Soluções Alternativas de Escalonamento e Gerenciamento de Caminhos para o MPTCP.

Abstract

O MultiPath TCP (MPTCP) é um conjunto de extensões para o protocolo TCP que viabiliza a transmissão confiável sobre múltiplos caminhos fim-a-fim entre cliente e servidor na Internet. Dois benefícios são imediatamente obtidos com o protocolo: i) o aumento da vazão fim-a-fim através da agregação da transmissão por múltiplos sub-fluxos TCP; ii) maior tolerância a falhas de comunicação, uma vez que, na indisponibilidade de um sub-fluxo, há um ou mais sub-fluxos ativos. Neste trabalho, investigamos experimentalmente dois mecanismos internos do MPTCP: escalonamento de pacotes, que determina a escolha do sub-fluxo no momento da transmissão; gerenciamento de caminhos, que determina a forma como os sub-fluxos são estabelecidos. Identificamos problemas de desempenho envolvidos em cada um desses mecanismos e propomos soluções alternativas. O primeiro problema é resultante do escalonamento padrão do MPTCP, Lowest Latency (LL), cujo critério de escolha de sub-fluxo de envio é definido exclusivamente pela menor estimativa dos tempos observados de ida e volta dos pacotes, podendo levar a decisões inconsistentes quando sub-fluxos estão sob perda de pacotes em caminhos congestionados.Em contrapartida ao LL, foi proposto e implementado três escalonadores alternativos – Largest Window Space (LWS), Lowest Time/Space (LTS) e Highest Sending Rate (HSR), que utilizam parâmetros mais confiáveis para construir critérios de decisão mais consistentes. O segundo problema está envolvido com o gerenciador de caminhos padrão do MPTCP, denominado Full-mesh, que estabelece um número excessivo de sub-fluxos, gerando concorrência entre próprios sub-fluxos que compartilham um mesmo caminho fim-a-fim e, consequentemente, limitando a vazão fim-a-fim. Para solucionar esse problema, foi proposto e implementado um novo gerenciador de caminhos – Single-mesh, que é capaz de mitigar o congestionamento intercaminho, aumentando a taxa de transmissão dos sub-fluxos em caminhos não congestionados. Um ambiente experimental foi implantado em laboratório e, então, projetado e realizado experimentos exaustivos para avaliar as soluções propostas. Em grande parte dos experimentos, foram obtidos resultados satisfatórios, de melhor desempenho, ao comparar as soluções propostas com as soluções padrão existentes no MPTCP. Em caminhos de capacidades heterogêneas e maiores taxas de perda de pacotes, as soluções alternativas de escalonamento proporcionaram ganhos de até 7% na vazão fim-a-fim em comparação ao LL, inclusive sobre diferentes mecanismos de controle de congestionamento do MPTCP. O gerenciamento de Single-mesh mostrou ser eficiente para alguns controles de congestionamento, obtendo mais que o dobro na vazão de Full-mesh sobre caminhos de capacidade heterogênea não congestionados.