Quick Forwarding - Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - Institut ...

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Quick Forwarding - Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - Institut ...

Speeding up Transaction-oriented Communications in the Internet Tobias Küfner, Institut für Telematik, Universität Karlsruhe 1

23. 09. 2004

Mobile Computing und Medienkommunikation im Internet 2004

Speeding up Transaction-oriented

Communications in the Internet

Tobias Küfner, Mark Doll, Götz Lichtwald, Martina Zitterbart

Institut für Telematik, Universität Karlsruhe (TH)

{kuefner|doll|lichtwald|zit}@tm.uka.de


Problemstellung

Gliederung des Vortrags

Anforderungen transaktionsorientierter Kommunikation

Lösung

Ein skalierbares Quick Forwarding Per-Domain Behavior

Evaluation

Sendermodell für transaktionsorientierte Kommunikation

Ausgewählte Simulationsergebnisse

Zusammenfassung

Speeding up Transaction-oriented Communications in the Internet Tobias Küfner, Institut für Telematik, Universität Karlsruhe 2


Kommunikation

Transaktionsorientierte Kommunikation

Client sendet kurze Anfrage.

Server sendet größere Antwort.

Beide senden mit maximaler Rate.

Mittlere Rate relativ gering.

Dienstgüteanforderungen

Hohe Zuverlässigkeit, geringe Verzögerung.

Toleranz von stoßartigem Verkehr.

Beispielanwendungen

Datenbankanfragen

Entfernte Methodenaufrufe

Signalisierung und Middleware

World Wide Web (HTTP)

Client Server

Transaktion

Anfrage

Antwort

Pause

Anfrage

Antwort

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Expedited Forwarding

geringe geringe Verlustrate

geringe geringe Verzögerung

geringer geringer Jitter

„dehnt“ Bursts

Das Quick Forwarding Per-Hop Behavior

Maßnahmen für Quick Forwarding

Quick Forwarding

geringe geringe Verlustrate

geringe geringe Verzögerung

toleriert toleriert Bursts

Separate Warteschlange mit zweithöchster Priorität nach EF

Strikte Verkehrskontrolle mit Token Bucket (R i, B i )

R 1, B 1

R 2, B 2

R n, B n

...

ΣR i, ΣB i

Aggregat

Assured Forwarding

geringe geringe Verlustrate

garantierte garantierte Rate

toleriert toleriert Bursts

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...

n

...

R

B

Domäne 1

Skalierbarkeit von Quick Forwarding

...

n

...

nR

nB

Domäne 2

n 2 R

n 2 B

n 3 R

n 3 B

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...

n

...

Domäne 3


...

n

...

R

B

Domäne 1

Skalierbarkeit von Quick Forwarding

nR

B 1


Lösung

Das Quick Forwarding Per-Domain Behavior

Verkehrsformung mit Token Bucket Shaper (TBS) im Ausgangsrouter:

Konforme Pakete werden sofort weitergeleitet

Nichtkonforme Pakete werden künstlich verzögert bis sie konform sind

R 1, B 1

R 2, B 2

R n, B n

...

Grundlegende Hypothese:

Token Bucket Shaper

R > ΣRi B < ΣBi Domäne Domäne

Unter realistischen Annahmen über die einzelnen Datenströme, kann garantiert

werden, dass nur ein verschwindend geringer Anteil der Transaktionen künstlich

verzögert werden muss, um den verfügbaren Pufferspeicher effizient zu nutzen.

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ON/OFF-Modell für Sender und First-Hop Router

Modellierung transaktionsorientierter Kommunikation

ON/OFF-Quelle für stoßartigen Datenverkehr

Länge der ON-Phase abgeleitet aus Modelle für Datenverkehr im WWW

Länge der OFF-Phase, so dass vereinbarte Rate ausgeschöpft wird

Maximale Rate p

Sender First-Hop Router

Tokenrate R

Buckettiefe B

Mittlere Rate R

Maximale Burstgröße m = B / (1 – R/p)

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Größe eines Webobjekts / einer HTTP-Antwort

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Burstgröße mit Verkehrskontrolle

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Simulationsmodell einer Zugangsdomäne

Pro Sender

R 1 = 900 kb/s

B 1 = 45 kB

10 Quellen

...

10 Mb/s

Reservierter Anteil der Bandbreite für QF: 10%

Auslastung der reservierten Bandbreite: 90%

Vereinfachungen in der Simulation

Zugangsdomäne

100 Mb/s

R 2 = 10 Mb/s

B 2 = 450 kB

Paketverlust nur aufgrund von Warteschlangenüberlauf möglich

Paketverzögerung nur durch Paketierungs- und Wartezeiten

Senke

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Komplementäre kumulierte Häufigkeit in %

Anzahl der verbrauchten Tokens im Shaper

10%-Quantil:

77944 Bytes

1%-Quantil:

124254 Bytes

0,1%-Quantil:

159986 Bytes

Anzahl der verbrauchten Tokens im Token Bucket Shaper

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Komplementäre kumulierte Häufigkeit in %

Einfluss des Shapers auf die Paketverzögerung

Burstverzögerung in Millisekunden

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Komplementäre kumulierte Häufigkeit in %

Einfluss des Shapers auf die Burstverzögerung

Paketverzögerung in Millisekunden

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Komplementäre kumulierte Häufigkeit in %

Einfluss der Pareto-Cutoff-Verteilung (α, k, m)

k = 125 k = 500 k = 1250

Anzahl verbrauchten Tokens im Token Bucket Shaper

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m = 12,5 K m = 50 K m = 125 K


Anzahl der verbrauchten Tokens

Einfluss der Senderanzahl n und der maximalen Rate p

1 %-Quantil 10 %-Quantil

Anzahl der Sender n

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maximale

Rate p

10 Mb/s

100 Mb/s

1 Gb/s


Ziel

Zusammenfassung

Beschleunigung transaktionsorientierter Kommunikation im Internet

Lösung

Skalierbares Per-Domain Behavior für Quick Forwarding

Quick Forwarding

geringe geringe Verlustrate

geringe geringe Verzögerung

Zugangskontrolle

Verkehrskontrolle

Token Token Bucket

Verkehrsformung

Token Token Bucket Shaper

Dienstgüte Skalierbarkeit

Nur eine verschwindend

geringe Anzahl von Transaktionen

muss künstlich verzögert werden, …

… um in den folgenden Domänen

den verfügbaren Speicherplatz

wesentlich effizienter zu nutzen.

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