Split-tcp: Difference between revisions

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== Split-TCP ==
== Split-TCP ==


=== Introduction ===
=== Einführung ===
Ein Konzept mit dem Datenübertragungsraten bei mobilen wireless Ad-Hoc Netzwerken verbessert werden sollen. "Split-TCP" oder "TCP with proxies" wurde an der Universität von Kalifornien Riverside entwickelt und beschreibt die Möglichkeit mit einem neuen "Split-TCP" Protokoll die Effizienz bei mehreren gleichzeitigen Verbindungen zu verbessern und Problemen wie Verbindungsunterdrückung oder unnötigen Aufwand beim Finden einer neuen Route vorzubeugen besonders bei mobilen Netzwerkknoten. Es versteht sich als Weiterentwicklung von TCP. Grob gesehen funktioniert es so wie bei herkömmlichen Proxys. Das sind Zwischenstationen von denen IP-Pakete weiter zum Empfänger gesendet werden.
A protocol concept to improve Data transfer rates over mobile wireless Ad-Hoc networks. "Split-TCP" or "TCP with proxies" was developed at the University of California Riverside and describes the possibility to improve efficiency with more than 2 connections. It reduces the problems of suppression of connectivity and unnecessary efforts in finding new network routes. The protocol is understood as further development of the TCP network protocol. Generally it is a service with proxys installed in the network.


=== Funktionsweise ===
Proxys: are network nodes, a connecting piece, which receive IP-packets from Source and deliver to the destination.
Das Protokoll schreibt vor, das nach einer bestimmten Anzahl von Hops (Verbindungsknoten im Ad-Hoc Netzwerk) ein Proxy sich um die Weitergabe des IP-Paketes kümmert. Der Transport Layer hat jetzt zwei getrennte Aufgaben: Stau Kontrolle und End-To-End-Flusskontrolle.


Die Staukontrolle ist Teil der End-to-End-Kontrolle. Die Datenrate muss somit angepasst sein.
=== current problems of TCP ===
The nodes devide the data bandwidth into unfair pieces. If more than one connection is established at one node, then this connection is preferred, which:
# established first
# sends more data packets per second
# has a shorter way from source.
The effect is a suppression of the first connection, which is as long suppressed as the second one delivers packets and use the bandwidth.


⚫
'''Die Regeln'''
=== How it works ===

The protocol lays down a proxy after a certain number of hops (network nodes).
# Paket wird über normale Hops wie beim TCP Protokoll weitergeleitet.
# Ein Hop wird zum Proxy, wenn IP-Paket schon bestimmte Anzahl Hops durchlief
# Ein Proxy ist nur für eine Verbindung Proxy, sonst gleichzeitig normaler Knoten (Hop)
# Ein Proxy schickt lokale Bestätigung (LACK) zurück an vorhergehenden Proxy oder Quelle.
# Der Proxy ist selbst dann für Weitergabe des Datenpaketes verantwortlich
# Die lokale Bestätigung (LACK) wird nur zum Nachbarproxy versendet, nicht weiter.
# Es wird noch eine Bestätigung (ACK) auf die gleiche Weise vom Ziel zur Quelle zurückversendet
# Das nächste Datenpacket wird mit gleicher Datenrate wie ankommendes LACK gesendet


⚫
'''The rules'''
# A packet through a hop is delivered like in a normal TCP-Packet
# A hop becomes a proxy, when the IP-Packet went through a certain number of hops
# A proxy is a proxy only for one connection. Even when it delivers IP-packet of a second connection, it behaves like a normal hop simultanously.
# A proxy sends a local acknowledgement (LACK) to the previous proxy or source.
# Another Acknowledgement (ACK) is sent from the destination to the source.
# Even the ACK needs a LACK every proxy.
[[Image:LACK3_1.GIF]]
[[Image:LACK3_1.GIF]]
'''the buffer'''
# store every data packet of every connection until it is acknowledged with LACK
# every ACK until delivered.


'''Regeln zum Puffer'''
# Datenpakete, von allen Verbindungen speichern, die noch nicht bestätigt sind.
# Bestätigungen ACK speichern und dann Kopien der Datenpakete löschen
# local congestion window speichert aufgestaute Packete

Die Bestätigung (ACK) von Quelle zum Ziel ist eine End-2-End Kontrolle, die es so bei dem herkömmlichen TCP auch gibt. LACK Bestätigungen sind für die Stau Kontrolle.


=== Probleme von TCP (herkömmlich) ===
link capture effect:
Die Knoten können die Bandbreite von Verbindungen "unfair" aufteilen. Wenn mehrere Verbindung durch einen Knoten gehen, wird die bevorzugt die:
* sich zuerst aufgebaut hat
* mehr Datenpakete durchschickt
* kürzeren Weg zur Quelle hat
Die Wirkung ist eine Unterdrückung von einer 2. Verbindung, die z.B. quer zur 1. Verbindung läuft. Die 2. Verbindung bleibt solange unterbrochen, bis die 1. weniger Datenpackete durchschickt.

=== Ursachen ===
# Mobilität von Knoten: Einzelne Knoten verlieren (auch für kurze Momente) die Verbindung. Dadurch sind lange TCP Sessions häufiger betroffen.
# Das MAC-Protokoll erzwingt die unfaire Aufteilung

=== Effizienz von Split-TCP ===
Es wird ein einer Studie von [1] gezeigt, dass es eine Verbesserung der Performance von rund 10-20 % gibt je nach Auslastung des Netzes und weiteren Faktoren.


=== efficiency ===
== Experiment ==
Versuchsbedingungen:
It was shown, that an improvement of 10% to 20% data transfer rate is possible. This number varies with different settings and data traffic.
* 50 Knoten auf 1 km x 1 km Fläche
* zufällige Wegewahl und Geschwindigkeit 0-10 m/s
* 3 bis 5 simultane Verbindungen


=== eine TCP Verbindung ===
The Split-TCP protocol specially improves connectivity over network with high mobility.The last proxy connected to a fast mobile nod has to handle the situation, not the source far away.
{|
|[[Image:P1vergleich.jpg]]
|zeigt die Gesamtzahl empfangener Pakete im Zeitverlauf. Bei 50 s gab es eine kurze Verbindungsunterbrechung beim 2. Knoten. Bei Split-TCP sind die gespeicherten Pakete vom Proxy und die neuen nach der Unterbrechung sofort übertragen worden.
|}


=== konkurrierende TCP Verbindungen ===
The fairness between TCP sessions is given by adjusting the bandwidth fastly.
{|
|[[Image:P2vergleich.jpg]]
|zeigt Gesamtzahl empfangener Pakete im Zeitverlauf. Bei 250 s gab es einen "link capture effect". Dadurch wartet die 1. Verbindung auf die 2. Verbingung.
|}


=== reference ===
== Referenz ==
[1] http://www.cs.ucr.edu/~krish/splittcp.pdf, University of California, 19.9.2002
* [1] "Departmentof Computer Science and Engineering, University of California, Riverside, CA,92521"
* [[BerlinRoofNet|Berlin Roof Net]]

Latest revision as of 17:42, 25 December 2006

Split-TCP

Einführung

Ein Konzept mit dem Datenübertragungsraten bei mobilen wireless Ad-Hoc Netzwerken verbessert werden sollen. "Split-TCP" oder "TCP with proxies" wurde an der Universität von Kalifornien Riverside entwickelt und beschreibt die Möglichkeit mit einem neuen "Split-TCP" Protokoll die Effizienz bei mehreren gleichzeitigen Verbindungen zu verbessern und Problemen wie Verbindungsunterdrückung oder unnötigen Aufwand beim Finden einer neuen Route vorzubeugen besonders bei mobilen Netzwerkknoten. Es versteht sich als Weiterentwicklung von TCP. Grob gesehen funktioniert es so wie bei herkömmlichen Proxys. Das sind Zwischenstationen von denen IP-Pakete weiter zum Empfänger gesendet werden.

Funktionsweise

Das Protokoll schreibt vor, das nach einer bestimmten Anzahl von Hops (Verbindungsknoten im Ad-Hoc Netzwerk) ein Proxy sich um die Weitergabe des IP-Paketes kümmert. Der Transport Layer hat jetzt zwei getrennte Aufgaben: Stau Kontrolle und End-To-End-Flusskontrolle.

Die Staukontrolle ist Teil der End-to-End-Kontrolle. Die Datenrate muss somit angepasst sein.

Die Regeln

  1. Paket wird über normale Hops wie beim TCP Protokoll weitergeleitet.
  2. Ein Hop wird zum Proxy, wenn IP-Paket schon bestimmte Anzahl Hops durchlief
  3. Ein Proxy ist nur für eine Verbindung Proxy, sonst gleichzeitig normaler Knoten (Hop)
  4. Ein Proxy schickt lokale Bestätigung (LACK) zurück an vorhergehenden Proxy oder Quelle.
  5. Der Proxy ist selbst dann für Weitergabe des Datenpaketes verantwortlich
  6. Die lokale Bestätigung (LACK) wird nur zum Nachbarproxy versendet, nicht weiter.
  7. Es wird noch eine Bestätigung (ACK) auf die gleiche Weise vom Ziel zur Quelle zurückversendet
  8. Das nächste Datenpacket wird mit gleicher Datenrate wie ankommendes LACK gesendet

LACK3 1.GIF

Regeln zum Puffer

  1. Datenpakete, von allen Verbindungen speichern, die noch nicht bestätigt sind.
  2. Bestätigungen ACK speichern und dann Kopien der Datenpakete löschen
  3. local congestion window speichert aufgestaute Packete

Die Bestätigung (ACK) von Quelle zum Ziel ist eine End-2-End Kontrolle, die es so bei dem herkömmlichen TCP auch gibt. LACK Bestätigungen sind für die Stau Kontrolle.


Probleme von TCP (herkömmlich)

link capture effect: Die Knoten können die Bandbreite von Verbindungen "unfair" aufteilen. Wenn mehrere Verbindung durch einen Knoten gehen, wird die bevorzugt die:

  • sich zuerst aufgebaut hat
  • mehr Datenpakete durchschickt
  • kürzeren Weg zur Quelle hat

Die Wirkung ist eine Unterdrückung von einer 2. Verbindung, die z.B. quer zur 1. Verbindung läuft. Die 2. Verbindung bleibt solange unterbrochen, bis die 1. weniger Datenpackete durchschickt.

Ursachen

  1. Mobilität von Knoten: Einzelne Knoten verlieren (auch für kurze Momente) die Verbindung. Dadurch sind lange TCP Sessions häufiger betroffen.
  2. Das MAC-Protokoll erzwingt die unfaire Aufteilung

Effizienz von Split-TCP

Es wird ein einer Studie von [1] gezeigt, dass es eine Verbesserung der Performance von rund 10-20 % gibt je nach Auslastung des Netzes und weiteren Faktoren.

Experiment

Versuchsbedingungen:

  • 50 Knoten auf 1 km x 1 km Fläche
  • zufällige Wegewahl und Geschwindigkeit 0-10 m/s
  • 3 bis 5 simultane Verbindungen

eine TCP Verbindung

P1vergleich.jpg zeigt die Gesamtzahl empfangener Pakete im Zeitverlauf. Bei 50 s gab es eine kurze Verbindungsunterbrechung beim 2. Knoten. Bei Split-TCP sind die gespeicherten Pakete vom Proxy und die neuen nach der Unterbrechung sofort übertragen worden.

konkurrierende TCP Verbindungen

P2vergleich.jpg zeigt Gesamtzahl empfangener Pakete im Zeitverlauf. Bei 250 s gab es einen "link capture effect". Dadurch wartet die 1. Verbindung auf die 2. Verbingung.

Referenz

  • [1] "Departmentof Computer Science and Engineering, University of California, Riverside, CA,92521"
  • Berlin Roof Net
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