Diseño de un algoritmo de AQM para dispositivos de enrutamiento que sea justo en base al RTT de las conexiones TCP

Abstract

El control de congestión en Internet es un problema que está lejos de estar solucionado. Más aún, la investigación de esta disciplina no ha demostrado muchos avances significativos en la última decada. Esto constrasta con el progreso constante a nivel de capas física y de acceso, lo cual transforma progresivamente a la capa de transporte en un cuello de botella, especialmente en el contexto de conexiones intercontinentales a nivel global. Este ritmo de avance podría ser crítico, ya que en la actualidad es posible apreciar incremento continuo del número de aplicaciones que hacen uso de Internet para entregar servicios a sus clientes. Lo anterior implica una evolución continua del tráfico de datos, lo cual lleva a pensar que es posible que las técnicas necesarias para lidiar con la congestión eventualmente podrían volverse incapaces de soportar las cambiantes necesidades de la red que conocemos como Internet. Es posible distinguir dos puntos donde es posible realizar control de congestión. Uno de ellos corresponde a la capa de transporte, donde el Protocolo de Control de Transmisión (TCP, Transmission Control Protocol) emplea un algoritmo para determinar adaptativamente un valor correcto para la variable de estado conocida como ventana de congestión. El valor de esta variable se utiliza para limitar la tasa de transmisión de datos en respuesta a eventos de congestión. El segundo punto corresponde a los routers, los cuales pueden implementar algoritmos de Active Queue Management (AQM) para determinar que existe congestión antes de que sus buffers se saturen por completo, lo cual permite evitar latencia adicional excesiva y fenómenos como la sincronización global. En el presente documento se presenta una nueva propuesta para realizar control de congestión a nivel de routers, la cual procura aliviar el sesgo que existe en contra de las conexiones de alta latencia. Esta se denomina RTT-Based Fair Active Queue Management (RBF-AQM), y se basa en el uso del Round-Trip Time (RTT) para descartar paquetes de una forma más justa, aprovechandose del comportamiento de TCP tradicional para limitar la latencia adicional por encolamiento en un nivel razonable, y a la vez garantizar justicia en cuanto al throughput alcanzado por cada una de las conexiones que compiten por un determinado ancho de banda, sin disminuir significativamente el throughput total del sistema. En particular, se estudia el rendimiento de la propuesta cuando se toma como referencia la probabilidad de pérdidas utilizada por el algoritmo denominado Random Early Detection (RED). El algoritmo resultante es comparado con las versiones tradicional y adaptativa de RED (ARED), demostrando un desempeño muy similar a nivel de utilización total, pero logrando una mejora significativa en cuanto al Fairness Index (FI) obtenido. Adicionalmente, diversas alternativas de implementación son consideradas, las cuales se caracterizan por ser logrables a través de cambios menores a nivel de software, y que además no requieren el uso de variables de estado por conexión, lo cual favorece la escalabilidad de la propuesta.