Diferenciação de fluxos sem manutenção de estados em roteadores

O tráfego da Internet é dominado por transações de curta duração. Todavia, apesar da grande quantidade, os fluxos curtos são responsáveis por uma pequena porção da carga total dos enlaces e ainda disputam, injustamente, recursos com conexões que transportam grandes volumes de dados. O desempenho de sessões TCP (Transmission Control Protocol) operando em fase de slow-start ou em regime de pequenas janelas sofre de forma significativa ao compartilhar buffers e capacidade dos enlaces com grandes rajadas oriundas de sessões na fase de controle de congestionamento. Uma forma de amenizar essa desigualdade é tratar diferenciadamente fluxos curtos e longos. Neste trabalho estudamos, desenvolvemos e implementamos técnicas sem manutenção de estados (stateless) de forma a atingirmos um bom compromisso entre eficiência e complexidade na diferenciação de serviço entre fluxos curtos e longos. Do ponto de vista metodológico, optamos pela implementação experimental sobre roteadores físicos e utilizando tráfego real. Esta escolha trouxe maior confiabilidade aos resultados, uma vez que eles não ficaram atrelados à qualidade dos modelos de simuladores, os quais são frequentemente simplórios demais para corresponder ao real comportamento de uma rede. Para a implementação de roteadores que viabilizassem a alteração dos esquemas de tratamento de pacotes utilizou-se a plataforma Click. Em relação à metodologia de testes, propomos um ambiente controlado que possibilita comparações entre diferentes técnicas sob tráfego real, oriundo de um backup de um hard-disk via FTP (File Transfer Protocol). Dentre as técnicas de diferenciação de fluxos, apresentamos, no conhecimento dos autores, a primeira implementação física de um roteador com o mecanismo RuN2C (Running Number 2 Class). Trazemos ainda a contribuição da investigação de seu desempenho quando diferentes técnicas de escalonamento são aplicadas. Propomos ainda um novo método de diferenciação de fluxos, denominado RAFLE (Random Assorter of Flow LEngths), que não exige nenhuma alteração de protocolos hoje existentes, o que facilitaria sua implantação em ambiente em operação. A classificação de pacotes pertencentes a fluxos longos e curtos é inferida a partir de uma pequena tabela com as informações de identificação dos últimos pacotes encaminhados, não sendo necessário manter estados dos fluxos ativos. Como resultados relevantes podemos destacar que o desempenho do RAFLE supera o RUN2C e aproxima-se bastante do desempenho da diferenciação com conhecimento completo dos fluxos (full-state) em diferentes cenários de tráfego.Internet traffic is dominated by short data transfers. However, short flows account for a small portion of the total link capacity. In addition, short flows unfairly compete for resources with connections that carry large volumes of data. The performance of TCP (Transmission Control Protocol) operating at slow-start phase (or under the small transmission windows) are impaired when sharing buffers and with long bursts coming from sessions at the stage of congestion control. One way to mitigate this inequality is to treat short and long flows differently. In this work we investigate stateless techniques in order to achieve a good compromise between efficiency and complexity of service differentiation between short and long flows. From the methodological point of view, we adopt an experimental approach using PC-based routers under real traffic. The goal is to achieve trustworthy to the results, since they are not tied to particular features of simulation models, which are often overlook the actual behavior of a network. We use the Click platform for routers implementation. The evaluation methodology for the different mechanisms is based on a controlled environment considering a backup of a hard-disk via FTP (File Transfer Protocol). We present what is, in the authors best knowledge, the first physical implementation of a router with the RUN2C mechanism (Running Class Number 2). In addition, we investigate its performance for different scheduling techniques. Our main contribution is a new method for flow differentiation called RAFLE (Random Lengths Assorter of Flow). In contrast with RuN2C, RAFLE requires no change of current network protocols. The classification of packets belonging to long and short flows is inferred from a small table with identification information of the last forwarded packets, but with no need for keeping the full flow states. Results show that RAFLE s performance exceeds RUN2C s. Moreover, RAFLE is able to virtually reach the performance of systems with full knowledge flows (full-state) in different traffic scenarios