Fernando Paganini y Enrique Mallada Universidad ORT Uruguay IntegraTICS, 7 diciembre 2006 Optimización conjunta del ruteo multi-camino y el control de congestión en Internet

Agenda 1.Optimización en el control de redes –Ruteo óptimo e ingeniería de tráfico (IP/MPLS). –Control de congestión (TCP). 2.Optimización conjunta de ruteo multicamino y control de congestión. –Problema de optimización, solución distribuida. –Resulados teóricos. 3.Algoritmos y simulaciones de fluido. 4.Implementación de paquetes (TCP/IP RIP) –Filosofía –Detalles de implementación –Simulaciones, ejemplo.

1. Ruteo óptimo en una red de transporte Una red de transporte atiende a demandas de tráfico extremo a extremo, distribuyéndolo por los distintos caminos. En el caso de transporte carretero: –Los usuarios tienen 1 unidad de tráfico c/u. –Rutean ellos mismos, intentando minimizar su retardo en forma egoista. –Problema muy estudiado (Pigou 20, Wardrop 52, Braess 68,…). El equilibrio de Wardrop iguala retardos de los caminos usados.

Ruteo óptimo en redes de datos

Ruteo adaptativo y sus limitaciones

Source rate x(t) Optimización en la demanda: control de congestión Feedback

Modelado económico [Kelly-Maulloo-Tan 98, Low-Lapsley 99,...] LINKS SOURCES

2. Combinar ruteo y control de congestión Dos problemas de optimización (ambos con múltiples caminos).

Notación en más detalle

Información de congestión: precios LINKS SOURCES

Adaptación del reparto en los routers LINKS SOURCES Traffic splitting Node price recursion Adapt splits

Primal congestion control under adaptive multipath routing : LINKS SOURCES Traffic splitting Node price recursion Adapt splits

Dual congestion control under adaptive multipath routing : LINKS SOURCES Traffic splitting Node price recursion Adapt splits

3. Algoritmos de control (Primal/Dual) Dos posibilidades: –Primal Varío rates gradualmente Calculo precios instantáneamente –Dual Calculo rates instantáneamente Varío precios gradualmente

Adaptación de rutas Cada nodo actualiza sus de acuerdo a las siguiente reglas: –Le quito tráfico a los caminos caros –Aumento el tráfico por el o los caminos mas baratos –La suma debe ser uno en todo momento. Ejemplo, Gallager 78

Simulador de Fluido LINKS SOURCES Traffic splitting Node price recursion Adapt splits Implementado completamente en scilab 4.0 Utiliza el toolbox de grafos (graph) para crear las topologías de las redes Compuesto por cinco bloques principales, posibilitando el congelamiento de cualquiera de ellos Soporta control primal, dual y algoritmo de Gallager para las rutas

Ejemplo Se toman los siguientes valores como condición inicial en el nodo 3 3,2 = 0.6 3,4 = 0.4 Bajo el control de congestión primal el nodo tres modifica 3,2 3,4 hasta igualarlos. En cambio si utilizamos control de congestión dual lo precios p 3,4 p 2,4 oscilan indefinidamente. Los links en azul tienen capacidad muy grande Simulación de fluidos Utilizando SCILAB

Implementación en redes TCP-IP (Filosofía) Separación de capas: se busca mantener al mínimo el pasaje explícito de paquete entre los routers y las fuentes. Para esto se definen precios que puedan ser estimados por las fuentes: retardos de colas, probabilidad de perdida, etc. Los routers deben utilizar unidades de precios compatibles entre sus enlaces. La propagación de precios se resuelve como en RIP (se cambian la cuenta de hops por el precio del nodo). Las tablas de ruteo son extendidas para soportar multi-path: Se guardan múltiples interfaces por destino, cada una con su precio y porción de trafico.

Implementación de Paquetes

Aspectos de Implementación –Para funcionar correctamente todas las rutas de la tabla de ruteo para un destino deben pertenecer al mismo protocolo –Se debe definir la presición en que se medirán los retardos de cola. (actualmente 0.1ms) –Por su carácter distribuido no hay sincronización entre los nodos que actualizan ratios. –Los precios se miden con ruido, por lo que no se logra llegar asintóticamente al equilibrio como se muestra en las simulaciones de fluidos. Protocolo de ruteo de IP Multi-path

Ejemplo ns-2 Los links en azul tienen capacidad muy grande.

Animación

Conclusiones Presentamos problemas de optimización que combinan ruteo multicamino con control de congestión en fuentes elásticas. Introdujimos soluciones descentralizadas compatibles con la filosofía TCP/IP. Hay pruebas matemáticas de convergencia al óptimo. Tenemos una implementación en paquetes en desarrollo, que combina una variante de RIP con TCP-FAST. Referencias: F.Paganini, Congestion control with adaptive multipath routing based on optimization, Conf. on Information Sciences and Systems, Princeton, NJ, Mar F. Paganini, E. Mallada, Congestion pricing for flow control and multipath routing in TCP/IP networks, Congreso Latinoamericano de Investigación Operativa, Montevideo, Nov