高速トランスポートアーキテクチャに関する研究

エンドホスト間でデータ系トラヒックを高速に、かつ効率よく転送するための中心技術がトランスポートプロトコルである。特に、近年のネットワークの高速化に伴い、エンドホストにおけるプロトコル処理によるボトルネックも重要な問題となってきている。さらに、ネットワークが拡がりをみせるにつれ、サービスの公平性も重要な課題となってきている。これらの問題は、高速ネットワークにおける輻輳制御と密接な関連を持ち、高速かつ公平なサービスは、単にネットワークの輻輳制御だけでなく、エンドホストの処理能力向上も考慮しつつ、統合化アーキテクチャを構築することによってはじめて実現される。本研究テーマでは、それらの点を考慮した研究に取り組んでいる。

トランスポートプロトコル間の公平性に関する研究

TCP Vegasバージョンは、それ自体は従来のTCPに比べて高スループットを得ることができる。しかし、従来バージョンのTCP (TCP Reno/Tahoe) とTCP Vegasがネットワーク内に混在した環境においては、TCP Vegasのスループットが低下することがあることがこれまでのわれわれの研究結果によって明らかになっている。そこで本研究では、TCP Vegasの輻輳制御方式を改善することにより、TCP Renoとの間の公平性を向上させるTCP Vegas+方式を提案した。TCP Vegas+方式は、ネットワーク内に競合するTCP Renoコネクションが存在するかどうかを推測し、存在すると判断した場合には自身もTCP Renoと同様の輻輳制御方式で動作するというものである。シミュレーションによる提案方式の評価の結果、TCP Vegas+はTCP Vegasの特長を保持しながら、TCP Renoとの公平性を維持できることを明らかにしている。

[関連発表論文]

高速トランスポートプロトコルの公平性確保のためのパケットスケジューリング方式に関する研究

インターネットの商用化やマルチメディアアプリケーションの増加にともない、従来のベストエフォート型サービスだけでなく、ルータにおいてコネクション(フロー)毎に公平に帯域を分配したり、スループットを保証したりするようなサービスも考えられつつある。本研究では、TCPコネクションを対象にし、公平なサービスを保証するためのルータにおけるパケットスケジューリングアルゴリズム (FIFO、RED、DRR、DRR+) に関する検討を行った。まず、以前の研究結果を基に、RED方式の公平性を向上させるためにREDのパケット廃棄率をコネクション毎に設定する方法を提案し、適切なパケット廃棄率を解析的に導出した。さらに、他のコネクションよりも高いスループットを得るためにTCPの輻輳制御方式を改変したmis-behaving flowが存在する場合の評価も行った。検討の結果、RED方式を適用した場合でも、TCPの輻輳制御方式とRED方式によるパケット廃棄アルゴリズムが適合しないために、完全な公平性が維持できないことがわかった。また、DRR方式を用いた場合にも、公平性が劣化することが明らかになった。そのため、RED方式を改善し、パケットロス率をコネクション毎に変更することによって公平性を向上させる方式を提案した。また、提案方式をDRR方式に適用することによってさらに公平性が向上することも明らかにしている。

本研究ではさらに、TCP RenoとTCP Vegas間の公平性を改善するためのルータでのパケット処理方式であるZL-RED (Zombie Listed RED) を提案した。ZL-REDはSREDにおいて提案されているZombie Listを用いて、mis-behavingフローを検出し、そのフローのパケット廃棄率を高く設定することで、フロー間の公平性を向上させるというものである。シミュレーションによるZL-REDの性能評価の結果、TCP のバージョン間の不公平性を大きく改善できることを示し、また、ルータに収容するコネクションが多い場合でも、SREDよりも高い公平性を維持できることを明らかにした。

[関連発表論文]

スケーラブルなソケットバッファ管理に関する研究

ネットワークの輻輳問題に対しては、これまでにも様々な解決策が提案・検討されているが、エンドホストに関してはあまり検討がなされていない。しかし、インターネットユーザの増加に伴うネットワーク回線の急激な増強を考慮すると、エンドホストの高速化・高機能化は重要である。そこで本研究では、TCPによるデータ転送効率とコネクション間における公平性の向上を目的とした、サーバホスト上における新たなバッファ制御方式であるSSBT (Scalable Socket Buffer Tuning) を提案した。SSBT方式においては、送信側端末がまず接続されている各TCPコネクションの平均スループットを解析的に推測し、その値に基づいて各コネクションに割り当てる送信ソケットバッファサイズを決定する。バッファが不足する場合にはMax-Min Fairnessを考慮しつつバッファ割り当てを行う。また、各コネクションのバッファサイズ及びウィンドウサイズの初期値を、WWWトラヒックの特性を考慮して決定した。本研究ではこれらの提案方式の有効性を、コンピュータ上のシミュレーション及び実コンピュータ上に実装しての稼働実験によって検証し、従来方式に比べWebサーバ上のTCPコネクション間の公平性、及びスループットが向上していることを示した。

[関連発表論文]

ルータにおける1000 TCPフローの公平性確保に関する研究

インターネット利用者の急激な増加に伴ってバックボーンルータにおけるフロー数が増加している。その結果、フロー数の多いボトルネックリンクでは、TCPの公平性が悪化することがあるため、TCPの公平性を改善する必要がある。現在、ボトルネックリンクでのTCPの公平性を改善するためにRED (Random Early Detection)ルータを用いるのが有効であると言われている。しかし、フロー数が1000を越えるような場合のREDの評価はこれまで行われていない。そこで、本研究では、まずフロー数が非常に大きい環境におけるREDルータと従来のTD (Tail-Drop) ルータの性能を比較評価した。その結果、コネクション間の公平性の面では、パラメータ設定が適切な条件下では、REDの公平性はTDに対して優れているが、パラメータ設定が不適切な条件下で、REDの性能がTDよりも劣化する場合もあることが明らかになった。このことから、REDの性能を十分に発揮させるためには、パラメータ設定を正しく行うことが重要であると言える。しかし、ルータが収容するコネクション数が多い場合、アクティブフロー数、輻輳状況が大きく変化するため、常に適切なREDのパラメータの設定を行うことは難しく、静的なパラメータ設定では、バックボーンルータで十分に性能を発揮することは困難である。そこで、本研究ではREDのパラメータをルータの輻輳状況に応じて動的に変化させ、ネットワーク状況の変化に対応する動的パラメータ設定方式を提案し、評価を行った。その結果、TD、および既存のRED方式に比べて高い公平性を実現することができることが明らかになった。

[関連発表論文]