Hatékony digitális szökőkút elvű szállítási protokoll fejlesztése

Szerző: 
Solymos Szilárd
Év: 
2014
Szekció: 
Hálózattervezés és -analízis szekció
Helyezés: 
1. helyezés
OTDK éve: 
2015
OTDK szekció: 
Alkalmazott informatika II.
OTDK helyezés: 
OTDK III. helyezés

Napjainkban az Internet forgalmának jelentős része a TCP (Transmission Control Protocol) segítségével kerül átvitelre, amely torlódásszabályozást alkalmaz. A folyamatosan változó hálózati környezetek esetén azonban a TCP által használt torlódásszabályozási mechanizmus nem képes hatékony megoldást nyújtani. Ennek kiküszöbölésére az elmúlt évtizedekben számos TCP verziót fejlesztettek ki [1]. A jelenleg használt TCP verziók a hagyományos torlódásvezérlő algoritmus módosításával képesek kezelni a hálózati erőforrások bizonyos esetekben fellépő alacsony kihasználtságát, és ezáltal megoldást nyújtani néhány meghatározott hálózati környezet esetén. A TCP verziók sokféleségének ugyanakkor az az ára, hogy nem adnak univerzális, optimális megoldást a napjainkban jellemző, folyamatosan változó, heterogén környezetek okozta kihívásokra. Úgy tűnik, hogy kevés remény van arra, hogy a TCP által használt zárt hurkú torlódásszabályozás a jövőben képes lesz univerzális megoldást nyújtani ezekben az esetekben.

Az ehhez a problémához kapcsolódóan elvégzett és jelenleg is folyó kutatások során több javaslat született arra, hogy hogyan lehetne hatékonyabban kihasználni a hálózati erőforrásokat. Egy alternatív megoldás a jövő Internetére nézve az lehet, hogy egyáltalán nem alkalmazunk torlódásszabályozást, és a hálózatban minden entitás esetén maximális sebességgel történik az adatküldés [2]. Ilyen módon lehetségessé válik a hálózati erőforrások teljes mértékű kihasználása. Az adatátvitel során fellépő, főleg csomós jellegű csomagvesztést hatékony hibajavító kódolás segítségével kezelhetjük és ilyen módon történhet az elküldött adatok helyreállítása. Az elmúlt években egy ezen a koncepción alapuló transzport protokollt dolgoztunk ki a Távközlési és Médiainformatikai Tanszéken működő HSN (High Speed Networks) Laboratóriumban. Ez a protokoll DFCP (Digital Fountain based Communication Protocol) néven jelenleg is kutatás és fejlesztés alatt áll [3]. A DFCP-t a Linux kernelben implementáltam, továbbá a protokoll számos teljesítményelemzési vizsgálatát is elvégeztem. A DFCP nem alkalmaz torlódásszabályozást és az átvitel közben történő csomagvesztéseket hatékony hibajavító kódolás alkalmazásával állítja helyre. A protokoll működését különböző hálózati topológiákon teszthálózati mérések és szimulációk segítségével elemezzük. Az eddig elvégzett mérések eredményeit ebben a dolgozatban ismertetem, és ezek azt mutatják, hogy a TCP különböző verzióival összehasonlítva a DFCP számos hálózati beállítás mellett képes azoknál jobb teljesítményt elérni.

A dolgozatban a bevezetést követően áttekintem a jelenleg elterjedten alkalmazott TCP verziókat és az általuk használt torlódásszabályozási algoritmusokat, kitérve azok előnyeire és hátrányaira. Ezután ismertetem az új protokollt megalapozó koncepciót és a protokoll alapvető működését, tulajdonságait. Az utolsó részben pedig először az elvégzett validációs mérések eredményeit mutatom be, majd egy összehasonlító elemzést láthatunk, amelynek során a DFCP teljesítményét különböző, elterjedten használt TCP verziókkal vetem össze. Az elvégzett mérések eredményeit minden esetben részletesen értékelem, végül kitérek a protokollhoz kapcsolódó továbbfejlesztési lehetőségekre.

[1] Molnár Sándor, Sonkoly Balázs, and Trinh Tuan Anh. A Comprehensive TCP Fairness Analysis in High Speed Networks. Computer Communications, 32:1460-1484, August 2009.

[2] David Clark, Scott Shenker, and Aaron Falk. GENI Research Plan. Version 4.5, Global Environment for Network Innovations, April 23 2007. http://groups.geni.net/geni/attachment/wiki/OldGPGDesignDocuments/GDD-06-28.pdf; accessed November 6, 2011.

[3] S. Molnár, Z. Móczár, A. Temesváry, B. Sonkoly, Sz. Solymos, T. Csicsics, “Data Transfer Paradigms for Future Networks: Fountain Coding or Congestion Control?”, Proceedings of the IFIP Networking 2013 Conference, pp. 1-9, New York, NY, USA, 2013.