본 논문에서는 다양한 망 환경에서 SCTP 및 TCP 프로토콜의 전송처리율(throughput) 성능을 비교 분석한다. 실험을 위해 리눅스 테스트베드를 구축하고 성능측정 변수로써 MSS(Maximum Segment Size), 전송지연, 패킷 손실률을 고려하였다. 또한, SCTP 세션의 스트림(stream) 수가 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 실험 결과, 동일한 망 환경에서 SCTP는 TCP에 비해 $20%{\sim}50%$ 정도의 높은 처리율을 제공하는데 이는 SCTP의 고유특성인 청크번들링(chunk bundling), 2 MTU로 시작하는 혼잡윈도우, SACK 기반 오류제어 등에서 기인한다. 한편, 패킷 손실이 존재하는 망에서 SCTP는 멀티스트리밍(multi-streaming) 전송을 통해 HoLB(Head-of-Line Blocking) 현상을 효과적으로 방지할 수 있음을 확인하였다.
오늘날 인터넷 환경에서의 망은 유무선의 환경이 통합된 하나의 망으로 달수 있다. 일반적인 TCP에서는 무선망에서의 핸드오프나 비트오류 등으로 인한 패킷 손실이 발생하는 경우에도 흔잡제어 알고리즘으로 손실된 패킷을 복구하게 되며 이러한 복구는 혼잡윈도우를 줄이게 됨으로 인해 현저히 TCP의 처리량을 감소시키게 된다. 본 논문에서는 유무선이 통합된 망에서 데이터 전송 효율을 높일 수 있는 알고리즘을 제시하고자 한다. 이 알고리즘에서는 홈서버를 사용하여 무선망에서 발생한 패킷 손실이 종단간의 재전송이 아닌 홈서버에서 지역 재전송을 함으로써 유무선망의 부하를 줄이고 흔잡제어 알고리즘이 실행되는 것을 방지하여 TCP의 성능향상을 가져올 수 있으며 캐쉬메모리에 재전송 패킷을 보관하여 재전송함으로써 보다 빠른 재전송효과를 얻을 수 있다.
현재 초고속 인터넷 사용자가 급증하고 있고, 광대역 네트워크 인프라의 구축이 늘어나고 있다. 하지만, 지금 사용하고 있는 TCP 혼잡 제어 알고리즘은 협대역 네트워크 환경에 적합하여, 광대역 네트워크의 트래픽 전송에 있어서 효율성이 낯은 상태이다. 이런 문제점을 개선하기 위해 광대역 네트워크에 적합하도록 개선된 혼잡 제어 알고리즘을 적용한 TCP가 요구되고 있다. 본 논문에서는 광대역 네트워크를 충분히 활용할 수 있도록 개선된 TCP 혼잡 제어 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 수신측에서 송신측에 보내는 ACK 정보 및 RTT 변화와 특성을 이용하여 가용한 대역폭을 예측함으로써 가용한 혼잡 윈도우 크기를 조정하고 대량의 패킷 손실을 최소화한다. 또한, 혼잡 회피 단계에서의 기존 TCP 알고리즘을 개선함으로써 가용한 대역폭을 빠르게 활용할 수 있도록 한다. 본 논문에서는 제안된 알고리즘 성능을 평가하기 위하여 ns-2를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 시뮬레이션 결과 광대역 네트워크 환경에서 제안된 알고리즘이 기존 $HSTCP^{[2]}$보다 전송률이 향상되어 가용 대역폭 활용률을 높였을 뿐만 아니라 공정성과 RTT 공정성도 개선하였음을 보였다.
ECN 방법은 통신 혼잡 발생 초기에 이 사실을 명백히 알려주기 때문에 통신 혼잡을 판단하는 정확한 방법이다. 그래서, 무선 TCP 분야에서는 ECN 방법이 심도 있게 연구되고 있다. 본 논문은 ECN 마킹을 위한 최적의 임계치(threshold)를 찾는 계산식을 제시하고, ECN 전략을 적용하는 TCP의 페트리 넷 모형을 구축한 다음, 시뮬레이션을 통하여 제시된 식의 타당성을 검증한다. 또한, 제시된 식의 실용화 방안도 제안한다. 본 논문의 주된 공헌은 ECN 마킹을 위한 최적의 임계치를 찾는 공식을 제공하는 것이지만, 본 논문에 소개된 ECN 전략을 적용한 TCP의 페트리 넷 모형도 네트워크 프로토콜을 연구하는 학자에게 도움을 주리라고 믿는다. 소개된 페트리 넷 모형은 기존의 TCP 모형에 ECN 전략을 추가하기 위하여 네트워크 부분을 주로 변형하였으며, 송신자와 수신자도 역시 변형되었다.
본 논문에서는 고속 프로토타입 TCP 트래픽 제어 프레임워크를 TCP 기반의 신뢰할 수 있는 전송 및 윈도우 기반 혼잡제어로 확대한다. TCP의 소요 대역폭 응답의 적극성을 LTS(large time scale) 네트워크 상태의 함수 형태, 즉 RTT(round-trip time)가 결정한 피드백 루프의 한계를 넘어서는 정보의 형태로 조정하는 LTS 모듈과 TCP를 연계시키는 방법으로 수행한다. 특히, TCP 트래픽의 ACK를 지연시키는 메커니즘을 제시하고, 제어된 ACK 흐름은 TCP 활동의 트래픽 특성을 비교 평가한다. 링크 사용 또는 버퍼 점유에 대한 정보를 사용함으로서 혼잡 제어에 대한 ACK 지연을 통보할 수 있고, ACK 지연 메커니즘을 다양한 네트워크 노드에서 구현된다. 본 논문에서는 이러한 혼잡 제어를 통한 연결의 공정성 뿐 아니라 고속 TCP 프로토타입이 패킷 손실을 보다 효과적으로 줄이며, 시뮬레이션 결과를 통해 요구된 버퍼 크기에 대한 처리량이 뛰어남을 입증하였다.
데이터센터 네트워크의 자원을 효율적으로 활용하여 플로우들의 지연시간을 줄이기 위해서는 플로우 단위의 스케줄링보다는 패킷단위의 스케줄링이 적합하다. 따라서 최근에는 데이터센터 네트워크의 다중경로를 활용하여 패킷단위로 스케줄링을 수행하는 방식이 많이 제안되었다. 그러나 이로 인해 발생하는 순서 바뀐 패킷들이 표준 TCP 성능에 미치는 부정적인 영향을 줄이기 위해, 대부분의 방식들은 TCP 아래 계층에서 순서를 다시 맞추는 등의 보완방안을 필요로 한다. 본 논문에서는 데이터센터 네트워크의 대표적인 전송계층 프로토콜인 DCTCP가 다중경로상의 패킷단위 분산과 함께 사용될 때 어떤 성능을 보이는지 모의실험을 통해 조사한다. 모의실험 결과는 DCTCP가 큐의 길이를 짧게 유지할 수 있지만 혼잡신호에 따라 혼잡윈도우를 줄이는 방식 때문에 오히려 공평성 등의 측면에서는 기존 TCP보다도 낮은 성능을 가짐을 보여준다.
현재 인터넷에서 사용되고 있는 TCP 방식은 많은 논문들에 의해 제안과 수정을 통해 그 성능이 개선되어 있다. 본 논문에서는 현재 사용중이거나 제안된 Tahoe. Reno. New-Reno, Vegas 및 SACK(Selective Ack) 알고리즘의 성능을 비교하였다. Tahoe는 최초에 제안되어 현재 광범위하게 사용되고 있는 알고리즘이며, Reno는 한 윈도우 내에 하나의 패킷 손실이 발생한 경우에는 최적의 성능을 발휘하지만, 한 윈도우 내에 다수의 패킷 손실이 발생한 경우에는 재전송 타이머의 타임아웃으로만 패킷 복구가 가능하여 그 성능이 다른 알고리즘에 비해 저하된다. New-Reno는 Reno의 이러한 문제점을 개선한 것으로 한 RTT(Round-Trip-Time)내에 다수의 패킷 복구가 가능하지만 불필요한 재전송의 문제가 존재한다. SACK는 위와 같은 모든 문제점을 해결하였으며 bandwidth delay product가 큰 위성망에서 사용이 제안되고 있다. TCP Vegas는 송신기가 경로상의 대역폭을 판단하여 윈도우의 크기를 알맞게 조절하는 방식으로 망 혼잡이 큰 경우를 제외하고는 성능면에서 Reno의 비해 40∼70%가 개선된다.
In this paper, we propose a window-based congestion control algorithm to achieve a fair sharing of the available bandwidth in ECN capable heterogeneous TCP networks with a single bottleneck link. The proposed algorithm is based on extracting the network status from the successive binary congestion information provided by ECN. From the explicit network information, we estimate the fair window size proportional to the propagation delay. Through simulations, the effect and performance of the proposed algorithm are shown for the heterogeneous networks.
유선망과는 달리 무선망은 폐이딩(fading), 잡음, 간섭 등에 의해 상대적으로 높은 에러율을 보인다. 이러한 무선망에서 TCP를 적용할 경우, 무선망에서의 비트 에러에 의한 패킷 손실도 혼잡으로 간주하여 송신 윈도우를 줄임으로써 비효율적인 특성을 보인다. 이러한 무선 환경에서 기존TCP의 성능을 향상시키기 위해 1-TCP, M-TCP, snoop등 다양한 기법들이 연구되고 있는데, 그 중에서 snoop은 양단간의 의미를 유지하면서도 효율적인 기법으로 널리 알려져 있다 그러나, Snoop은 무선망에서 많은 패킷이 손실되는 경우에는 비효율적인데, 본 논문에서는 snoop을 개선하여 에러율이 높은 무선망 환경에서 효과적인 성능을 발휘하는 fast Snoop 기법을 제안한다 제안된 알고리즘을 시뮬레이션을 통해 기존의 Snoop과 비교하여 성능 개선 효과를 확인 하였다.
인지무선네트워크 (Cognitive Radio Networks) 환경에서 스펙트럼의 원소유주인 1차사용자가 전송을 개시하는 경우, 같은 채널을 사용하는 2차사용자의 TCP (Transmission Control Protocol) 는 전송 불능 상태가 되어 심각한 성능저하가 발생한다. 이러한 성능저하는 1차사용자의 등장으로 인해 채널이 사용 불가능 해지는 상태를 패킷 손실로 판단하여 재전송 타임아웃이 발생하기 때문에 발생된다. 우리는 이 문제를 링크 또는 물리 계층 (하위계층) 과 TCP간의 크로스레이어링을 통하여 해결하고자 한다. 하위 계층은 1차사용자의 전송이 감지되면, 이를 TCP에게 시그널링하고, TCP는 이를 통해 재전송 타이머와 혼잡 윈도우를 고정시키고, 패킷 전송을 중단하도록 한다. 또, 하위계층이 가용 채널을 감지하게 되면, 재차 TCP에게 시그널링을 함으로써, 전송이 신속하게 재개되도록 한다. 제안하는 방법은 실제 USRP(Universal Software Radio Peripheral)에 구현하여 성능의 향상을 검증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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