Algoritmi de combatere a congestiei prin gestiunea cozilor

Algoritmi de combatere a congestiei prin gestiunea cozilor de aşteptare (RED) Conducător proiect: Conf. Dr. Ing. Ştefan STĂNCESCU Iunie 2009 Absolvent: Dragoş Constantin STĂNESCU

Tema proiectului • Prezentarea Algoritmului Random Early Discard • Prezentarea mediului de simulare Network Simulator 2. 29 • Experimente privind controlul congestiei folosind NS 2. 29 • Analiza rezultatelor şi concluzii 2

Realizări • Prezentare generală a reţelelor • Studierea congestiei în reţelele TCP/IP • Studierea şi descrierea algoritmului de evitare a congestiei Random Early Discard (RED) • Descrierea mediului de simulare Network Simulator • Modificarea algoritmului Random Early Discard 3

Noţiuni introductive de teoria reţelelor • Clasificare: Ø după tipul mediului de transmisie Ø după întinderea geografică Ø după topologia fizică Ø după topologia logică Ø după metodele de acces la mediul de transmisie Ø după tipul sistemului de operare din reţea 4

Modelul OSI (1/2) • Are la bază 5 principii: Ø un nivel este introdus acolo unde este necesar un nivel de abstractizare superior. Ø fiecare nivel de abstractizare trebuie să îndeplinească un set bine precizat de funcţii. Ø funcţiile fiecărui nivel trebuie să respecte standardele internaţionale. Ø un nivel trebuie ales astfel încât să minimizeze fluxul de informaţii între niveluri. Ø nivelurile trebuie să fie suficient de mari pentru a cuprinde funcţii care fac prelucrări similare şi suficient de mici pentru a nu deveni o arhitectură greoaie. 5

Modelul OSI (2/2) Aplicaţie 1 <- Aplicatie -> Aplicaţie 2 Prezentare 1 <- Prezentare -> Prezentare 2 Sesiune 1 <- Sesiune-> Sesiune 2 Transport 1 <- Transport-> Transport 2 Reţea 1 <- Reţea-> Reţea 2 Legătura de date 1 <- Leg. date -> Legătura de date 2 Strat fizic 1 ===== =<=cablu=>== ===== Participant 1 Modelul TCP/IP Strat fizic 2 Participant 2 Comunicaţia între 2 entităţi folosind OSI 6

Modelul TCP/IP • Proprietăţi: Ø Ø Ø Flexibilitate Răspândire globală Scalabilitate Poate funcţiona cu surse defecte Nu depinde de S. O. folosit • Aplicaţii ce folosesc TCP/IP: Ø Ø Comparaţie OSI – TCP/IP World Wide Web E-mail Ftp Secure Shell, etc. 7

Congestia în reţele TCP/IP (1/2) • O reţea este considerată congestionată, atunci când prea multe pachete încearcă să acceseze bufferul aceluiaşi router, având ca rezultat aruncarea unui anumit număr de pachete. • Observaţii: Ø O reţea poate fi congestionată din perspectiva unui utilizator şi necongestionată din perspectiva altuia; Ø O reţea poate fi considerată strict necongestionată numai dacă nici un utilizator nu o percepe că fiind congestionată. 8

Congestia în reţele TCP/IP (2/2) • Metode de eliminare a pachetelor: Ø Front drop Ø Tail drop Ø Aleator Congestia pe reţea 9

Mecanisme de evitare şi control al congestiei • • • Stop-and-Wait Slow start Creştere aditivă/descreştere multiplicativă Algoritmul cu fereastră glisantă Fast retransmit şi fast recovery 10

Random Early Discard • A fost introdus în 1993 de Sally Floyd şi Van Jacobson • RED este un algoritm de evitare a congestiei descărcând aleator pachete astfel încât anumite conexiuni TCP îşî micşorează fereastra de transmisie pe o perioadă limitată de timp. • Proprietăţi Ø Are ca scop evitarea congestiei prin controlul dimensiunii medii a cozii; Ø Funcţionează cu actualele protocoale de transport; Ø Nu necesită că toate ruterele din internet să folosească acelaşi mecanism de control al congestiei. 11

Random Early Discard Pentru fiecare pachet primit se calculeaza dimensiunea medie a cozii avg daca minth ≤ avg < maxth se calculează probabilitatea pa cu probabilitatea pa: marchează pachetul primit altfel daca maxth ≤ avg marchează pachetul primit Algoritmul RED 12

RED modificat (1/3) • Modificarea propusă constă în calculul diferit al probabilităţii de aruncare a pachetelor atunci când media cozii este mai mare decât minth dar până la o anumită limită faţă de maxth. Astfel, pentru avg situat între minth şi un nou prag rmbv probabilitatea este ponderată cu o anumită valoare. Pentru situaţia când media este mai mare şi decât rmbv calculul probabilităţii se face ca la versiunea originală. 13

RED modificat (2/3) • Formula propusă pentru calcularea probabilităţii este: pb=0 pt avg < minth pb=(C 1*avg + C 2)/s pentru minth < avg < rmbv pb=C 1*avg + C 2 pentru rmbv < avg < maxth , unde C 1=maxp/(maxth-minth) C 2=maxp*maxth/(maxth-minth) pa=pb/(1 -count * pb) 14

RED modificat (3/3) • Topologia utilizată • • • Topologia folosită în simulare Pentru a evalua performaţele noului algoritm am folosit programul de simulare Network Simulator 2. 29 minth=5, maxth=15, wq=0, 002 Valori ale lui ‘s’ in cadrul simularilor: 1. 3, 1. 79, 1. 93, 2. 29, 3. 5, 4. 4, 5. 4, 7. 1, 7. 5, 8, 9, 10. 15

Rezultatele simulărilor (1/3) • În urma evaluărilor am observat o creştere a mediei cozii pentru toţi parametrii folosiţi şi o îmbunătăţire a ferestrei de transfer. Comparaţie între media cozii pentru RED şi RED modificat (s=4. 4) Comparaţie între media cozii pentru 16 RED si RED modificat (s=7. 1)

Rezultatele simulărilor (2/3) • Îmbunătăţirea ratei de drop: Comparaţie între rata de drop în cazul RED original şi RED modificat Scăderea (%) ratei de drop pentru RED modificat faţă 17 de RED original

Rezultatele simulărilor (3/3) • Pentru o reţea de dimensiuni mai mici (small office) îmbunătăţirea privind rata de drop este şi mare Parametru Îmbunătăţire (%) Dimensiunea medie a cozii 37 Rata de drop 22. 6 Dimensiunea ferestrei de transmisie 25 Performanţele RED modificat faţă de RED original 18 pentru o reţea small office

Concluzii • Algoritmul obţinut se comportă mult mai bine decât RED iniţial, având punctul optim al parametrului s= 4. 4. Pentru s=4. 4 se observă o scădere de peste 15% a ratei de drop. • Pornind de la aceste modificări se poate analiza şi evalua poziţia în care se alege al 3 -a prag (punctul optim in care sa fie situat intre minth şi maxth) pentru a putea îmbunătăţi şi mai mult algoritmul iniţial. 19

Multumesc ! 20