Download - Nagysebességű Internet Hálózatok
![Page 1: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/1.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
1
Nagysebességű Internet Hálózatok
Telbisz Ferenc
Hogyan lehet kihasználni egy Gbit/s sebességű adatcsatorna kapacitását?
![Page 2: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/2.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
2
Tartalomjegyzék
• Az alapvető Internet protokollok fejlődése• Problémák a TCP protokollal• Új TCP protokoll javaslatok• Új UDP protokoll javaslatok• Egyéb javaslatok• Mérések• Hazai fejlesztési tervek• Zárszó
![Page 3: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/3.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
3
Az Internet protokollok• Az internet réteges szerkezetű
– OSI 7 réteg– Internet 5 réteg
Adatkapcsolati réteg( media control is )
Fizikai réteg
Hálózati réteg
Szállítási réteg
Alkalmazások
Sodrott érpárKoax. kábel
Üvegszál(D)WDM
Rádió
HDLC PPP Ethernet ATM FDDI
Telnet FTP SMTP IMAP POP3 HTTP
TCP UDP
IP
Az internet máig a TCP/IP protokoll
"stack"-en alapszik
![Page 4: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/4.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
4
Az Internet protokollok• 3. Hálózati réteg: IP
Feladata: a csomagok továbbítása a célállomásraKapcsolat nélküli protokoll semmit sem tud garantálni
(kivéve hibamentes csomagátvitel)• 4. Szállítási réteg: TCP
Feladata: hibamentes kommunikáció (end-to-end)Funkciók:
– fragmentálás/defragmentálás (bitfolyam tördelése csomagokra)– sorrendhelyesség– adatvesztés nélkül– hibajavítás (ismétlés)– torlódásvezérlés és torlódásvédelem
Felhasználói program kapcsolat: portok
4. Szállítási réteg: UDP: funkció nélküli protokoll !Feladata: közvetlen IP hozzáférés az alkalmazások számáraFelhasználói program kapcsolat: portok
![Page 5: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/5.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
5
Az IP protokoll változásai• Az IP protokoll fejlődése:
– Útválasztó (routing) protokollok fejlődése: RIP, BGP, IS-IS, OSPF, …
– QoS (Quality of Service) fejlődése: DiffServ (Differentiated Services)
IP headerben 6 bit: osztály (prioritás) jelzésre (IPv4, IPv6)Az egyes osztályok kezelése eltérő:
– prioritás– allokált sávszélesség
. . .Eredmény: VoIP (Voice over IP), ...
– MPLS: kapcsolástechnika (switching) használata ( "jó" ATM )• routing: célcím kikeresése táblázatból• kapcsolás: csomagban levő címke használata táblázat indexként
![Page 6: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/6.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
6
MAC header
![Page 7: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/7.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
7
Az IP protokoll változásai• Az IP protokoll fejlődése:
– Útválasztó (routing) protokollok fejlődése: RIP, BGP, IS-IS, OSPF, …
– QoS fejlődése: DiffServ (Differentiated Services)IP headerben 6 bit: osztály (prioritás) jelzésre (IPv4, IPv6)Az egyes osztályok kezelése eltérőEredmény: VoIP (Voice over IP), ...
– MPLS: kapcsolástechnika (switching) használata ( "jó" ATM )• Routing: célcím kikeresése táblázatból• kapcsolás: csomagban levő címke használata táblázat indexként
Eredmény: Traffic Engineering, Virtual Private Networks (VPN),
. . . .• Az IP összhangban van a korszerű követelményekkel:
• adatátviteli technikák,• az Internet mérete és forgalma
![Page 8: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/8.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
8
A TCP protokoll változása • A TCP az elmúlt 20 évben lényegében nem változott
Túlélte az Internet robbanásszerű fejlődést, a lassú vonalakatInkább más szállítási protokolokkal foglakoztak, pl. RTP
• A TCP torlódásvezérlése– a csomagvesztésen alapul– jól követte az Internet fejlődését:
méret, sebesség, terhelés, konnektivitás: több nagyságrendű változás
– jól működött a kis sebességű hálózatoknál,megakadályozta/csökkentette a nagy torlódások
kialakulását,– mai általános használathoz jól illeszkedik:
nagyon sok párhuzamos átvitel, mérsékelt sebességa web "emberi fogyasztásra" készült (emberi sebesség)
![Page 9: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/9.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
9
A TCP protokoll változása • A jelenlegi TCP (Reno) nem hatékony
– a nagy sávszélességű és nagy késleltetésű (a sávszélesség X késleltetés nagy) high bandwidth-delay product
– és kis csomagvesztésű hálózatokbanCsomagvesztés oka lehet:
– adathibák ma: 10- 5 (csomagszinten)– torlódás ma: olcsó memória buffer igen nagy lehet
• Problémák jelenkeznek:– Nagy adatmennyiség mozgatásánál (terabyte, petabyte) :
HEP, Csillagászat, Földtudományok, Bioinformatika, …– GRID számításoknál
• Mi okozza a problémát a TCP-nél?
![Page 10: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/10.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
10
TCP torlódásvezérlés– Congestion window: az "úton levő" csomagok száma (cwnd)– Visszaszabályozás: a csomagvesztés (nyugták) alapján:– Slow start (lassú indulás):
Induláskor: cwnd = 1 Byte-ban: cwnd x ( maximális szegmens méret )
általában 1500 byte– Növelése, ha minden rendben (nyugta érkezik):
– Exponential backoff: ha torlódás van (csomagvesztés):
AIMD algoritmus: Additive Increase, Multiplicative Decrease
![Page 11: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/11.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
11
Tipikus torlódási ablak méret változás
![Page 12: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/12.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
12
TCP torlódásvezérlés
– Standard TCP kapcsolatnál:• 1500 Byte-os csomagok,• 100 ms round-trip idő,• stacionárius átvitel 10 Gbps-nál
– szükséges lenne a "cső" kitöltéséhez:• átlagos "congestion window": 83,333 segmens,• ez legföljebb egy csomag eldobása 5 000 000 000 csomagonként
(legföljebb egy csomag eldobása 100 percenként).
Nagy "congestion window" fenntartása nem megy:
Sally Floyd (ICIR)
Nem reális követelmény !– Ugyanilyen követelmény 100 Mbps-nél ("cső" kitöltéséhez):
• a csomageldobási arány: 1 csomag 500 000 -ből(egy csomag eldobása percenként)
Egy kapcsolaton elérhető max. sebesség: ~ 200 Mbps
![Page 13: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/13.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
13
Szempontok az új protokollhoz– Teljesítmény
• alacsony sebességnél és kis RTT-nél legyen hasonló a hagyományoshoz– Torlódásvezérlés
• Nyilvános Interneten legyen hatékony torlódásvezérlés• Privát hálózaton kell-e ez ?
– Legyen TCP barát (TCP kompatibilitás)• torlódás esetén ne vegye el a sávszélességet a TCP-től
– Protokollon belüli "tisztességesség"– Bevezetés, telepítés egyszerűsége:
a. felhasználói könyvtár módosításab. operációs rendszer kernel módosításac. router-ek módosítása
– Analitikus modell• a viselkedés ellenőrzése• fejlesztők segítsége
– Univerzális használhatóság ? ("One size fits all")
![Page 14: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/14.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
14
Lehetőségek az új protokollokra
• TCP alapú módszerek• UDP alapú módszerek• Egyéb módszerek
![Page 15: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/15.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
15
TCP protokoll javaslatok• Javaslatok a módosításra:
– Fast TCPCalifornia Institute of TechnologyURL: http://netlab.caltech.edu/FAST/
– HighSpeed TCPICIR (ICSI Center for Internet Research), BerkeleyURL: http://www.icir.org/floyd/hstcp.html
– Scalable TCPCambridge University, Engineering Department (CERN)URL: http://www-lce.eng.cam.ac.uk/~ctk21/scalable/
– XCP (eXplicit Congestion control Protocol)MIT's Lab for Computer ScienceURL: http://www.ana.lcs.mit.edu/dina/XCP/
. . . . .
![Page 16: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/16.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
16
Fast TCP– Fejleszti: California Institute of Technology – Flow control: sorbanállási késleltetés (RTT) + csomagvesztés – Csak a küldőnél kell implementálni
AIMD
![Page 17: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/17.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
17
HighSpeed TCP• Fejlesztő: ICIR (ICSI Center for Internet Research)
• Non-profit kutató intézet, Berkeley• Eredeti alapító AT&T, most:
ICSI (International Computer Science Institute) Független nonprofit kutató intézet Kapcsolat: Computer Science Division,
University of California at Berkeley
• Működés: TCP congestion window (cwnd): a hálózatban úton levő csomagok
száma – AIMD: átlagos cwnd = 1.2 / sqrt (P) p: packet loss– A cwnd másképpen: AIMD helyett 3 paraméteres algoritmus, – Ez gyakorlatilag több párhuzamos adatfolyam emulálása
• Implementáció: Linux
![Page 18: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/18.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
18
Scalable TCP• Fejlesztő: Laboratory for Communication Engineering,
Cambridge University, Engineering Department (Tom Kelly, CERN IT division)
• Működés:– egyszerű módosítás a hagyományos TCP torlódás vezérlésében:
cwnd := cwnd + 0.01 ha nyugta érkezettcwnd := 0.875 * cwnd ha csomagvesztés van
– gyorsabban növel, csomagvesztésnél kevésbbé csökkent
• Implementáció: Linux
![Page 19: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/19.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
19
XCP• Fejlesztő: MIT's Lab for Computer Science• Működés:
– Az Explicit Congestion Notification (ECN) módszer általánosítása– Csomagokhoz congestion header hozzáadása:
pontos információ a torlódás állapotáról– Congestion header-ben a küldő fél sávszélességet igényelhet– Közbenső router-ek ezt felülbírál(hat)ják
• Router-ekben is módosítás szükséges !
![Page 20: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/20.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
20
Mérések
• TCP Stacks on production links (SLAC, Web100 projekt):Internet End-to-end Performance Monitoring
http://www-iepm.slac.stanford.edu/monitoring/bulk/tcpstacks/index.html• Single és multiple stream mérések működö hálózaton• Néhány példa: “single stream” mérések• Mérési konfiguráció a single stream méréseknél:
![Page 21: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/21.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
21
Mérések
Fast TCP Throughput Average = 233.2 Mbps Std Dev = 82.1 Mbps
Reno TCP Throughput Average = 89.4 Mbps Std Dev = 69.9 Mbps
RTT RTT Average = 230 ms Std Dev = 9 ms
![Page 22: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/22.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
22
Mérések
High Speed TCP Throughput Average = 252.5 Mbps Std Dev = 70.9 Mbps
Reno TCP Throughput Average = 58.0 Mbps Std Dev = 52.4 Mbps
RTT RTT Average = 229.8 ms Std Dev = 9.8 ms
![Page 23: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/23.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
23
Mérések
Scalable TCP Throughput Average = 261.5 Mbps Std Dev = 64.6 Mbps
Reno TCP Throughput Average = 35.9 Mbps Std Dev = 16.2 Mbps
RTT RTT Average = 229.2 ms Std Dev = 10.4 ms
![Page 24: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/24.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
24
Mathieu Goutelle et al.:A Survey of Transport Protocols other than Standard TCP (2004.)
TCP javaslatok összehasonlítása
![Page 25: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/25.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
25
UDP alapú módszerek• UDP alapú módszerek
– Előnyök: • egyszerűbb implementálni: felhasználói könyvtárak• jó hatásfok
– Hátrányok:• Nincs torlódásvezérlés (torlódásvezérlést a hálózat végzi)
– Több projekt van itt is:UDT (UDP-based Data Transport).
Reliable Blast UDP
TSUNAMI. . . . .
![Page 26: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/26.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
26
UDT (UDP-based Data Transport)• Fejlesztő: University of Illinois in Chicago• URL: http://www.lac.uic.edu/
projekt: http://www.dataspaceweb.net/sabul.htm• SABUL: Simple Available Bandwidth Utilization Library
– UDP: az adat átvitelre: sorszámozott csoamgok– TCP: kontrol információ és hibajavítás
• nyugta (ACK, NAK), RTT• elveszett csomagok ismétlése
• Flow control:– adatküldés:
• lényegében állandó "interpacket time" (rate control)• az RTT és a csomagvesztés szerint szabályozva
• Implementáció: Linux, BSD, Unix
![Page 27: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/27.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
27
UDT Implementáció: Teljesítmény
![Page 28: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/28.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
28
UDT ImplementációIntra-protocol Fairness
Nagyobbléptékben
![Page 29: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/29.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
29
UDT ImplementációTCP Friendliness
![Page 30: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/30.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
30
UDP javaslatok összehasonlítása
Mathieu Goutelle et al.:A Survey of Transport Protocols other than Standard TCP (2004.)
![Page 31: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/31.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
31
Más módszerek• DWDM optikai hálózatok
– Optikai kapcsolók– National Lambda Rail– Optikai Hálózati Protokollok
Pl.: JIT (Just in Time) protokol (MCNC – North Carolina Univ.)– Előjelzés a kapcsolóberendezésnek az adatokról– A kapcsoló elemeket konfigurálják az adatokhoz (Tell & Go)
nem Tell & Wait– Valamennyi késleltetéssel mennek az adatok– Adat lehet egy blokk vagy hosszab kapcsolat
![Page 32: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/32.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
32
Hazai fejlesztési tervekEgyetemközi Távközlési és Informatikai Központ (ETIK)
• Nagy sebességű transzport protokollok– Új TCP verziók teljesítményelemzése és összehasonlítása
• szimuláció és kísérleti hálózati mérés• vizsgálandó: throughput, link kihasználtsága, igazságosság
(fairness)– Paraméterek optimalizálása
• az egyes TCP variánsok optimális környezetének meghatározása– Szabályozáselmélet-alapú vizsgálat
• globális stabilitás vizsgálata– Állapot-alapú modellezés– Csomagsorozatok módszerének alkalmazása– Sorbaállási késleltetés mérése
• Potenciális együttműködök: ETIK, BME, KFKI RMKI, MTA SZTAKI, MATÁV, stb.
![Page 33: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/33.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
33
Zárszó• Többféle elgondolás van, egyik sem domináns• Vannak implementációk is• További vizsgálatok kellenek• Kell ez nekünk?
– "Commodity" internetnek egyenlőre valószínűleg nem– Kutatás és néhány speciális terület: biztosan kell– Egyéb, pl. orvosi alkalmazások (hype effektus)
• Epilogus: egy internet átviteli rekord
![Page 34: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/34.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
34
Epilógus
• 40 router-en keresztül• 4.226 Gbit/sec (26m 28s)• software: ttcp (test TCP)
• SUNET Internet2 Single stream Land Speed Record• From San Jose, CA, USA to Lulea*, Sweden
Hogyan is történt, mi nincs rendben ?modell, protokoll, hibaarány ?
![Page 35: Nagysebességű Internet Hálózatok](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022070502/56814c86550346895db9a157/html5/thumbnails/35.jpg)
RMKI szeminárium 2004 június 14. Nagy sebességű Internet hálózatok
35
Köszönöm a figyelmet