très équitables...

Pacheco et Pham, MICC-ICON 2005

14

Limites de XCP

XCP demeure cantonné à des plate-formes 100% XCP

Pas d’interopérabilité entre les équipements Mauvaise performance si des routeurs IP classiques (non-XCP) se trouvent dans le goulot d'étranglement.

Peu d’équité entre protocoles différentsPerformance fortement dégradée si différents protocoles de bout en bout sont exécutés dans le même réseau.

15

Routeur XCP-Routeur IP

Moins performant que TCP!

16

Problème n°1: Découvrir le nuage non-XCP ?

Propositions pour une version interopérable

de XCPLe problème d'interopérabilité empêche fortement la mise en place incrémentaleincrémentale de XCP

XCP-i (i = interoperable) attaque ce problème :sans ajouter d’états par flux,en gardant les mécanismes de contrôle de XCP.

17

?

xcp_ttl = TTL xcp_ttl = TTLxcp_ttl --

TTL --

TTL -- xcp_ttl != TTLTTL --

xcp_ttl = TTL

Problème n°2: Déterminer les ressources du nuage non-XCP ?

Détection du nuage non-XCP

Découvrir le nuage non-XCP : • Utiliser le champs IP TTL• Nouveau champ xcp_ttl_ dans l’entête XCP• Décrémenter xcp_ttl_ dans chaque routeur XCP-i• Comparer xcp_ttl_ avec le champ TTL de l'en-tête IP

H_cwnd

H_rtt

H_feedback

Xcp_ttl

XCP packet header

18

last_xcp_router_ = S S= R0

R0= R2

?

Déterminer les ressources dans le

nuage non-XCP

Connaître le dernier routeur XCP-i traversé (R0).• Nouveau champ last_xcp_router_ dans l’entête XCP• Remplir avec l'adresse du dernier nœud émetteur

Estimer l'état du réseau dans le nuage non-XCP (R0 -> R2)• Déclencher une procédure d'estimation de bande passante BP (algorithmes existants: packet train, pathirp…)Problème n°3: Prendre en compte

l’estimation dans le calcul du feedback?

H_cwnd

H_rtt

H_feedback

Xcp_ttl

Last_xcp_router

XCP packet header

19

Nuage non XCP

80Mbps 80Mbps30Mbps

R0

80Mbps

Lien virtuel

Lien physique

R2

XCP-i

…

30R0

30Mbps

80Mbps

R2

Table dehachage

XCP-iv

XCP-i

XCP-i

Routeur virtuel XCP-i pour le calcul du

feedback Communiquer BP au

routeur qui a demandé la procédure (R2). AIMD Table de hachage

Création du routeur virtuel XCP-iv f = α.rtt.BP - β.Q

(.rtt.(Or-Ir)-Q)

Substituer chaque nuage non-XCP par un routeur virtuel.

OrIrBP

20

Performance de XCP-i dans un réseau

hétérogène

Simulation ns-2

Même niveau de performance que dans un réseau 100% XCP

21

Équité entre flux XCP-i

Emetteurs j0 , j1

Distribution équitable des ressources

Stabilité des flux

22

Sensibilité à la précision des estimations?

Sous-estimation Sous-utilisation Pas de timeout

Sur-estimation Timeout en fonction

de la capacité en buffer des routeurs

23

Conclusions

Propositions sur l'interopérabillité des protocoles dans des réseaux hétérogènes.

XCP-i est le premier pas vers un protocole basé sur l'assistance des routeurs interoperable.

XCP-i conserve le contrôle de XCP tel quel

XCP-i est performant dans une large gamme de topologies.

24

Travaux en cours

Implémentation de XCP-i dans un noyau Linux.

Déploiement et validation de XCP-i à grand échelle sur la plate-forme Grid5000.

Equité avec des protocoles de bout en bout (TCP).

Surestimation de bande passante dans des cas particuliers