Combaterea congestiei cu algoritmul Adaptive RED

1
Combaterea congestiei cu algoritmul Adaptive RED
Facultatea de Electronica,Telecomunicatii si
Tehnologia Informatiei Universitatea
POLITEHNICA din Bucuresti

• Coordonator stiintific
• Conf. Dr. Ing. Stefan Stancescu

• Absolvent
• Truica Marius

2
Cuprins

• Introducere
• Congestia in retelele de comunicatie
• Combaterea congestiei
• Metode de prevenire a congestiei
• Algoritmul RED (Random Early Detection)
• Algoritmul Adaptive RED
• Rezultatele simularilor si interpretari
• Concluzii

3
Introducere

• Ce este o retea de calculatoare?
• -o retea de calculatoare este o colectie
  de calculatoare autonome interconectate folosind
  o singura tehnologie. Spunem despre 2
  calculatoare ca sunt interconectate daca sunt
  capabile sa schimbe informatie între ele.
  Retelele pot fi de dimensiuni,tipuri si forme
  diferite.
• Clasificarea retelelor in functie de tehnologia
  de transmisia folosita
• 1. Retele cu fir
• 2. Retele wireless
• Clasificarea retelelor in functie de dimensiune
• 1. Retea locala
• 2. Retea metropolitana
• 3. Retea larg raspandita geografic
• Clasificarea retelelor dupa topologia fizica
• 1. Retele de tip magistrala
• 2. Retele de tip stea
• 3. Retele de tip inel
• 4. Retele de tip arbore

4
Congestia in retelele de comunicatii

• Congestia apare odata cu supraîncarcarea
  retelelor, definitiile congestiei se concentreaza
  asupra comportamentului retelelor la încarcari
  mari sau foarte mari. Supraîncarcarea resurselor
  apare atunci când pe o legatura se doreste a fi
  transmis un volum de date mai mare decât
  capacitatea sa. În prezent congestia este
  semnalata pe retele prin detectia pierderilor de
  pachete ca rezultat al asteptarii în coada ce
  depaseste o anumita limita.
• Odata cu aparitia congestiei apar 3 fenomene
• - întârzierea datorata cozilor de
  asteptare
• - pierderea de pachete
• - Traficul este dominat de retransmisii
  care duc la scaderi ale latimii de banda

În cadrul unei retele congestionate pe masura ce
numarul de pachete care ajunge in coada
gateway-ul creste, creste si numarul de pachete
aruncate.
5
Combaterea congestiei

• Congestia în retelele de calculatoare trebuie
  descoperita si combatuta înca dintr-o faza
  incipienta , pentru a nu avea o coada
  supraîncarcata la iesire, lucru care ar duce pana
  la urma la blocarea întregii retele. Obiectivele
  pe care trebuie sa le avem în cazul în care ne
  confruntam cu o retea congestionata sunt
• Un nivel al cozii medii cât mai mic
• Întârzieri cât mai mici în retea
• Viteza de transmisie a informatiei mare
• Obtinerea unei rate de transfer cât mai mare
• Evitarea sincronizarii globale care duce la
  nefolosirea eficienta a latimii de banda

6
Metode de prevenire a congestiei

• TCP este orientat spre o strategie de control a
  congestiei, contrar unei alte variante posibile,
  si anume de evitare a congestiei. Altfel spus,
  TCP are nevoie, pentru a determina largimea de
  banda disponibila pentru conexiune, sa creeze
  pierderi de pachete valide care ulterior vor fi
  retransmise.
• Mecanismul de evitare a congestiei consta din
  modalitati de "prezicere" a momentului în care se
  poate produce congestia si apoi folosirea unor
  mecanisme de reducere a ratei de transmitere a
  pachetelor. Si toate acestea inainte sa înceapa
  eliminarea (pierderea) pachetelor de date.
• Algoritmi de prevenire a congestiei
• Algoritmul DECbit
• Algoritmul RED (Random Early Detection)
  

7
Algoritmul RED

• Algoritmul RED mai este cunoscut si sub denumirea
  de Random Early Discard sau Random Early Drop.
  Acest algoritm functioneaza la nivelul
  router-ului.
• Ideea de baza a algoritmului RED ( Random Early
  Detection ) este de a anunta sursele de o
  congestie prin marcarea si aruncarea unor pachete
  înainte ca fenomenul de congestie sa apara.
  Pentru aceasta, RED se bazeaza pe controlarea
  dimensiunii medii a cozii, incadrând-o intre doua
  praguri minth si maxth.
• Dimensiunea medie a cozii se calculeaza cu
  urmatoarea formula
• avg(1-wq)avgwqq

8
Algoritmul RED

• Algoritmul RED generalizat este prezentat mai jos

Pentru fiecare pachet primit se calculeaza
dimensiunea medie a cozii avg daca minth
avg lt maxth se calculeaza probabilitatea pa cu
probabilitatea pa marcheaza pachetul
primit altfel daca maxth avg marcheaza pachetul
primit
pb ? maxp(avg-minth)/(maxth-minth) pa ?
pb/(1-contpb)
9
Algoritmul Adaptive RED

• Algoritmul RED are câteva puncte slabe cum ar fi
• RED nu functioneaza bine atunci când dimensiunea
  medie a cozii depaseste pragul maxth rezultând o
  scadere a ratei de transfer si o rata mare de
  aruncare a pachetelor.
• Dimensiunea medie a cozii variaza în functie de
  nivelul de congestie si poate ajunge foarte
  aprope de minth sau maxth.
• Scopul nostru este de a rezolva aceste probleme
  cu un minim de modificari asupra algoritmului
  RED.
• Aceasta propunere pastreaza structura de baza a
  algoritmului RED si regleaza doar parametrul maxp
  pentru a mentine dimensiunea cozii între
  pragurile minth si maxth.
• Varianta propusa are o serie de îmbunatatiri fata
  de RED fara a renunta la alte beneficii ale
  acestuia. Astfel Adaptive RED reduce rata de
  aruncare a pachetelor si intârzierile datorate
  cozii de asteptare.

10
Algoritmul Adaptive RED

• Algoritmul Adaptive RED este prezentat mai jos
• La fiecare interval de secunde
• if (avggttarget and maxp0.5)
• incrementam maxp
• maxp?maxpa
• elseif (avglttarget and maxp0.01 )
• decrementam maxp
• maxp?maxpß
• Variabile
• Avgdimensiunea medie a cozii
• Parametri fixati
• interval0.5 sec
• target acest parametru este pentru avg
• minth0.4(maxth-minth),minth0.6(max
  th-minth).
• afactor de incrementare
• ßfactor de decrementare

11
Network Simulator

• Network Simulator 2 (NS) a aparut in anul 1989,ca
  o varianta a simulatorului de retele REAL
  (simulator conceput initial in scopul analizei
  comportamentului dinamic al fluxurilor si al
  schemelor de control al congestiei).
• NS 2 este disponibil pentru diferite platforme
  cum ar fi Linux, Solaris, FreeBSD.
• Este un simulator orientat pe obiecte,scris in
  C,cu o interfata facuta de un interpretor OTcl.
• NS foloseste 2 limbaje de programare
• C
• Otcl
• Topologia utilizata

12
Rezultatele simularilor
RED cu cresterea congestiei
13
Rezultatele simularilor
Adaptive RED cu cresterea congestiei
14
Rezultatele simularilor
Pana in secunda 25
Algoritm Agregate per-link drops() Agregate per-link throughput() Dimensiunea cozii (bytes)
RED 0.904 41.06 5075.008
Adaptive RED 0.695 45.45 5279.789
Dupa secunda 25
Algoritm Agregate per-link drops () Agregate per link througput () Dimensiunea cozii (bytes)
RED 8.508 90.2 6746.156
Adaptive RED 8.24 91.76 6267.121
15
Rezultatele simularilor
RED cu scaderea congestiei
16
Rezultate simulari
Adaptive RED cu scaderea congestiei
17
Rezultatele simularilor
Pana in secunda 25
Algoritm Agregate per-link drops() Agregate per-link throughput() Dimensiunea cozii (bytes)
RED 13.69 49.22 8314.68
Adaptive RED 13.15 49.13 6321.987
Dupa secunda 25
Algoritm Agregate per-link drops () Agregate per link througput () Dimensiunea cozii (bytes)
RED 7.11 93.13 6374.787
Adaptive RED 6.88 94.01 5764.476
18
Concluzii

• Detec?ia aleatoare timpurie (RED) reprezinta un
  mecanism eficient pentru evitarea congestiei la
  nivelul gateway-ului, în colaborare cu protocolul
  de transport din re?ea.
• Aceasta varianta propusa are o serie de
  îmbunatatiri fata de RED fara a renunta la alte
  beneficii ale acestuia. Acest lucru nu duce doar
  la o întârziere medie predictibila a cozii, dar
  minimizeaza de asemenea posibilitatea depasirii
  pragului maxth , reduce rata de pierderi a
  pachetelor si întârzierile datorate cozii de
  asteptare.
• Acest algoritm pare promitator,dar nu facem
  nicio afirmatie cum ca acest algoritm este
  singurul sau cel mai bun însa ar putea fi
  utilizat în condtii de siguranta în implementari
  RED în Internet.

19

• V? MULTUMESC!