Análise de Desempenho de Protocolos de Transporte para Redes de Alta Velocidade

122 Pages·2006·0.79 MB·Portuguese

ANÁLISE DEDESEMPENHO DE PROTOCOLOS DE TRANSPORTE PARA REDES
DE ALTAVELOCIDADE
LuizAntonioFerreira daSilva
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS
PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS
EMENGENHARIA ELÉTRICA.
Aprovadapor:
Prof. JoséFerreira deRezende, Dr.
Prof. AloysiodeCastro Pinto Pedroza, Dr.
Profa. RosaMariaMeri Leão,Dr.
RIO DE JANEIRO, RJ -BRASIL
AGOSTO DE 2006
SILVA, LUIZANTONIO FERREIRA DA
Análise de Desempenho de Protocolos
de Transporte para Redes de Alta Velocidade
[Rio deJaneiro]2006
XV, 107 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M.Sc.,
EngenhariaElétrica, 2006)
Dissertação - Universidade Federal do Rio
deJaneiro,COPPE
1. Protocolos deTransporte
2. Redes deAltaVelocidade
3. ControledeCongestionamento
I. COPPE/UFRJ II. Titulo(série)
ii
Aosmeus maravilhosospais,AntonioeMarli,quecom muitadedicaçãomeeducarame
moldarammeu caráter,incentivando-medesdetenraidadeaos estudos.
iii
Agradecimentos
Em primeiro lugar à DEUS, que agraciou-me com as oportunidades e a força neces-
sáriaparabuscarmeus objetivoscom garraedeterminação.
ÀPatrícia,minhaamadaesposa,companheiraeamiga. Estevecomigonosmomentos
mais felizes e mais tristes de minha vida. Como ninguém compreende a importância de
meu esforço paraconcluirestetrabalho.
Ao Prof. José Ferreira de Rezende, pela amizade e realismo com que me orientou,
sendorígidonos momentoscertose compreensivoquandonecessário.
AosamigosAri,RanieryeSidney,daRedeNacionaldeEnsinoePesquisa(RNP),Fa-
bianoeIvan,daTyco,peloapoio,concessõesecumplicidadequemepermitiramconcluir
o mestrado.
À Profa. Vera Maria Martins Salim, que me incentivou, incessantemente, à busca
desteobjetivo.
Ao Prof. Lourival Passos Moreira, do CEFET-RJ, que acreditou no meu potencial,
dando-mea primeiraoportunidadenaáreaderedes.
Ao pesquisador Xiaoliang David Wei, da Caltech, pela suporte no código ns-2 TCP
Linux.
À Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), pelo apoio e incentivo à conclusão
destetrabalho.
AoscompanheiroseprofessoresdoGrupodeTeleinformáticaeAutomação(GTA/COPPE),
pelo ensino e infra-estrutura. Em especial, Glauco, Myrna e Kleber, pelas construtivas
discussõeseincentivo.
Saudades de minha irmã, Euridinéia, que durante a execução deste trabalho nos dei-
xou.
iv
Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos
necessários paraaobtenção dograu deMestreemCiências (M.Sc.)
ANÁLISE DEDESEMPENHO DE PROTOCOLOS DE TRANSPORTE PARA REDES
DE ALTAVELOCIDADE
LuizAntonioFerreira daSilva
Agosto/2006
Orientador: JoséFerreira deRezende
Programa: EngenhariaElétrica
Historicamente é reconhecido que o TCP demonstra baixo desempenho quando uti-
lizado em enlaces de grande capacidade, sendo pior o desempenho quanto maior for o
produto banda X retardo. Neste trabalho são avaliadas quatro modificações ao meca-
nismo de congestion avoidance do TCP, buscando a otimalidade no uso deste protocolo
em redes dealtavelocidade. O problemaéabordado usando três ambientesderede, real,
emuladoesimulado.
v
Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirementsforthedegreeofMasterofScience (M.Sc.)
PERFORMANCE EVALUATIONOFTRANSPORT PROTOCOLS FORHIGH
SPEED NETWORKS
LuizAntonioFerreira daSilva
August/2006
Advisor: JoséFerreira deRezende
Department: ElectricalEngineering
HistoricalyisrecognizedthatTCPdemonstratesoverheadwhenusedinlinksofgreat
capacity, being worse the performance as much bigger is the bandwidth * delay product.
In this work four modifications to the TCP congestion avoidance mechanism are evalu-
ated, searching for optmality in the use of TCP in high speed networks. The problem is
approached usingthreenetworksenvironments,real, emulatedandsimulated.
vi
Sumário
Resumo v
Abstract vi
Lista defiguras xi
Lista detabelas xiii
Lista deacrônimos xiv
1 Introdução 1
1.1 Motivação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Organização daDissertação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 ProtocolosdeTransporte em Redes de AltaVelocidade 6
2.1 ProjetoGIGA -Rede ExperimentaldeAltaVelocidade . . . . . . . . . . 7
2.2 Redes deAltaVelocidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 CamadadeTransporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.1 MecanismosdeControledeCongestionamento . . . . . . . . . . 13
vii
2.4 ProtocolosNão Confiáveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.5 Critériospara escolhadeprotocolos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.6 ProtocolosConfiáveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.6.1 TCP Reno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.6.2 High Speed TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.6.3 Scalable TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.6.4 H-TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.6.5 BIC-TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3 Ambientede Testes 31
3.1 AmbienteReal eEmulado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.1 Sistemas Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.2 Camada deEnlace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1.3 Camada Física . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1.4 SistemaOperacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.5 Camada deAplicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Gerador detráfegoEthernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Gerador detráfegoTCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2 AmbienteReal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.3 AmbienteEmulado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Emuladorderede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.4 AmbienteSimulado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4 Resultados 57
viii
4.1 Métricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.1.1 Vazão Média . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.1.2 ÍndicedeJustiça . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2 Descrição dosCenários eExperimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2.1 AmbienteReal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.2.2 AmbienteEmulado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.2.3 AmbienteSimulado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.3 Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.3.1 AmbienteReal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.3.2 AmbienteEmulado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.3.3 AmbienteSimulado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5 Conclusõese TrabalhosFuturos 80
5.1 Conclusões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.2 Trabalhosfuturos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Referências Bibliográficas 83
A Sintonia fina de sistemasfinais 94
B Script para tratamento de superuser ID 95
B.1 Habilitasuid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
B.2 Desabilitasuid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
C Script deautomatização 97
ix
D Script para tratamento de funcionalidades do SO 104
D.1 Habilitafuncionalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
D.2 Desabilitafuncionalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
E Script para configurações dememória do SO 106
E.1 Alteraconfigurações dememória . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
E.2 Retornaconfigurações dememória . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
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