Delay-bounded rate adaptive shaper for TCP traffic in diffserv internet

Abstract

ÖZET FARKLILAŞMIŞ HİZMETLER İNTERNETİ'NDE TCP TRAFFİĞİ İÇİN ÖNERİLEN BEKLETME SÜRESİ SINIRLI İLETİM HIZI UYUMLU DÜZENLEYİCİ Yakup Balkaş Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Yüksek Lisans Tez Yöneticisi: Yrd. Doç. Dr. Ezhan Karaşan Eylül 2002 Günümüz Internet 'inde sağlanan farklı yeterlilik koşullarına sahip işlemlerin yaşadığı sorunlar Internet'te farklı özelliklere sahip hizmetler sunulmasını gerekli kılmaktadır. Farklılaşmış Hizmetler İnterneti bu ihtiyacı yaygınlaşma sırasında sorun yaşamayacak bir biçimde karşılamayı amaçlamaktadır. Sağlanması planlanan Şartlı Yönlendirilmeli Ağ Yönlendiricisi Hizmeti (AF PHB), paket kayıplarına duyarlı bir hizmet sunar. Bu ve bunun gibi hizmetleri, Farklılaşmış Hizmetler Sağlayıcıları kullanıcılarına kullanım ve hizmet özelliklerinin ölçülebilir yeterlilik koşullarıyla belirtildiği Hizmet Özellikleri Sözleşmesi'ni (SLA) imza ladıktan sonra sunmaya başlarlar. Kullanıcı trafiğinin SLA'da belirtilen kullanım özelliklerinin dışında kalan bölümü hizmetin belirlenmiş yeterlilik koşullarından mahrum bırakılabilir. Düzenleyici SLA'ya uygun olmayan paketleri bekleterek trafiğin SLA'da belirtilen kullanım koşullarına uygun olan bölümünü arttırmaya çalışır. Eğer Farklılaşmış Hizmetler Sağlayıcısı, ağında, SLA'da belirtilen kul lanım özellikleri dışı trafiğin yönlendirilmesine belli sınırlar dahilinde izin veri yorsa, düzenleyici paketleri bekleterek trafiğin veri ulaştırma hızının daha yüksek değerlere çıkmasına engel olabilir. Bu tez çalışmasında önerilen düzenleyici -kiBekletme Süresi Sınırlı İletim Hızı Uyumlu Düzenleyici (DBRAS) olarak ad landırılmıştır- trafiğin mümkün olduğunca SLA'ya uygun hale getirilmesi için çalışırken paket bekletme süresini de belli bir üst sınır değer -ki bu değer Dmax olarak adlandırılmıştır- altında tutar. Gereksiz derecede yüksek bek letme sürelerinden kaçınarak yapılan düzenlemenin veri ulaştırma hızını arttırdığı gözlenmiştir. Ağ mimarisi, trafiğin kullanım özellikleri veya paketlerin ağda yayılma süresinde oluşacak değişikliklerin DBRAS'ın, veri ulaştırma hızına yapacağı katkıyı engellememesi için DBRAS'ın Dmax/ veri ulaştırma hızının artışını hedefleyerek değiştirebilmesini sağlayan bir Dmax ayarlama algoritması önerilmiştir. Ortaya çıkan yeni düzenleyiciye Dinamik DBRAS (D-DBRAS) adı verilmiştir. Önerilen buluşsal algoritma açgözlü bir yaklaşımla Dmax'ı veri ulaştırma hızını arttıracak yönde değiştirir. Benzetim sonuçları D-DBRAS'ın, TCP trafiğinin veri ulaştırma hızını, düzenlenmeyen bir trafiğinkine oranla %65 arttırabileceğini göstermiştir. Bunun yanında, paketlerin ağda yayılma süresi, ağ arabelleklerinin sınır seviyeleri ve ağdaki trafik yükü gibi parame trelerin D-DBRAS'ın verimini nasıl etkilediğini incelemek için benzetimler de yapılmıştır. Ağdaki trafik yükünün zaman içinde değiştiği ağlarda yapılan ben zetimler, bu değişiklikler karşısında D-DBRAS'ın, TCP trafiğinin veri ulaştırma hızını arttırabildiği rejimlerine yakınsama becerisini göstermiştir. Anahtar kelimeler: Farklılaşmış Hizmetler İnterneti, AF PHB, TCP, düzenleyici, bekletme süresi üst sınır değeri, veri ulaştırma hızı vı

ABSTRACT DELAY-BOUNDED RATE ADAPTIVE SHAPER FOR TCP TRAFFIC IN DIFFSERV INTERNET Yakup Balkaş M.S. in Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Asst. Prof. Dr. Ezhan Karaşan September 2002 Applications with different quality requirements set out the need for different Qualities of Service (QoS) to be provided in Internet. Differentiated Services (DiffServ) model is an architecture proposed to provide QoS in the Internet in a scalable way. Assured Forwarding Per Hop Behavior (AF PHB) is a QoS ser vice class which provides a loss sensitive service. The DiffServ Service Provider (SP) delivers services to customers where traffic parameters are quantified in a Service Level Agreement (SLA). The incoming traffic from customers are policed in order to make sure that they meet the specifications in the SLA. The portion of traffic that is nonconformant with the SLA is not guaranteed to receive the service quality specified in the SLA. Shapers delay nonconformant packets in order to increase the ratio of traffic that is within the bounds specified in the SLA. If nonconformant traffic is tolerated in the SP network up to some extent, increasing the ratio of traffic that is complying with specifications in the SLA may lead to unnecessary delaying of packets and may decrease throughput. In this thesis, a shaper, called Delay-Bounded Rate- Adaptive Shaper (DBRAS), is introduced which tries to increase the ratio of traffic that conforms to the SLA while satisfying an upper-bound (Dmax) in the amount of delay it can apply 111to incoming packets (shaping delay). By avoiding unnecessarily large shaping delays, it is shown that throughput is increased. In order to have the shaper to adapt to changes in network topology, traffic, and different propagation de lays, an adjustment algorithm is proposed where the shaper dynamically adjusts its Dmax value in order to increase throughput. The resulting shaper is called Dynamic DBRAS (D-DBRAS). The heuristic adjustment algorithm is greedy in that it adapts the maximum shaping delay in the direction where throughput increases. Results obtained from simulations show that throughput of TCP in AF PHB shaped by D-DBRAS can be increased by up to 65% compared with unshaped traffic. Simulations are performed in order to analyze effects of pa rameters such as propagation delay, buffer threshold levels, and offered traffic on the performance of D-DBRAS. It is also shown through simulations that by using the adjustment algorithm, the maximum shaping delay, Dmax, converges to regimes where throughput increases in response to changes in offered traffic. Keywords: DiffServ, AF PHB, TCP, shaper, delay bound, throughput IV