Một trong những hạn chế của cơ chế điều khiển tắc nghẽn TCP là khi hoạt động bình thường, tốc độ truyền dẫn tối thiểu của bên phát TCP là một segment cho mỗi RTT. Khi số lượng lớn các kết nối được ghép kênh qua một kết nối băng thông thấp, sự bất lực của TCP để truyền tại tốc độ thấp hơn gây ra lượng mất gói đáng kể và truyền lại timeouts [74]. TCP, với hàm mũ cắt lưng (backing off) nó truyền lại khoảng timeout, trong thực tế, có một cơ chế cho phép nó truyền tại tốc độ thấp hơn một segment cho mỗi RTT. Tuy nhiên, nhờ việc truyền đơn lẻ thành công, TCP thiết lập lại thời gian và trở lại truyền dẫn tại tốc độ tối thiểu một segment cho mỗi RTT. Theo quan điểm tốc độ truyền dẫn, điều này làm cho điều khiển tắc nghẽn TCP tăng theo thuật toán hàm mũ. Nếu một số lượng lớn các kết nối tăng tốc độ truyền của chúng theo cách này, mạng liên tục nhận các luồng bit gây mất gói đáng kể. Một cách để khắc phục vấn đề này chỉ đơn giản là giảm hàm mũ back-off một khoảng khi gói được truyền thành công chứ không phải đặt lại giá trị. Điều này ngăn chặn nguồn tự động nhảy lên tốc độ truyền ngay khi nhận được ACK đơn sau khi truyền lại timeout.
Hình 2.18 cho thấy một thuật toán đơn giản có thể làm được điều đó. Trong trường hợp này, thay vì thiết lập lại khoảng back-off của TCP, nó được giảm đi một nửa. Trong phần còn lại của chương này, biến thể của TCP được gọi là SUBTCP. Tốc độ truyền tối thiểu của TCP cũng trực tiếp quyết định bởi kích thước segment và kích thước cửa sổ tối thiểu đã dùng [15]. Segment nhỏ hơn và kích thước cửa sổ tối thiểu biên dịch thành tốc độ gửi tối thiểu thấp hơn. Ngoài ra, từ phương trình 2.2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
trong Phần 2.2.2, sử dụng kích thước segment nhỏ hơn làm tăng tuyến tính ít tích cực hơn và do đó giảm lượng gói mất.
Hình 2.18 Thuật toán SUBTCP
Hình 2.19 Topo mạng
Để hiểu được những tác động của kích thước segment, kích thước cửa sổ tối thiểu, và SUBTCP sửa đổi tỷ lệ mất gói trong các mạng tắc nghẽn, một số kịch bản trong mạng chỉ ra trong hình 2.19 được khảo sát. Trong mạng này, 100 kết nối đang chạy từ nút n0-n4 thông qua kết nối cổ chai 1.5Mbs giữa nút A và nút B tới nút n5- n9. Đối với hàng đợi RED, maxth được dùng làm thước đo kích thước bộ đệm để cố
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
gắng so sánh công bằng hơn cắt-đuôi và hàng đợi RED. Kích thước hàng đợi thực tế được đặt là (1,2*maxth) trong khi minth được đặt là (0,25*maxth). Đối với hầu hết các thí nghiệm trong phần này, phát hiện sớm được thực hiện tiêu cực bởi việc đặt maxp bằng 0,016 để cô lập các tác động sửa đổi hiệu suất máy chủ cuối. Hình 2.20(a) cho thấy tỷ lệ mất gói quan sát bởi TCP và SUBTCP cho các kích cỡ segment khác nhau và cửa sổ ban đầu.
Hình 2.20 cho thấy, việc sử dụng kích thước segment nhỏ hơn 500 byte cải thiện đáng kể tỷ lệ mất gói so với việc sử dụng kích thước segment lớn hơn 1.000 byte. Ngoài ra, hình vẽ cũng cho thấy rằng các sửa đổi SUBTCP có tác động rất khiêm tốn tới tỷ lệ mất gói. Cuối cùng, tăng gấp đôi cửa sổ tối thiểu của TCP dẫn đến sự gia tăng đáng kể lượng gói mất được quan sát. Để hiểu rõ hơn về các thí nghiệm ở trên, biểu đồ chiều dài hàng đợi của kết nối cổ chai cho các thí nghiệm khác nhau được thực hiện. Hình 2.20(b) cho thấy biểu đồ chiều dài hàng đợi của thí nghiệm bằng cách sử dụng TCP với hàng đợi RED-ECN1. Giá trị maxth được sử dụng trong thí nghiệm là 80KB. Hình vẽ cho thấy rằng hàng đợi đầy lên nhanh chóng ngay sau khi thông báo tắc nghẽn dừng việc phân phối. Điều này là do thực tế TCP nhanh chóng đạt được tốc độ truyền khi gửi thành công các segment, gây ra biến động lớn tới chiều dài hàng đợi kém hơn cơ chế phát hiện sớm và gây mất gói.
1
Biểu đồ chiều dài hàng đợi của TCP bình thường thông qua RED bình thường cho thấy kết quả tương tự như hình 2.3(b).
(a) Tỷ lệ mất gói (b) Đồ thị hàng đợi của TCP với RED-ECN
Hình 2.20 Tốc độ gửi tối thiểu và hiệu suất của TCP
Hình 2.21(a) cho thấy biểu đồ chiều dài hàng đợi bằng cách sử dụng kích thước segment nhỏ hơn và SUBTCP sửa đổi . Như hình vẽ cho thấy, các sửa đổi làm chậm sự tăng tốc độ truyền của các kết nối riêng lẻ và do đó giúp giảm lượng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
biến động hàng đợi và mất gói. Lưu ý rằng SUBTCP sửa đổi đơn thuần không đủ để cho phép phát hiện sớm làm việc. Một trong những lý do tại sao khi SUBTCP có thể làm giảm tốc độ gửi tối thiểu của nguồn, nó vẫn cho phép tăng tốc độ gửi theo cấp số nhân. Như vậy lưu lượng dễ dàng đánh bại phát hiện sớm làm mất gói xảy ra. Sự sửa đổi bổ sung mà địa chỉ này được mô tả trong phần 2.2.3.2.
Hình 2.21(b) cho thấy biểu đồ chiều dài hàng đợi TCP bình thường thông qua RED-ECN sử dụng cửa sổ tối thiểu là hai segment. Như thể hiện trong đồ thị, sử dụng cửa sổ tối thiểu lớn đánh bại các cơ chế phát hiện sớm của RED cũng như cơ chế điều khiển tắc nghẽn TCP. Vì vậy, trong khi cửa sổ tối thiểu lớn có thể được mong đợi trong các mạng không tải nơi nó có thể làm giảm chuyển giao độ trễ đáng kể, nó phải được dùng cẩn thận hoặc không dùng khi mạng bị tắc nghẽn.
(a) SUBTCP với MSS=500 (b) TCP với cwndmin=2
Hình 2.21 Đồ thị hàng đợi để giảm kích thước segment và tăng kích thước cửa sổ