РАЗДЕЛ 2
РАЗВИТИЕ МЕТОДА ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕДАЧЕЙ ДАННЫХ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ПРОТОКОЛА
TCP VEGAS
В разделе 1 были сформулированы основные задачи диссертационного исследования. Одними из главных задач являются: анализ особенностей протокола TCP Vegas, обоснование необходимости его модификации, реализация модификации протокола TCP Vegas для использования в высокоскоростных компьютерных сетях, исследование статистических характеристик модифицированного протокола и выработка рекомендаций для дальнейших исследований.
2.1. Методы управления передачей данных, использующиеся в протоколе TCP Vegas
В данном подразделе проведены теоретические исследования поведения протокола ТСР Vegas в высокоскоростных гетерогенных мультисервисных сетях передачи данных и обоснована возможность модификации протокола на основе усовершенствования используемого метода управления передачей данных.
В настоящее время существует целый ряд протоколов, которые управляют передачей данных [91]. Все они являются байт-ориентированными протоколами с надежной доставкой данных и осуществляют сквозную доставку данных по маршруту с установлением соединения. В данном подразделе будут рассмотрены особенности управления передачей данных, использующегося в одном из самых перспективных протоколов на сегодняшний день TCP Vegas и будет проведен сравнительный анализ его характеристик до и после модификации.
За последние годы было сделано много улучшений протокола ТСР, однако они в большей степени касались фазы восстановления потерь (протоколы TCP Tahoe, TCP Reno, TCP NewReno и TCP SACK) [91]. В значительной степени механизм управления передачей данных был изменен лишь в протоколе TCP Vegas [92], где в качестве признака перегрузки используется оценка доступного размера полосы пропускания канала. Начало перегрузки определяется путем измерения разности между текущим значением времени передачи пакета данных в соединении, T, и его минимальным значением, с последующей коррекцией интенсивности отправки пакетов в сеть в соответствии со значением этой разности [92].
Протокол TCP Vegas, в отличие от протокола TCP Reno, у которого наблюдается больший прирост пропускной способности за единицу времени, показывает лучшие результаты эффективности и меньшее количество повторных передач пакетов. Однако все еще существует несколько значительных преград, препятствующих внедрению протокола TCP Vegas в современные высокоскоростные сети, таких как: непропорциональное распределение доступных ресурсов сети, возникающее при одновременном существовании в канале потоков ТСР Vegas и ТСР Reno; проблемы динамического изменения маршрута соединения; возможность возникновения постоянной перегрузки; несоответствие скорости потока данных параметрам сети.
Остановимся на модели фазы предотвращения перегрузок протокола TCP Vegas в случае использования маршрутизатора с отбрасыванием задней части очереди [93]. В результате проведенного анализа эффективности управления информационным потоком в протоколах TCP Reno и TCP Vegas сделан вывод, что в случае существования лишь соединений протоколом TCP Vegas, время пребывания пакетов в очередях будет уменьшаться, а доступная полоса пропускания канала будет использоваться полностью. Показано, что соединения TCP Vegas, имеющие различные времена передачи пакетов, между собой будут пропорционально распределять доступный размер полосы пропускания канала. Протокол TCP Vegas пригоден для высокоскоростных каналов и каналов с большим значением произведения полосы пропускания канала на время передачи пакета в нем, как, например, спутниковых. Основной недостаток такой модели заключается в том, что она не рассматривает ситуации, в которой соединения протоколами TCP Reno и TCP Vegas проходят через канал, являющийся для них общим узким местом. Гетерогенный сценарий из протоколов TCP Vegas и TCP Reno также подтверждает описанные выше результаты [94].
Одной из попыток преодоления проблемы пропорционального распределения ресурсов протоколом TCP Vegas является протокол TCP Vegas+ [95]. Он состоит из комбинации двух методов управления передачей данных, один из которых идентичен таковому в протоколе TCP Vegas, а второй - TCP Reno. Предполагается, что увеличение времени передачи пакета данных всегда происходит только по причине появления фонового трафика в канале, исключая всякие другие факторы. Эффективность протокола ТСР Vegas+ зависит от выбора оптимального значения параметров, отвечающих за выбор метода управления передачей данных.
Пропорциональность распределения доступных ресурсов сети методами протокола TCP Vegas активно исследовалась многими авторами, и было показано, что существует конфигурация, при которой возможно достигать заданных значений пропорциональности [96 - 98].
Была предложена альтернативная модель протокола TCP Vegas и показано, что его задачей является максимизация суммарной эффективности по отношению к ограничениям емкости сети [97]. Доказано, что протокол TCP Vegas является альтернативным методом решения задачи оптимизации [99]. Для предотвращения проблем, связанных с пропорциональным распределением ресурсов и постоянной перегрузкой, совместно с протоколом TCP Vegas рекомендуется использовать алгоритм случайного экспоненциального маркирования пакетов в очередях маршрутизаторов (Random Exponential Marking, REM). В таком случае основной задачей является правильный выбор переменной , которая должна быть общеизвестна [99, 100].
Известна одноканальная модель протокола TCP Vegas с эффектами завышения оценки пропорциональности, также она определена для случаев и [101]. Для достижения хорошей пропорциональности распределения доступных ресурсов сети и стабильности протокола, необходимо использовать конфигурацию, при которой , наряду с корректной оценкой времени передачи пакета в соединении, которая остается нерешенной задачей.
Вследствие высокой эффективности и хорошей пропорциональности в однородной среде, протокол TCP Vegas соответствует основным свойства