Évolution des protocoles de transport du point de vue de l'équité

This thesis is in the context of measuring congestion on the network and the evolution of transport protocols. Changes are continually being made to meet the needs of users and new services. Congestion is one of the most critical issues because it has an impact on the performance of Internet networks, hence the need for congestion control algorithms to prevent or remove it. Today, no algorithm perfectly meets the expected requirements, and a lot of research is underway. Nevertheless, these new algorithms can affect network fainress since the behaviour of the transport protocol can change radically depending on the congestion control algorithm used in the endpoints. In addition, in recent years, transport protocols have undergone major changes. A recent significant exampleis Quick UDP Internet Connections (QUIC), a protocol introduced by Google, which aims to replace two widely used transport and security protocols, Transmission Control Protocol (TCP) and Transport Layer Security (TLS). QUIC is implemented in user applications (rather than in the operatingsystem kernel). It is designed to be resistant to ossification and therefore more versatile. This makes content providers, such as Google, hegemonic about the data rate of their users. Due to the progressive development of congestion control algorithms and the evolving nature of transport protocols, new challenges arise in fairness management. This is why, in this thesis, we focused on the development of a test platform to measure network fairness based on the flow rate of the different flows. In addition, in order to characterize fairness as perceived by a user, we focused on determining an impartial procedure for assessing fainress during an entire session of a transport flow (called Session Fairness Assessment(SFA) and Weighted Session Fairness Assessment(WSFA)). Based on these elements, we specifically analyzed the fairness of the protocols when TCP and QUIC flows coexist on a fixed and mobile network. In our fairness assessments, weidentified the impact of aspects of QUIC implementation such as: emulating multiple TCP connections, limiting the size of congestion windows and using the hystart option. The results show that these mechanisms have a strong influence on fairness on both fixed and mobile networks. Indeed,a wrong setting of the default parameters of these mechanisms or the activation of the hystart option can affect the performance of transport protocols and therefore fainress. With regard to the evaluation of congestion control algorithms, the results show that the fainress between two different algorithms depends on the network configuration. This conclusion demonstrates that a measurement procedure, such as the one presented in this thesis, is relevant to conducting the fairness assessment. In this thesis we can conclude that the lack of standardization, for example of emulating multiple TCP connections in QUIC, leads us to question more broadly how QUIC’s design philosophy takes fairness into account. In addition, the results obtained on the evaluation of the fainress of congestion control algorithms allow us to question the fainress evaluation of several contributions when it is not tested in enough network configurations.Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la mesure de la congestion sur le réseau et sur l’évolution des protocoles de transport. Des changements sont apportés continuellement afin de répondre aux besoins des utilisateurs et des nouveaux services. La congestion est l’un des problèmes les plus critiques car elle a un impact sur la performance des réseaux Internet, d’où la nécessité pour les algorithmes de contrôle de congestion de la prévenir ou de la supprimer. Aujourd’hui, aucun algorithme ne répond parfaitement aux exigences attendues, et de nombreux travaux de recherches sont en cours. Néanmoins, ces nouveaux algorithmes peuvent affecter l’équité du réseau étant donné que le comportement du protocole de transport peut changer radicalement en fonction de l’algorithme de contrôle de congestion utilisé dans les points finaux. De plus, durant ces dernières années, les protocoles de transport ont subi des évolutions majeures. Un exemple significatif récent est celui de Quick UDP Internet Connections (QUIC), un protocole introduit par Google, qui vise à remplacer deux protocoles de transport et de sécurité largement utilisés, à savoir Transmission Control Protocol (TCP) et Transport Layer Security (TLS).QUIC est implémenté dans les applications utilisateurs (plutôt que dans le noyau du système d’exploitation). Il se veut résistant à l’ossification et donc de ce fait il est plus versatile. Ceci rend alors les fournisseurs de contenus, comme Google, hégémoniques sur le débit de ses utilisateurs. En raison du développement progressif des algorithmes de contrôle de congestion et de la nature évolutive des protocoles de transport, de nouveaux défis se posent en matière de gestion de l’équité. C’est pourquoi, dans cette thèse nous nous sommes orientés sur le développement d’une plateforme de tests pour mesurer l’équité réseau à partir du débit des différents flux. De plus, afin de caractériser l’équité telle que la perçoit un utilisateur, nous nous sommes concentrés sur la détermination d’une procédure impartiale d’évaluation de l’équité durant toute une session d’un flux de transport (nommée Session Fairness Assessment (SFA) et Weighted Session Fairness Assessment (WSFA)). A partir de ces éléments, nous avons analysé spécifiquement l’équité des protocoles lorsque les flux TCP et QUIC coexistent sur un réseau fixe et mobile. Lors de nos évaluations de l’équité, nous avons identifié l’impact des aspects de la mise en œuvre de QUIC tels que : l’émulation de connexions TCP multiples, la limitation de la taille des fenêtres de congestion et l’utilisation de l’option hybrid start (hystart). Les résultats montrent que ces mécanismes ont une forte influence sur l’équité que ce soit sur réseau fixe ou réseau mobile. En effet, un mauvais réglage des paramètres par défaut de ces mécanismes ou l’activation de l’option hystart peut affecter la performance des protocoles de transport et par conséquent l’équité. En ce qui concerne l’évaluation des algorithmes de contrôle de congestion, les résultats montrent que l’équité entre deux algorithmes différents dépend de la configuration du réseau. Cette conclusion démontre qu’une procédure de mesures, telle que celle qui a été présentée dans cette thèse, est pertinente pour réaliser l’évaluation de l’équité. Dans cette thèse nous pouvons conclure que le manque de standardisation, par exemple de l’émulation de connexions TCP multiples dans QUIC nous amène à nous interroger plus largement sur la manière dont la philosophie de conception de QUIC tient compte de l’équité. De plus, les résultats obtenus sur l’évaluation de l’équité des algorithmes de contrôle de congestion, nous permet de remettre en cause l’évaluation de l’équité de plusieurs contributions lorsqu’elle n’est pas testée dans suffisamment de configurations réseau