[논문]I-TCP를 위한 이동성 지원 라우터에서의 버퍼 오버플로우 방지

김창호; 최학준; 장주욱

I-TCP를 위한 이동성 지원 라우터에서의 버퍼 오버플로우 방지
Prevention of Buffer Overflow in the Mobility Support Router for I-TCP 원문보기

정보과학회논문지. Journal of KIISE. 정보통신, v.31 no.1, 2004년, pp.20 - 26

김창호 (LG전자 연구원) , 최학준 (서강대학교 전자공학) , 장주욱 (서강대학교 전자공학과)

초록
AI-Helper

I-TCP의 이동성 지원 라우터(MSR)의 버퍼가 넘치는 현상을 방지하기 위한 혼잡제어 알고리즘을 제안한다. 무선망 환경에서의 높은 비트 오류율와 잦은 핸드오프로 인해 유ㆍ무선이 혼재된 네트워크에서의 TCP Reno의 혼잡제어 방식은 유선으로만 이루어진 네트워크에서 보다 낮은 전송률을 보인다. 이를 해결하기 위해 하나의 TCP 연결을 유선과 무선부분 각각 두개의 TCP 연결로 나누어 처리하는 I-TCP가 제안되었다. 그러나 무선망의 비트 오류가 과다하게 발생하거나 핸드오프가 빈번하면 이동성 지원 라우터의 버퍼가 넘치는 현상이 발생할 수 있다. 이것은 MSR이 송신자에게 해달 ack를 보낸 패킷(MSR 버퍼에 있는)들이 수신자에게 전송되지 못하는 결과를 초래하여 TCP의 end-to-end semantic를 위반하게 된다. 본 논문에서는 송신자와 MSR 사이에 “흐름 제어” 기법을 도입하여 이동성 지원 라우터의 버퍼가 넘치는 현상을 방지하였다. 송신자와 MSR 사이의 advertised window를 MSR 버퍼의 남은 공간과 연동하여 MSR의 버퍼가 넘치기 전에 MSR로 전송되는 패킷의 양을 조절할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

A congestion control algorithm to prevent buffer overflow in MSR(Mobility Support Router) for I-TCP is proposed. Due to high bit error rate and frequent hand-offs over wireless environment, the current congestion control scheme in TCP Reno over mixed(wired and wireless) network exhibits lower throughput than the throughput achieved over wired only network. I-TCP has been proposed to address this by splitting a TCP connection into two TCP connections over wired section and wireless section, respectively. However, buffer overflow in MSR may occur whenever there are excessive bit errors or frequent hand-offs. This may lead to the loss of packets acked by MSR(resident in buffer) to the sender, but not received by the receiver, breaking TCP end-to-end semantics. In this Paper, a new scheme is proposed to prevent the MSR buffer from overflow by introducing “flow control” between the sender and the MSR. Advertised window for the TCP connection between the sender and the MSR is tied to the remaining MSR buffer space, controlling the flow of packets to the MSR buffer before overflow occurs.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 기존 기법의 단점인 버퍼링 부담을 줄임으로써 전송률을 향상시킬 수 있는 새로운 기법을 제안한다. 또한 이를 기존의 기법들과 비교하는 시뮬레이션을 수행하여 성능 향상을 확인하였다.
본 논문에서는 기존에 제시된 무선망에서의 TCP 전송률 향상 기법들의 장단점에 대해 살펴보고, 단점을 보완하기 위한 기법을 제안하였다.
따라서 이러한 드롭을 예방하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 드롭을 예방하기 위해서 MSR에서 송신 단으로 ACK를 보낼 때 ACK 패킷의 애드버타이즈(Ad vertised) 윈도우 크기를 MSR의 버퍼가 비어있는 크기만큼 수정해서 보냄으로써 송신 단에서 MSR의 비어있는 버퍼 크기만큼의 패킷을 송신하게 하여 MSR에서의버퍼 오버플로를 예방하였다 MSR에서의 버퍼 오버플로는 유선망에서의 패킷 혼잡 때문이 아니므로, MSR에서 미리 애드버타이즈 윈도우의 크기를 줄여서 버퍼에서의 드롭을 예방함으로써 전송률을 증가시키는 것이다. 실제로 본 논문에서는 애드버타이즈 윈도우 크기를 MSR의 비어있는 버퍼 크기로 하여 송신 단에 전송하게 구현하였다.

제안 방법

RTT 와 에러율의 실질적인 감소라는 측면에서 I-TCP가 전송률 향상에 더욱 유리하고, 본 논문에서는 I-TCP의 알고리즘을 사용하되, 그 단점을 보완하기 위한 기법을 사용하였다. I-TCP는 무선 링크에서의 패킷손실률이 커지게 되면 MSR의 버퍼가 넘치게 될 수 있고, 그로 인해 송신 단에서의 전송률이 급격히 감소한다.
TCP의 전송률은 윈도우 크기에 대해서도 제한되기 때문에 윈도우 크기에 따로는 각 기법의 전송률을 시뮬레이션해 보았다. 윈도우 크기를 제외한 나머지 조건들은 앞의 실험과 동일하다.
각 링크는 1Mbps의 대역폭, 100msec의 지연 시간에 3 %의 패킷 손실률을 가지도록 했다. 또한, Wndmax = 28이다.
다음으로 무선 링크에서의 손실률에 따르는 전송률을 시뮬레이션 해 보았다. 시뮬레이션 결과는 그림 12에 나타내었다.
마지막으로 RTT에 따른 각 기법의 전송률을 살펴보았다. 그 결과는 그림 13에 나타내었다.
본 논문에서 제안한 기법의 성능을 확인하기 위하여 시뮬레이션을 통해 구현한 후 실험하였다. 시뮬레이션 도구로는 대표적 TCP/IP 네트워크 시뮬레이션 도구인 버클리 대학의 ns-2 시뮬레이터를 사용하였다[13]
본 논문에서는 이러한 드롭을 예방하기 위해서 MSR에서 송신 단으로 ACK를 보낼 때 ACK 패킷의 애드버타이즈(Ad vertised) 윈도우 크기를 MSR의 버퍼가 비어있는 크기만큼 수정해서 보냄으로써 송신 단에서 MSR의 비어있는 버퍼 크기만큼의 패킷을 송신하게 하여 MSR에서의버퍼 오버플로를 예방하였다 MSR에서의 버퍼 오버플로는 유선망에서의 패킷 혼잡 때문이 아니므로, MSR에서 미리 애드버타이즈 윈도우의 크기를 줄여서 버퍼에서의 드롭을 예방함으로써 전송률을 증가시키는 것이다. 실제로 본 논문에서는 애드버타이즈 윈도우 크기를 MSR의 비어있는 버퍼 크기로 하여 송신 단에 전송하게 구현하였다. 이러한 방법은 전체 TCP 알고리즘을 수정할 필요 없이 MSR에서 ACK 패킷만 조금 수정하게 하면 되므로 구현이 간단하다는 장점이 있다.
I-TCP는 무선 링크에서의 패킷손실률이 커지게 되면 MSR의 버퍼가 넘치게 될 수 있고, 그로 인해 송신 단에서의 전송률이 급격히 감소한다. 이를 방지하기 위해 MSR에서 송신 단으로 ACK를 보낼 때 ACK의 애드버타이즈 윈도우 크기를 MSR의빈 버퍼 공간만큼 정해줌으로써 MSR의 버퍼 넘침을 방지하였다.

대상 데이터

사용한 TCP 버전은 현재 가장 널리 사용되고 있는 TCP Reno 이다.
시뮬레이션 도구로는 대표적 TCP/IP 네트워크 시뮬레이션 도구인 버클리 대학의 ns-2 시뮬레이터를 사용하였다[13]

이론/모형

TCP 전송률의 증가를 위해 본 논문에서는 I-TCP의 알고리즘을 사용한다. 그러나 I-TCP는 앞에서 살펴본 것처럼 무선망에서의 패킷 손실 시 버퍼가 넘칠 수 있는 단점이 있다.

성능/효과

감소하였다. 그러나 전체적으로 전송률 크기를 비교해 보면 제안 기법, 스누프, I-TCP, 기존 TCP 순으로 큼을 알 수 있다. 제안 기법은 MSR의 버퍼가 넘치지는 않았으나, 무선 링크의 손실률이 크면 재전송으로 인해 전송률이 감소하므로 다른 기법들과 마찬가지로 손실률 증가에 따라 전송률이 감소함을 알 수 있다.
그러나, 윈도우 크기가 증가함에 따라 스누프, I-TCP, 제안 기법 모두 기존 TCP 보다 전송률이 큼을 알 수 있다. 스누프와 I-TCP는 전반적으로 비슷한 전송률을 보이고, 제안 기법은 가장 높은 전송률을 보였다.
그러나, 제안한 기법의 경우 무선 링크에서의 패킷 손실이 자주 생겨서 MSR의 버퍼에 데이타가 많이 쌓이게 되도, MSR에서는 비어있는 버퍼의 양만큼의 애드버타이즈 윈도우를 송신 단으로 보내므로 버퍼에 오버플로가 생기지 않고 따라서 송신 단에서의 전송률이 감소하지 않는 것을 알 수 있다. 이는 그림 9에서 확인할 수 있다.
또한 이를 기존의 기법들과 비교하는 시뮬레이션을 수행하여 성능 향상을 확인하였다.
스누프와 I-TCP는 전반적으로 비슷한 전송률을 보이고, 제안 기법은 가장 높은 전송률을 보였다.
그림 10과 같다. 전송된 패킷의 양을 시간에 따라 비교해 보면 스누프와 I-TCP는 기존 TCP보다는 전송률이 높지만 제안하는 기법보다는 낮음을 확인할 수 있다.
그러나 전체적으로 전송률 크기를 비교해 보면 제안 기법, 스누프, I-TCP, 기존 TCP 순으로 큼을 알 수 있다. 제안 기법은 MSR의 버퍼가 넘치지는 않았으나, 무선 링크의 손실률이 크면 재전송으로 인해 전송률이 감소하므로 다른 기법들과 마찬가지로 손실률 증가에 따라 전송률이 감소함을 알 수 있다.
제안 기법의 성능을 확인하기 위해서 시뮬레이션을 수행하였고, 시뮬레이션 결과 제안 기법, 스누프, I-TCP, 기존 TCP 순으로 전송률이 큼을 확인할 수 있었다. 본 논문에서는 하나의 연결에 대해서만 제안 기법을 적용시켰지만 추후로는 단일 MSR 상에서 여러 개의 연결을 관리하는 경우의 버퍼 관리 문제, 연결 관리 문제 등에 대한 연구가 필요하다.

후속연구

본 논문에서는 하나의 연결에 대해서만 제안 기법을 적용시켰지만 추후로는 단일 MSR 상에서 여러 개의 연결을 관리하는 경우의 버퍼 관리 문제, 연결 관리 문제 등에 대한 연구가 필요하다. 그리고, MSR의 버퍼 크기에 따라서 I-TCP와 제안된 기법의 성능 변화에 대한 추가적인 연구와 더불어, 실제적인 구현에 의한 실험이 따라야 할 것이다.
있었다. 본 논문에서는 하나의 연결에 대해서만 제안 기법을 적용시켰지만 추후로는 단일 MSR 상에서 여러 개의 연결을 관리하는 경우의 버퍼 관리 문제, 연결 관리 문제 등에 대한 연구가 필요하다. 그리고, MSR의 버퍼 크기에 따라서 I-TCP와 제안된 기법의 성능 변화에 대한 추가적인 연구와 더불어, 실제적인 구현에 의한 실험이 따라야 할 것이다.

참고문헌 (13)

A. Bakre and B. R. Badrinath, 'I-TCP: Indirect TCP for Mobile Hosts,' Proceedings of the 15th International Conference on Distributed Computing Systems, pp. 136-143, June 1995
H. Balakrishnan, S. Seshan, and R. H. Katz, 'Improving Reliable Transport and Handoff Performance in Cellular Wireless Networks,' ACM Wireless Networks, Dec. 1995

상세보기
J. A. Cobb and P. Agrawal, 'Congestion or Corruption? A Strategy for Efficient Wireless TCP sessions,' IEEE Symposium on Computers and Communications, pp. 262-268, 1995
S. Keshav and S. P. Morgan, 'SMART : Performance with Overload and Random Losses,' Proceedings of IEEE Infocom. 97, April 1997
Kevin Brown and Suresh Singh, 'M-TCP: TCP for Mobile Cellular Networks,' CCR Proceedings, Oct. 1997
V. Jacobson, 'Congestion Avoidance and Control,' ACM SIGCOMM '88, August 1988
W. R. Stevens, 'TCP/IP Illustrated,' Vol. 1, Addison-Wesley, Nov. 1994
H. Balakrishnan, V. N. Padmanabhan, S. Seshan, and Randy Katz, 'A Comparison of Mechanisms for Improving TCP Performance over Wireless Links,' ACM SIGCOMM '96, pp. 256-269, 1996
Nihal K. G. Samaraweera and Godred FairHurst, 'Reinforcement of TCP Error Recovery for Wireless Communication, CCR Proceedings, Oct. 1998
V. Jacobson and R. T. Braden, 'TCP Extensions for Long Delay Paths,' RFC 1072, Oct. 1988
E. Ayanoglu, S. Paul, T. F. LaPorta, K. K. Sabnani, and R. D. Gitlin, 'AIRMAIL : A Link-Layer Protocol for Wireless Networks,' ACM Wireless Networks, Feb. 1995

상세보기
Jitendra Padhye, Victor Firoiu, Don Towsley, and Jim Kurose, 'Modeling TCP Throughput : A Simple Model and its Empirical Validation,' ACM SIGCOMM '98, 1998
Steven McCanne and Sally Floyed, NS(Network Simulator), http://www-mash.cs.berkeley.edu/ns, 1995

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증