卒 業 論 文 概 要 書 2010 年 2 月提出 学 科 名 コンピュータ・ ネットワーク工学科 研 究 氏名 高田 綾香 学籍番号 1G05R110 – 9 CD 後藤 滋樹 印 教 員 TCP コネクションの分割によるスループットの向上 題 目 概要 1 指 導 式 2 によりウィンドウサイズを大きくするか、RTT を 小さくさせればいいことがわかる。式 1 は参考文献 [2] よ TCP は現在のインターネット通信において重要な基本 り引用した。 技術のひとつであり、つねに改良が求められている。と くに通信の高速化技術がすでに幾つか考案され、数多く の論文が発表されている。論文の中には、送受信ノード 以外に中継ノードを用いてコネクションを分割して、RTT を小さくすることでスループットを向上させる TCP 分割 手法という技術が提案されている。この手法で問題とな 3 3.1 TCP 分割手法 TCP コネクションの分割 処理のオーバーヘッドに関した検討はまだ行われていな TCP 分割手法は中継ノードごとに TCP を終端し、コネ クションを複数に分割することで分割されたコネクショ ン毎にパケットを中継しながら図 1 のようにデータ転送 い。本論文は処理時間と中継ノードにおけるオーバーヘッ を行う。 ドを検討し、TCP 分割手法の改良がどの程度有効である 中継ノードは受信ノードの代わりに確認応答を返す。ま かを検討する。 た、中継ノードは送信ノード、もしくは別の中継ノード るのは適切な中継ノードを選定する処理である。ただし から受け取り中継したパケットを自身が送ったパケット に対する確認応答がくるまで保存 (バッファリング) して TCP のスループット向上 2 2.1 おく。もし送ったパケットが到達しなかったときには送 TCP のスループット向上法 信ノードのかわりに再送することもできる。 インターネットにおいて距離は伝搬遅延の原因となる。 よって長距離通信の遅延が大きくなってしまうことはき わめて明示的な事柄である。しかし、現在の主流である ベストエフォート型の高速インターネット接続サービス では、たとえ同じ地域内であったとしても 10 ミリ∼20 ミ リ秒の遅延が生じることは珍しくない。よって TCP の高 速化技術は長距離通信だけの問題にとどまらない。 2.2 TCP スループット向上法の問題点 TCP で高いスループットを達成する上でもっとも問題 になるのは帯域遅延積 (BDP: Bandwidth Delay Product) で 図 1: TCP 分割手法 ある。帯域遅延積とは、データ帯域を bandwith、往復遅 延時間を RTT 、ウィンドウサイズを WindowSize としたと きに以下のように表される式のことである。 W indowSize[bits] = bandwidth[bits/sec] ∗ RT T [sec] 3.2 中継ノードの選定 TCP 分割法を実装するときに問題となるのは分割に使 用する中継ノードの選定である。具体的な選定手順とし (1) データ帯域＝スループット (Throughput) なので、この 式 1 よりリンク間のスループットは以下のように表わさ ては閾値を設けた深さ優先探索で送信ノードからノード れる。 ク RTT を閾値として次のルートを探索する。この処理を W indowSize[bits] T hroughput[bits/sec] = RT T [sec] 間リンクの RTT が閾値より小さいノードを受信ノードに たどり着くまで選んでいく。探索したルートのボトルネッ 繰り返す。 (2) 3.3 TCP 分割手法の問題 4.4 実験 3 の結果と考察 従来の実験では、長距離の範囲での実験しかしておら 図 3 より上限 2∼6 個の時は 0.6 倍、1 個の時は 0.8 倍 ず、極狭い範囲内での手法の有効性については未検討で にまで性能向上率が落ち込み、7 個の時がもっとも小さい ある。また、最小ボトルネックをもつルートが複数存在す ことがわかった。また、最小ボトルネックルートはほと ることがある。その中でもっとも中継ノード数が少ない んどの場合、余分な中継ノード数を用いていることがわ ルートが探索されるとは限らない。中継ノードを多用す かった。 るとバッファリングによる弊害が起きやすくなってしま う。できるだけ中継ノードの数は少なくするべきである。 評価実験 4 4.1 実験の概要 本論文では、3 種類の実験を行った。 実験 1 では RTT を昇順に整列させたデータと未整列の データを用いて最小ボトルネックを解析し、その処理時 間を測った。 実験 2 では、最小ボトルネックルート探索で得られたルー 図 3: 中継ノード数上限付き探索の上限ごとの性能向上 トの中継ノード数とボトルネック RTT をもとに算出した 率比 性能向上率の 2 つを記録した。性能向上率はもとのリン 5 ク間の RTT をボトルネック RTT で割った値である。 実験 3 では最小ボトルネックルート探索において中継ノー ド数に上限を 1 個∼7 個まで設けた。それぞれの性能向 上率を計測し、無制限で探索した結果得られた性能向上 率との比を算出する。また、得られた性能向上率を実現 することができるすべてのルートの中継ノード数を中継 ノード数の上限ごとに求めた。 4.2 実験 1 の結果と考察 結論 今回評価した TCP 分割手法では、ルート探索処理は解 析のもととなる RTT データの構成に関わらず、処理にか かる時間は極小であることがわかった。またほとんどの 場合で余分な中継ノードを辿るルートをとってしまう。最 後に、ノード群 10 個で形成されるネットワークに対して は中継ノード数はせいぜい２個か、より高い性能向上率 を求めて７個までに設定することが良いことがわかった。 6 今後の課題 ルート探索にかかる処理時間のオーバーヘッドは元と 場合によってはボトルネックの大きさを多少犠牲にし なる RTT 計測データの構成にはよらず一定であり、そ てでも中継ノード数を減らし、小さいボトルネックと少 の大半が 0.1ms 以下程度のわずかな時間であることがわ ない中継ノード使用数を両立した最適なルートを探索で かった。 きるように改良すべきである。そのためには最小ボトル ネックルート上のどの中継ノードを減らせば最も性能向 4.3 実験 2 の結果と考察 図 2 より、中継ノード数が多いほうがより高い性能向 上率の落ち込み具合を防げるかを検討すべきである。今 回は日本国内の互いに不均一に遠いノード 10 個を評価実 上率を達成している。もっとも高い性能向上率を達成す 験に用いたが、以降は大規模なネットワークを想定して、 るのは中継ノードが 7 個の時であった。これよりなるべく より多くのノードを用いて評価するべきである。またこ 少ない中継ノード数で一定の性能向上率を保つには、少 のとき、ネットワーク内でのノードの最適な配置密度の なくとも中継ノードは 1∼2 個、性能向上率をなるべく高 検討も実施すべきである。 くするのならば 7 個程度までで良いことが推測される。 参考文献 [1] planet-lab.org, ”Planet Lab”, https://www.planet-lab.org/, [2] Tanenbaum, Andrew S. ”Computer Networks (4th Edition)”, 2002, pp. 557 [3] 小林弘和, 中山雅哉, ”仮想リンクを利用した送受信ノード 間の RTT 分割による転送スループットの向上”, http: //www.internetconference.org/ic2006/PDF/ regular-paper/nakayama-masaya.pdf, [4] 榑林勇気, 中山雅哉,”ボトルネック RTT の最小化に基づく TCP 分割手法の提案と Planetlab 環境による実証評価”, 図 2: 最小ボトルネックルート内の中継ノード数による性 http://www.internetconference.org/ 能向上率の違い ic2009/PDF/\\regular-paper/IC2009 Proceedings 02.pdf.
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