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버퍼블로트를 가지는 이종 망에서 AQM을 이용한 Multipath TCP 성능 개선
Multipath TCP performance improvement using AQM in heterogeneous networks with bufferbloat 원문보기

한국위성정보통신학회논문지 = Journal of satellite, information and communications, v.12 no.4, 2017년, pp.131 - 140  

현동민 (충남대학교 전파정보통신공학과 데이터통신연구실) ,  장정훈 (충남대학교 전파정보통신공학과 데이터통신연구실) ,  김민섭 (충남대학교 전파정보통신공학과 데이터통신연구실) ,  한기문 (충남대학교 전파정보통신공학과 데이터통신연구실) ,  이재용 (충남대학교 전파정보통신공학과 데이터통신연구실) ,  김병철 (충남대학교 전파정보통신공학과)

초록
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Multipath TCP(MPTCP)는 다중 인터페이스를 이용하여 데이터를 동시에 전송하는 전송계층의 프로토콜이다. MPTCP는 비슷한 특성의 망을 사용하는 네트워크 환경에서는 기존 TCP에 비해 우월한 성능을 보이지만 이종 망을 사용하는 MPTCP의 다중경로 중 특정 경로에서 버퍼블로트 현상이 일어나게 되면 급격한 지연시간의 증가로 인해 느린 경로로 전송 된 패킷이 MPTCP 수신버퍼에 도착하지 않게 되어 다른 경로로 수신한 패킷이 수신버퍼에서 대기하는 Head-of-Line(HoL) blocking 현상을 초래하여 기존 TCP 대비 더욱 악화된 성능을 보이기도 한다. 따라서 본 논문에서는 이러한 버퍼블로트 문제를 해결하기 위해 Active Queue Management(AQM) 기법 중 Adaptive Random Early Detection(ARED), Controlled Delay(CoDel), Proportional Integral Controller Enhanced(PIE)를 네트워크에 적용하여 이종 망에서 MPTCP 성능 개선을 목표로 실험을 진행하였다. 성능 향상을 살펴보기 위해 Linux 기반의 유선 테스트베드를 구축하고 기존 드롭 테일과 AQM을 비교분석하여 AQM 기반의 TCP가 bufferbloat가 있는 다중경로 MPTCP의 성능을 향상시키는 것을 살펴보았다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Multipath TCP (MPTCP) is a transport layer protocol that simultaneously transmits data using multiple interfaces. MPTCP is superior to existing TCP in network environment with homogeneous subflows, but it shows worse performance compared to existing TCP in network environment with bufferbloat. If a ...

주제어

#MPTCP   #Bufferbloat   #AQM   #Heterogeneous network   #Head-of-Line blocking  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 버퍼블로트 문제를 해결하기 위해 제안된AQM(Active Queue Management)을 테스트베드에 적용하여 지연시간이 급격히 증가하는 것을 방지하고 이를 통하여HoL blocking 문제를 해결하고자 하였다[4]. 실험은 버퍼블로트가 발생하는 테스트베드를 설계하고 Round-robin 스케줄러 기반의 MPTCP에 ARED[5], CoDel[6], PIE[7]를 사용하여 처리량, 지연시간을 측정하여 일반적인 드롭 테일의 경우와 비교 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
MPTCP의 문제점은 무엇인가? 현재 MPTCP는 동종 특성을 가지는 다중 경로에서는 기존 TCP보다 향상된 성능과 안정성을 보인다. 하지만 버퍼블로트와 같은 현상으로 인하여 다중 경로의 특성이 상이해질경우, 수신 측에서 다중 경로 간에 전송 시간의 차이로 인해 수신 단 버퍼에서 Head-of-Line(HoL) blocking 현상이 발생한다[2]. MPTCP에서 HoL blocking 현상은 도착하지 않은 패킷으로 인하여 다른 경로의 성능 또한 저하시키기 때문에 기존 TCP보다 저하된 성능을 보인다[3].
SCTP의 문제점은 무엇인가? 다중 경로를 지원하는 프로토콜 중에서 이전에는 전송계층 프로토콜로 SCTP (Stream Control Transport Protoco)가 제안되었지만 기존 TCP를 사용하는 응용계층과의 호환성 문제가 있으며 NAT와 같은 네트워크를 거치면서 주소가 바뀌면 정상적으로 동작하지 않는 문제점이 존재하여 일반적인 사용이 어려웠다. 하지만 MPTCP(Multipath TCP)는 기존 TCP의 옵션 필드를 확장하여 2개 이상의 네트워크 인터페이스를 통해 데이터 송, 수신을 지원하는 전송 계층 프로토콜로 SCTP에서 겪었던 기존 TCP를 사용하는 어플리케이션과의 호환성 문제와 NAT문제가 발생하지 않는 장점을 가진다[1}.
Multipath TCP는 무엇인가? Multipath TCP(MPTCP)는 다중 인터페이스를 이용하여 데이터를 동시에 전송하는 전송계층의 프로토콜이다. MPTCP는 비슷한 특성의 망을 사용하는 네트워크 환경에서는 기존 TCP에 비해 우월한 성능을 보이지만 이종 망을 사용하는 MPTCP의 다중경로 중 특정 경로에서 버퍼블로트 현상이 일어나게 되면 급격한 지연시간의 증가로 인해 느린 경로로 전송 된 패킷이 MPTCP 수신버퍼에 도착하지 않게 되어 다른 경로로 수신한 패킷이 수신버퍼에서 대기하는 Head-of-Line(HoL) blocking 현상을 초래하여 기존 TCP 대비 더욱 악화된 성능을 보이기도 한다.
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참고문헌 (11)

  1. A. Ford, C. Raiciu, M. Handley, and O. Bonaventure, "TCP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses", IETF document RFC 6824, Jan 2013. 

  2. S. C. Nguyen, and T. M. T. Nguyen, "Evaluation of multipath TCP load sharing with coupled congestion control option in heterogenous", IEEE GIIS, Aug 2011. 

  3. M. Scharf, and S. Kiesel, "Head-of-line Blcoking in TCP and SCTP: Analysis and Measurements", IEEE GLOBECOM, pp. 1-5, Nov 2006. 

  4. J. Gettys, and K. Nichols, "Bufferbloat: Dark buffers in the Internet", Communications of the ACM, Vol 55, Issue 1, pp. 57-65, Jan 2012. 

    상세보기 crossref

  5. S. Floyd, R. Gummadi and S. Shenker, "Adaptive RED: An Algorithm for increasing the Robustness of RED's Active Queue Management", http://www.icir.org/floyd/papers/adaptiveRed.pdf, Aug 2001. 

  6. Nichols K, and Jacobsen V, "Controlled delay active queue management", IETF Draft, March 2014. 

  7. R. Pan, P. Natarajan, C. Piglione et al, "PIE: a lightweight control scheme to address the bufferbloat problem", in Proceedings of the IEEE 14th International Conference on High Performance Switching and Routing (HPSR '13), pp. 148-155, July 2013. 

  8. C. Paasch and O. Bonaventure, "Multipath TCP : Decoupled from IP, TCP is at last able to support multihomed hosts", Communications of the ACM, Vol 12, Issue 4, pp. 51-57, Apr 2014. 

  9. S. Floyd and V. Jacobson , "Random Early Detection Gateways for Congestion Avoidance", IEEE/ACM Transactions on Networking, 1(4):397-413, Aug 1993. 

    상세보기 crossref

  10. MultiPath TCP Linux Kernel implementaion, http://mptcp.info.ucl.ac.be/. 

  11. iPerf - The TCP, UDP and SCTP network band width measurement tool, https://iperf.fr/ 

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