Разработка, реализация и анализ производительности модифицированного транспортного протокола тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат физико-математических наук Сивов, Анатолий Александрович

• Сивов, Анатолий Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Сивов, Анатолий Александрович

Введение.

Глава 1. Коммуникационные протоколы транспортного уровня.

1.1 Коммуникационные транспортные протоколы.

1.2 Управление потоком данных в коммуникационных протоколах

Глава 2. Протокол TCP TIPS.

2.1 Алгоритм оценки доступной пропускной способности.

2.2 Управление потоком в TCP TIPS.

2.3 Формат заголовка в TCP TIPS и совместимость с TCP.

2.4 Направления дальнейших исследований.

Глава 3. Реализация TCP TIPS.

3.1 Реализация имитационной модели в ns-2.

3.2 Аспекты реализации в операционных системах на примере

ОС Linux.

Глава 4. Результаты моделирования.

4.1 Изолированный протокол в надежной сети.

4.2 Изолированный протокол в условиях ошибок передачи данных

4.3 Протокол в условиях разделения ресурсов.

4.4 Протокол в условиях передачи данных по обратному каналу.

4.5 Протокол в условиях динамической смены характеристик сети

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка, реализация и анализ производительности модифицированного транспортного протокола»

Предмет исследования и актуальность работы. Компьютерные коммуникационные системы, представляющие собой сети передачи информации, играют очень важную роль в современном мире и являются одним из важнейших направлений научно-технического прогресса в настоящее время. Сети передачи данных — распределенная система, процессы передачи информации в которой координируются посредством коммуникационных протоколов.

Для упрощения структуры большинство сетей организуются в наборы уровней, каждый последующий из которых возводится над предыдущим. Целью каждого уровня является предоставление определенных сервисов для вышестоящих уровней. Каждому уровню соответствуют правила и соглашения, используемые в общении машин в сети на данном уровне и называемые протоколом этого уровня. Набор уровней и соответствующих им протоколов называется архитектурой сети.

Существуют два важных архитектурных типа — эталонные модели OSI и TCP/IP [13, 15, 42, 43, 87, 108]. Наибольшее распространение на практике получила архитектура, основанная на TCP/IP. В рамках ТСРЯР системы в сети разделяются на конечные системы, между которыми происходит обмен данными, называемые узлами сети, и промежуточные системы (маршрутизаторы), не являющиеся конечными или исходными точками обмена. Смежные системы в сети объединяются каналом, обеспечивающим возможность передачи информации между ними. Каналы имеют ряд характеристик, таких как пропускная способность, задержка передачи и надежность. В каждой точке подключения системы к каналу имеется буфер, позволяющий организовывать очередь данных, ожидающих отправки по этому каналу. Буферное пространство может быть выделено отдельно для каждого соединения, использующего рассматриваемый узел, но обычно оно является разделяемым ресурсом, как и пропускная способность. При передаче данных по сети возможна ситуация, называемая перегрузкой сети. Эта ситуация выражается в переполнении буферов и потерях информации и связана со слишком большой скоростью прибытия данных в систему, превышающей максимально возможную скорость отправки этих данных по следующему каналу, либо скорость обработки данных получателем.

Протокол транспортного уровня модели TCP/IP создан для того, чтобы одноранговые сущности на приемных и передающих узлах сети могли поддерживать связь друг с другом, т. е. транспортный уровень должен представлять протоколы, предлагающие сквозную передачу данных, доставляющие сообщения от источника адресату. Транспортный уровень модели TCP/IP может быть представлен как протоколом с установлением соединений, обеспечивающим надежную доставку данных, так и протоколом, работающим без установления соединения и не гарантирующим доставку данных получателю. Протокол первого типа представлен в TCP/IP протоколом TCP [34,72, 109].

TCP является протоколом с установлением соединения, т. е. он позволяет двум узлам сети, на каждом из которых выполняется алгоритм TCP, обмениваться информацией после установки между ними логического соединения. Данные, отправляемые источником, рассматриваются TCP как битовый поток, из которого формируются блоки конечной длины, называемые сегментами TCP или пакетами TCP. Эти сегменты передаются по сети получателю, который формирует исходную последовательность и передает ее своему пользователю, а также уведомляет отправителя о получении данных. Отправитель использует информацию, полученную в уведомлениях, для выявления необходимости повторной отправки потерянных сегментов и создания надежного канала передачи данных.

Протокол TCP имеет алгоритм управления потоком, цель которого — эффективно использовать имеющуюся пропускную способность соединения. В частности, во избежание перегрузки необходимо отправлять данные со скоростью, не превышающей наименьшую пропускную способность канала, участвующего в соединении, и скорость обработки данных получателем. На сегодняшний момент известен ряд недостатков алгоритма управления потоком TCP.

Наиболее существенными недостатками увеличение задержек при передаче данных в сетях с очередями большого размера, неполное использование пропускной способности канала в высокоскоростных сетях и сетях, использующих ненадежную среду передачи данных. Эти недостатки связаны с использующимися в TCP алгоритмами обнаружения перегрузки и борьбы с ней. TCP интерпретирует потерю сегмента как индикацию перегрузки, вследствие чего алгоритмы управления потоком и коррекции ошибок являются связанными, что приводит к неэффективной работе в сетях, использующих ненадежную среду передачи данных (например, в беспроводных сетях).

Для определения доступной пропускной способности TCP постоянно увеличивает скорость передачи данных, пока не происходит потеря сегмента. В надежных сетях потеря произойдет при достижении состояния перегрузки, так как очередь маршрутизатора, расположенного в самом «узком» участке сети окажется переполненной. При больших размерах очередей в момент переполнения очереди скорость отправки данных может в значительной степени превосходить доступную пропускную способность, также заполнение очереди большого размера приводит к существенному увеличению задержек при доставке новых данных вследствие увеличения времени пребывания сегментов в очередях маршрутизаторов.

Другой проблемой постоянно заполненных очередей являются множественные потери, происходящие из-за отсутствия свободного буферного пространства, необходимого для обработки приходящих данных, поступление которых носит всплесковый характер в силу использования протоколом TCP отправки данных всплесками в пределах окна.

Так как TCP реагирует на любую потерю сегмента уменьшением порогового значения в два раза, а рост размеров окна перегрузки после достижения порогового значения производится линейно, TCP неэффективен при работе в высокоскоростных сетях с большими значениями RTT (Round Trip Time, интервал времени между отправкой сегмента и получением подтверждения о его доставке), потому что даже незначительное количество ошибок в сети приводит к существенному недоиспользованию доступных ресурсов (см. [49]).

Разработка алгоритма управления потоком, лишенного этих недостатков, является темой большого числа исследований. В целом, алгоритмы борьбы с перегрузкой можно разделить на две категории: алгоритмы, использующие потерю в качестве индикатора перегрузки (в англоязычной литературе они обозначаются loss-based), и алгоритмы, использующие для контроля перегрузки темпоральные характеристики потока (например, RTT) (в англоязычной литературе они обозначаются delay-based). Также проводятся исследования, направленные на создание гибридных алгоритмов, сочетающих в себе черты алгоритмов обоих типов. Ярким примером подобного алгоритма является разработанный в Microsoft Research алгоритм Compound TCP [123].

Большинство исследований, целью которых является улучшение характеристик TCP, направлены на улучшение характера изменения размера окна перегрузки в высокоскоростных сетях, разработку проактивных схем избежания перегрузки, более эффективную обработку потери сегмента, предполагающую более быстрое восстановление скорости передачи данных. В исследованиях, направленных на улучшение работы TCP в беспроводных сетях [39,47, 53, 61, 95], применяются способы определения доступной пропускной способности сети для более быстрого восстановления после мультипликативного сброса путем более гибкого манипулирования пороговым значением медленного старта. Однако предложенные модификации в целом оставляют алгоритм управления потоком AIMD (Additive Increase/Multiplicative Decrease, алгоритм аддитивного увеличения и мультипликативного сброса) и не предлагают проактивных схем борьбы с перегрузкой, что приводит к переполнениям очередей маршрутизаторов, «искусственным» потерям и неконтролируемым задержкам.

Проактивные алгоритмы борьбы с перегрузкой основаны на измерении задержек при доставке данных. Классическим примером проактивного алгоритма является TCP Vegas [37]. Такие алгоритмы в своем большинстве полагаются для измерения задержек на RTT. Использование данного индикатора может привести к некорректным выводам, так как в составлении значений RTT участвует время передачи данных по прямому маршруту, а также время передачи подтверждения по обратному маршруту. Алгоритм, использующий RTT, вынужден иметь дело с такими явлениями, как отложенная отправка подтверждений. Также он не в состоянии отличить задержки, произошедшие из-за пребывания сегмента с данными в очередях маршрутизаторов в прямом направлении передачи данных, от задержек, вызванных пребыванием сегмента с подтверждением в очередях маршрутизаторов в обратном направлении передачи данных. Таким образом, эти алгоритмы могут неверно интерпретировать перегрузку в обратном направлении передачи данных, вызываемую действиями других соединений, как собственную перегрузку, борьба с которой приведет к неэффективному использованию доступной пропускной способности сети (см. [88]).

Другим слабым местом многих проактивных алгоритмов избежания перегрузки, а также алгоритмов, направленных на оценку доступной пропускной способности, является использование пороговых значений задержки (таких, как BaseRTT (базовое значение RTT, смотри, например, [37])). Неправильный выбор порогового значения может существенно повлиять на работу таких алгоритмов (см. [65, 85, 124]).

Большинство алгоритмов, направленных на работу в высокоскоростных сетях, [49, 62, 80, 116, 133] модифицируют характер изменения размеров окна, делая его в определенных ситуациях более агрессивным. Для достижения пропускной способности сети они используют способ, схожий с применяемым в стандартном TCP, и не контролируют рост задержек. В надежных сетях с чрезмерной буферизацией это может вылиться в значительное увеличение RTT и неэффективное использование канала.

Отдельно стоит выделить исследования, направленные на борьбу с перегрузкой в протоколах более низких уровней, чем транспортный, использующих явное уведомление о перегрузке (Explicit Congestion Notification, ECN [110]) для взаимодействия с транспортным протоколом. Эти исследования посвящены активному управлению очередями (Active Queue Management, AQM). Активное управление очередями может помочь избежать неконтролируемого роста задержек при передаче данных в транспортном протоколе, однако реализация поддержки ECN не должна замещать наличие эффективного алгоритма управления потоком данных, а лишь дополнять его, поэтому задача создания такого алгоритма актуальна.

Из вышесказанного можно заключить, что TCP обладает рядом недостатков, а существующие модификации TCP не предлагают их комплексного решения. К тому же зачастую они имеют собственные проблемы. Вследствие этого имеется необходимость модернизации TCP, а задачу создания эффективного алгоритма управления потоком данных, применимого для совместимого с TCP транспортного протокола, нельзя считать решенной.

Цели работы. Цель диссертационной работы — предложить комплексное решение для преодоления недостатков TCP, разработав совместимый с TCP протокол, не имеющий проблем, присущих существующим модификациям. Совместимость с TCP в данном случае подразумевает возможность прозрачной замены TCP на разрабатываемый протокол для приложений, использующих TCP, без необходимости какой-либо модернизации этих приложений и возможность возврата к использованию TCP на этапе установки соединения в случае, если один из участников соединения не поддерживает новый протокол. Создание нового протокола, названного TCP TIPS, предусматривает разработку алгоритма управления потоком данных, предлагающего проактивную схему избежания перегрузки и разделяющего логику управления скоростью передачи и логику коррекции ошибок.

Перед разрабатываемым алгоритмом поставлены следующие требования: высокий коэффициент использования пропускной способности сети, минимизация задержек при передаче данных (посредством минимизации роста длин очередей маршрутизаторов), высокая эффективность работы в ненадежных (с большой вероятностью потери сегмента) сетях и в сетях с частой сменой маршрута передачи данных (причем различные маршруты могут иметь разное значение пропускной способности и задержки передачи данных), отсутствие проблем, характерных для алгоритмов, основанных на использовании RTT (невозможность отложенной отправки подтверждений, неверная индикация перегрузки при наличии перегрузки в направлении, обратном направлению передачи данных). Также при использовании в сетях, содержащих потоки данных постоянной скорости, TCP TIPS должен уступать этим потокам необходимую долю пропускной способности сети при их появлении и занимать ее при их завершении, при этом не вызывая роста задержек передачи данных. Это требование накладывается на TCP TIPS для возможности его применения в сетях, передающих потоки данных, чувствительные к задержке (например, IP-телефония, IP-телевидение и др.). Такие потоки должны считаться высокоприоритетными, поэтому TCP TIPS должен уступать им требуемую долю пропускной способности сети, обеспечивая одновременно сервис надежной передачи данных, обладающий меньшим приоритетом, но эффективно использующий доступную долю пропускной способности.

Для изучения свойств и характеристик протокола TCP TIPS и сравнения его с TCP и различными модификациями TCP необходимо разработать имитационную модель сети, позволяющую проводить адекватные сравнительные эксперименты с участием TCP TIPS и различных модификаций TCP в рамках одной имитационной модели. Для решения этой задачи следует использовать заслужившие доверие, широко известные и проверенные на наличие ошибок средства симуляции. На роль такого средства хорошо подходит среда ns-2 [38, 71]. Одной из целей данной работы является реализация TCP TIPS в рамках данной модели, проведение имитационного моделирования для изучения свойств TCP TIPS в различных ситуациях, сравнение его поведения с поведением имеющихся модификаций TCP и анализ полученных результатов.

Стоит, однако, отметить, что моделирование, предоставляя возможность изучать количественные характеристики протоколов и делать статистически обоснованный вывод о различных качествах изучаемых протоколов, не дает гарантии полного анализа достижимых состояний. Для подобного анализа необходимо применять методы верификации. Верификация, основанная на полном анализе, затруднительна на практике для протоколов, обладающих большим количеством состояний, к каким относятся модификации TCP. Тем не менее, работы ИСП РАН [3, 5, 7, 32, 81, 82], в частности В. 3. Шнитмана, А. С. Косачева, А. К. Петренко, Н. В. Пакулина и др., позволяют заключить, что в настоящий момент осуществима на практике верификация достаточно сложных коммуникационных протоколов [4, 6].

Так как практический аспект очень важен при разработке нового протокола, необходимо рассмотреть возможность его реализации в операционных системах и исследовать возможные проблемы практического характера. Одной из целей диссертационной работы является изучение аспектов реализации TCP TIPS в ОС Linux, обладающей наиболее гибкой реализацией стека TCP/IP, и предложение варианта реализации протокола либо возможных путей по воплощению его компонентов.

Научная новизна и полученные результаты. Основные научные результаты диссертации состоят в следующем:

Разработан метод оценки доступной пропускной способности сети, использующий значения межсегментных интервалов, задаваемых на стороне отправителя и наблюдаемых на стороне получателя. Эти значения представляют собой темпоральные характеристики потока данных, схожие с используемыми в режиме «ускоренного старта» ARTCP [19, 20].

Разработан алгоритм управления потоком данных, применяющий этот метод и реализующий метод борьбы с перегрузкой, полностью основанный на анализе значений межсегментных интервалов. На базе этого алгоритма разработан совместимый с TCP в плане формата сообщений протокол TCP TIPS.

Разработана программная модель протокола TCP TIPS для симулятора ns-2, что позволило моделировать поведение протокола в сетях с различными характеристиками. Также наличие реализации в ns-2 позволило провести наряду с исследованиями поведения TCP TIPS в рамках единой программной модели эксперименты с участием ряда модификаций TCP и получить результат сравнительного анализа свойств этих протоколов и TCP TIPS.

На основании результатов экспериментов можно заключить, что TCP TIPS превосходит по коэффициенту использования пропускной способности сети большинство модификаций TCP, сохраняя при этом низкое значение задержки передачи данных. Его превосходство наиболее ярко выражено в ненадежных сетях и при частой смене маршрутов в сети. Также TCP TIPS реализует предъявленные к нему требования при работе с потоками, использующими фиксированную скорость передачи данных, и при наличии перегрузки в направлении, обратном направлению передачи данных.

Практическая ценность результатов. Разработанный алгоритм управления потоком данных не нуждается в наличии потерь пакетов для определения факта перегрузки, описанный метод вычисления доступной пропускной способности сети позволяет на раннем этапе обнаружить перегрузку и компенсировать ее наличие путем соответствующего снижения скорости передачи данных. Таким образом, возможно эффективное использование доступной пропускной способности сети, при котором потери пакетов не являются неизбежной частью управления потоком, не происходит чрезмерного накопления данных в очередях маршрутизаторов, снижается задержка передачи данных получателю.

Логическое разделение алгоритмов обнаружения перегрузки и обеспечения надежной доставки данных позволяет достигать хороших показателей использования доступной пропускной способности в сетях с ненадежной средой передачи данных.

Использование темпоральных характеристик потока, не зависящих от показателей обратного канала связи (в отличие от RTT), позволяет избежать проблем, присущих алгоритмам борьбы с перегрузкой, применяющим информацию о задержках для обнаружения перегрузки, таких как невозможность отличить перегрузку в сети при передаче данных от отправителя получателю от перегрузки, имеющейся в обратном направлении — от получателя — отправителю, необходимость мгновенной отправки подтверждения доставки данных (т.е. невозможность использования таких техник, как отложенная отправка подтверждений (delayed acknowledgment)).

Разработанный протокол TCP TIPS обеспечивает совместимость с TCP и возможность перехода к TCP в случае отсутствия поддержки TCP TIPS у одного из участников соединения без необходимости модификаций существующего прикладного программного обеспечения. TCP TIPS разработан таким образом, чтобы уступать долю пропускной способности сети потокам, требующим постоянной скорости передачи данных, что позволяет использовать его в сетях, содержащих потоки данных, требующие определенной доли пропускной способности и чувствительные к задержкам передачи данных. Практическая ценность полученных результатов заключается в создании совместимого с TCP протокола, эффективно использующего доступную пропускную способность в проводных, беспроводных и гетерогенных сетях, быстро адаптирующегося к динамичным изменениям характеристик сети и имеющего низкое значение задержек при передаче данных.

Методы моделирования протокола и анализ его характеристик. Для сравнения TCP TIPS с различными модификациями TCP необходимо определиться с характеристиками, которые требуется подвергнуть анализу. Качество работы протокола определяется скоростью передачи полезных данных и временем, необходимым для доставки новых данных. С первой величиной связаны такие характеристики, как коэффициент использования пропускной способности и коэффициент справедливости разделения ресурсов (fairness). Первая величина означает, насколько близка была скорость передачи данных к максимальной в течение определенного промежутка времени. Её можно определить как частное средней скорости передачи данных за определенный момент времени и пропускной способности канала. При проведении сравнительного анализа качества работы различных протоколов в сети с одинаковой пропускной способностью можно опустить значение пропускной способности и сравнивать средние скорости передачи данных, достигнутые каждым протоколом. Под скоростью передачи данных понимается не скорость отправки сегментов, а скорость доставки данных получателю. Таким образом, повторно переданные и потерянные сегменты не вносят вклад в расчет скорости передачи.

Коэффициент справедливости разделения ресурсов должен определять, насколько различаются доли пропускной способности сети, полученные каждым соединением. Для сравнения долей пропускной способности можно применять различные формулы. [86] предлагает рассчитывать коэффициент справедливости по формуле (1), дающей непрерывные значения от 1 до 1/п, где п - количество соединений, разделяющих канал. где Х[ - доля пропускной способности ьго соединения, п — число соединений.

Анализ задержек при передаче новых данных можно осуществлять с помощью ИТТ, используя максимальное и среднее его значения и сравнивая их с минимальным возможным ЮТ. Другой характеристикой для анализа задержки является длина очередей маршрутизаторов. Задержки могут определяться с помощью средней длины очереди маршрутизатора, расположенного на «узком» участке сети.

Моделирование протокола должно предоставить достаточное количество данных о его поведении в различных ситуациях, чтобы можно было проводить

1) 1 анализ его свойств и сравнение характеристик. Для этого необходимо составить перечень испытаний, достаточных для получения требуемых данных, и формализовать модель, в рамках которой будут проводиться эти испытания.

Среда моделирования сетей пб-2 позволяет создавать сети с очень сложной топологией и динамическим изменением характеристик. Мы создадим минимальную топологию, необходимую для проведения испытаний, аналогичную предложенной в [2, 21]. Эта топология представлена на рисунке 1. Такая топология широко распространена в модельных и стендовых испытаниях [89, 90, 130, 134]. Сеть в ней представляет собой объединение двух ЛВС, в которых хосты соединены с маршрутизатором сети. Маршрутизаторы этих ЛВС соединены между собой каналом, представляющим разделяемый ресурс (также как и очереди маршрутизаторов). В модельных экспериментах мы будем устанавливать соединения между хостами из разных ЛВС, а наиболее узким участком сети будет канал между двумя маршрутизаторами.

Рисунок 1. Топология сети, используемой при моделировании

Для получения достаточной информации о протоколе необходимо исследовать его поведение в изолированной среде (не имеющей трафика, порожденного деятельностью других протоколов) для определения его свойств. Причем требуются испытания, как в надежной сети, так и в сети, имеющей определенную вероятность появления ошибок при передаче данных (сети с потерями). Также необходимо изучить реакцию протокола на изменения доступной пропускной способности сети, вызванные деятельностью других протоколов, и реакцию на наличие трафика в обратном канале. Еще одним объектом для изучения является поведение протокола в условиях динамической смены ЯТТ и пропускной способности сети вследствие смены маршрута. Для проведения испытаний такого характера требуется сеть иной топологии, имеющей несколько маршрутов между участниками соединения. Пример такой топологии приведен на рисунке 2.

Рисунок 2. Топология сети, используемой при моделировании Апробация работы. Результаты работы докладывались на коллоквиумах Spring/Summer Young Researcher's Colloquium on Software Engineering (SYRCoSE) (Екатеринбург, 2011 и Пермь, 2012), VIII международной научно-практической конференции «Современное состояние естественных и технических наук» (Москва, 2012), III международной научно-практической конференции «Научная дискуссия: вопросы физики, математики, информатики» (Москва, 2012), международной научно-практической конференции «Тенденции развития прикладной информатики» (Ярославль, 2012), семинаре по теоретической информатике Ярославского Государственного Университета (Ярославль, 2012), семинаре отдела «Технологий программирования» Института Системного Программирования РАН (Москва, 2012). Разработка поддержана грантом РФФИ 12-07-31173-мола («Разработка, моделирование и анализ коммуникационных протоколов транспортного уровня с управлением потоком передачи данных, минимизирующим задержку»), грантом Федеральной Целевой Программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, соглашение 14.132.21.1366 («Разработка, моделирование и анализ производительности транспортных протоколов в коммуникационных сетях»). Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013611466 «Модуль протокола TCP TIPS для среды ns-2».

Содержание работы. В части 1 первой главы рассмотрены принципы и компоненты коммуникационных сетей, протокола транспортного уровня, необходимые для создания нового протокола и его модели, приведено описание принципов и алгоритмов TCP, заимствованных в TCP TIPS или заменяемых разрабатываемыми алгоритмами. В части 2 первой главы рассмотрены вопросы управления потоком данных в коммуникационном протоколе, представлены и проанализированы существующие решения.

Глава 2 содержит описание алгоритма оценки доступной пропускной способности сети, алгоритмов, используемых TCP TIPS. Там же описан формат применяемых TCP TIPS заголовков пакетов, приведено описание логики работы протокола.

В главе 3 описана реализация протокола для среды сетевого моделирования ns-2, рассмотрены вопросы его реализации в сетевой подсистеме ОС Linux. Результаты модельных экспериментов, их анализ и сравнение характеристик, показанных TCP TIPS, TCP и рядом модификаций TCP приведены в главе 4. В конце работы перечислены основные выводы.

Благодарности. Я очень благодарен своему научному руководителю профессору В. А. Соколову за возможность исследований в области коммуникационных протоколов транспортного уровня, постоянную поддержку и ценные советы. Хочу выразить признательность И. В. Алексееву за ответы на мои вопросы, касающиеся разработанного им протокола ARTCP. Я признателен Джиму Геттису (Jim Getty s) за привлечение всеобщего внимания к проблеме роста задержек при передаче данных в современных сетях. Хочется выразить признательность Дэвиду Вею (David (Xiaoliang) Wei) за его работу по портированию реализации модификаций TCP, представленных в Linux, в сетевой симулятор ns-2. Благодаря его вкладу, многие исследователи в области сетевых технологий имеют возможность использования в ns-2 таких протоколов, как TCP CUBIC, Compound TCP, TCP Westwood+ и др., и проведения модельных экспериментов с их участием.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Сивов, Анатолий Александрович

Заключение

В данной работе приведено описание нового транспортного протокола TCP TIPS, основанного на TCP, но отличающегося от него в ряде ключевых аспектов. Как и ARTCP [19, 20], TCP TIPS осуществляет отправку данных сегментами, разделенными промежутками времени. TCP TIPS использует значения межсегментных интервалов времени, наблюдаемые получателем, для определения перегрузки. Построенная на анализе результатов данных измерений проактивная схема борьбы с перегрузкой позволяет добиться низких показателей средней длины очередей маршрутизаторов, что приводит в случае чрезмерно больших размеров очередей к существенному снижению задержек при передаче данных по сравнению со стандартным TCP. Также такая схема дает возможность избежать проблем, характерных для проакгивных алгоритмов борьбы с перегрузкой, использующих такие показатели, как RTT, как то: неверная индикация перегрузки при наличии перегрузки в обратном направлении передачи данных и неэффективное использование пропускной способности сети в сетях с динамической маршрутизацией, приводящей к периодическим изменениям RTT. Разделение логики управления потоком данных и коррекции ошибок позволяет добиться высокой эффективности работы протокола в сетях с большим количеством потерь.

Также в работе представлен алгоритм определения доступной пропускной способности сети на основе значений межсегментных интервалов, использование которого в TCP TIPS позволяет вычислить масштаб перегрузки и определить необходимую компенсацию (скорость передачи данных и интервал времени, в течение которого скорость должна быть установлена меньше доступной пропускной способности сети).

Помимо подробного описания алгоритма протокола и формата его заголовка, описана реализация TCP TIPS на С++ для среды моделирования сетей ns-2. Эта реализация приведена как расширение класса LinuxTcpAgent, представляющего собой портирование части сетевого стека Linux в ns-2, поэтому может рассматриваться как основа для реализации поддержки протокола в ОС Linux. Также в работе рассмотрены аспекты практической реализации протокола, возможность аппаратной реализации его частей (аналогично механизмам TSO/LRO) для эффективной работы в высокоскоростных сетях.

Наличие модели TCP TIPS в ns-2 открывает широкие возможности по исследованию свойств протокола с помощью модельных экспериментов в сетях любой топологической сложности, в том числе возможность моделирования TCP TIPS совместно с большим набором различных модификаций TCP в рамках единой надежной модели, что обеспечивает получение достоверных результатов и возможность их сравнительного анализа с результатами, демонстрируемыми другими транспортными протоколами.

Результаты модельных экспериментов показывают превосходство TCP TIPS над рядом модификаций TCP в условиях изолированного использования, особенно в ненадежных сетях и сетях с динамически меняющимися характеристиками. Также TCP TIPS показал себя как протокол, способный быстро и эффективно уступать требующуюся долю пропускной способности сети протоколам, использующим фиксированную скорость передачи данных, а также быстро продолжать использовать эту долю пропускной способности после ее освобождения. Данная особенность TCP TIPS является одним из ключевых требований, выдвинутых автором работы к разрабатываемому протоколу. Ее наличие позволяет широко применять TCP TIPS в сетях, использующихся для передачи данных реального времени, чувствительных к росту задержек (например, VoIP), в качестве эффективного средства для передачи данных, использующего доступную часть канала и не приводящего к деградации качества работы высокоприоритетных потоков.

177

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Сивов, Анатолий Александрович, 2013 год

1. Алексеев И.В., Меркулов С.А., Сивов A.A. Аспекты практической реализации протокола ARTCP на ядре Linux 2.6 // Моделирование и анализ информационных систем. Том 17, № 2, с. 144-149, Ярославль: Яросл. гос. Ун-т, 2010

2. Алексеев И.В., Соколов В.А., Чалый Д.Ю. Моделирование и анализ транспортных протоколов в информационных сетях. Ярославль: Яросл. гос. Ун-т, 2004

3. Кулямин В.В., Петренко А.К., Косачев A.C., Бурдонов И.Б., Подход UniTESK к разработке тестов // Программирование, № 6, с. 25-43, Москва: Наука, 2003

4. Никешин А. В., Пакулин Н. В., Шнитман В. 3., Верификация функций безопасности протокола IPsec V2 // Программирование, №1, с. 36-56, Москва: Наука, 2011

5. Пакулин Н. В., Тугаенко А. Н., Тестирование протоколов электронной почты Интернета с использованием моделей // Труды Института системного программирования РАН, т. 20, с. 125-141, Москва: Институт системного программирования РАН, 2011

6. Сивов A.A. Формат пакета ARTCP. Особенности формирования и обработки заголовков ARTCP в сетевой подсистеме ОС Linux 2.6 // Моделирование и анализ информационных систем. Том 18, № 2, с. 129-138, Ярославль: Яросл. гос. Ун-т, 2011

7. Сивов A.A. TCP TIPS: транспортный протокол для ненадежных сетей, передающих чувствительные к задержкам данные // Моделирование и анализ информационных систем. Том 19, №5, с. 142-151, Ярославль: Яросл. гос. Ун-т, 2012

8. Смелянский P. JL, Компьютерные сети, в 2 т., М.: Академия, 2011

9. Страуструп Б. Язык программирования С++, спец. изд. Пер. с англ. М.: Бином, 2005

10. Таненбаум Э. Компьютерные сети. 4-е изд. Пер. с англ. Спб.: Питер, 2011

11. Aggarwal A., Savage S., Anderson Т., Understanding the Performance of TCP Pacing // Proceedings of the IEEE INFOCOM 2000 Conference on Computer Communications, pp. 1157 1165, 2000

12. Ahammed A., Banu R., Analyzing the Performance of Active Queue Management Algorithms // International journal of Computer Networks & Communications (IJCNC), Vol. 2, No. 2, pp. 1 19, 2010

13. Akkoyunlu E. A., Ekanadham K., Huber R. V., Some constraints and tradeoffs in the'design of network communications // proc. SOSP '75 Proceedings of the fifth ACM symposium on Operating systems principles, pp. 67-74, 1975

14. Alekseev I. V., Sokolov V. A. Mechanism for Adaptive Rate TCP. // 1-St International IEEE/Popov Seminar "Internet: Technologies A and Services". P. 68-75, October 1999

15. Alekseev I.V., Sokolov V.A. ARTCP: Efficient Algorithm for Transport Protocol for Packet Switched Networks // Lecture Notes in Computer Science, № 2127, pp. 159-174.-Berlin: Springer-Verlag, 2001

16. Alekseev I.V., Sokolov V.A. Modeling and Traffic Analysis of the Adaptive Rate Transport Protocol // Future Generation Computer Systems, v. 18, № 6, pp. 813827. North-Holland: ELSEVIER, 2002

17. Allman M., Balakrishnan H., Floyd S. Enhancing TCP's Loss Recovery Using Limited Transmit // RFC 3042, 2001

18. Allman M., Floyd S., Partridge C., Increasing TCP's Initial Window // RFC 3390, 2002

19. Allman M., Paxson V., Blanton E„ TCP Congestion Control // RFC 5681, 2009

20. Allman M., TCP Congestion Control with Appropriate Byte Counting (ABC) // RFC 3465, 2003

21. AMD Technical Bulletin, TSC Dual-Core Issue & Utility Fix. Advanced Micro Devices, Inc., 2007

22. Armitage G., A rough comparison of NewReno, CUBIC, Vegas and 'CAIA Delay Gradient' TCP (vO.l). CAIA Technical report 110729A, 2011

23. Belsnes D., Flow Control in the Packet Switching Networks // Communication Networks, Uxbridge, England: Online, pp. 349-361, 1975

24. Blanton E., Allman M„ Fall K., Wang L. A Conservative Selective Acknowledgment (SACK)-based Loss Recovery Algorithm for TCP // RFC 3517, 2003

25. Bloom B. H., Space/time trade-offs in hash coding with allowable errors //

26. Communications of the ACM, Volume 13 Issue 7, pp. 422-426, 1970

27. Bohacek S. et al„ Signal Processing Challenges in Active Queue Management // IEEE Signal Processing Magazine, 2004, pp. 69-79

28. Bourdonov I. B„ Kossatchev A. S., Kuliamin V. V., Petrenko A. K„ UniTESK Test Suite Architecture // Lecture Notes in Computer Science, Vol. 2391, pp. 7788, Springer-Verlag, 2002

29. Braden B., et al., Recommendations on Queue Management and Congestion Avoidance in the Internet // RFC 2309, 1998

30. Braden R. Requirements for Internet Hosts Communication Layers // RFC 1122, 1989.

31. Bradner S., Paxson V., IANA Allocation Guidelines For Values In the Internet Protocol and Related Headers // RFC 2780, 2000

32. Brakmo L., TCP-NV: Congestion Avoidance for Data Centers // proc. Linux Plumbers Conference, 2010

33. Brakmo L., O'Malley S., Peterson L., TCP Vegas: New Techniques for Congestion Detection and Avoidance //ACM SIGCOMM, pp. 24-35

34. Burbank J., Kasch W., Ward J. An Introduction to Network Modeling and Simulation for the Practicing Engineer. New Jersey, John Wiley & Sons, IEEE Press, 2011.

35. Casetti C. et al., TCP westwood: end-to-end congestion control for wired/wireless networks // Wireless Networks, Volume 8, Issue 5, pp. 467-479, 2002

36. Cerf V., Jacobson V., Weaver N., Gettys J., BufferBloat: What's Wrong with the Internet? // Magazine Queue Log Analysis, vol. 9, issue 12, New York: ACM, 2011

37. Clark D. D., Window and Acknowledgment Strategy in TCP // RFC 813, 1982

38. Day J. D. The (Un)Revised OSI Reference Model // Computer Commun. Rev., vol. 25, pp. 39-55, Oct. 1995.

39. Day J. D., Zimmermann H. The OSI Reference Model // Proc. of the IEEE, vol.71, pp. 1334-1340, Dec. 1983.

40. Eddy W. TCP SYN Flooding Attacks and Common Mitigations // RFC 4987,2007

41. Feng W. et al., BLUE: A New Class of Active Queue Management Algorithms. U. Michigan Computer Science Technical Report (CSE-TR-387-99), 1999

42. Fenner B., Experimental Values in IPv4, IPv6, ICMPv4, ICMPvô, UDP, and TCP Headers // RFC4727,2006

43. Ferorelli R., Live Internet measurements using Westwood+ TCP congestion control // Global Telecommunications Conference, IEEE, vol. 3, pp. 2583-2587, 2002

44. Floyd S., Gummadi R., Shenker S., Adaptive RED: An Algorithm for Increasing the Robustness of RED's Active Queue Management, ICSI, 2001

45. Floyd S., Highspeed TCP for Large Congestion Windows // RFC 3649, 2003

46. Floyd S., Jacobson V., Random Early Detection gateways for Congestion Avoidance // IEEE/ACM Transactions on Networking, V.l N.4, August 1993, pp. 397-413

47. Floyd S., Paxson V., Difficulties in Simulating the Internet // IEEE/ACM Transactions on Networking, V.9 N.4, August 2001, pp. 392-403

48. Floyd S., References on RED (Random Early Detection) Queue Management,2008 //The ICSI Networking Group / HTML. http://www.icir.org/floyd/red.html

49. Fu C. P., Liew S. C., TCP Veno: TCP enhancement for transmission over wireless access networks // Selected Areas in Communications, Volume 21, Issue 2, pp. 216-228, 2003

50. Gavrilovska A., Attaining High Performance Communications: A Vertical Approach, CRC Press, 2010

51. Gettys J., Nichols K., Bufferbloat: Dark Buffers in the Internet // Communications of the ACM, vol. 9, issue 11, pp. 57-65, New York: ACM, 2011

52. Gleixner T., Niehaus D., Hrtimers and Beyond: Transforming the Linux Time Subsystems // Proceedings of the Linux Symposium. Vol. 1. pp. 333-346, 2006

53. Gnuplot homepage // Сайт графической утилиты Gnuplot / URL. http://www.gnuplot.info

54. Gont F., Bellovin S., Defending against Sequence Number Attacks // RFC 6528, 2012

55. Gont F., Security Assessment of the Transmission Control Protocol (TCP) // CPNI, 2009 / PDF. http://www.gont.com.ar/papers/tn-03-09-security-assessment-TCP.pdf

56. Gont F., Yourtchenko A. On the Implementation of the TCP Urgent Mechanism // RFC 6093, 2011

57. Grieco L., Mascolo S., Westwood TCP and easy RED to improve Fairness in High Speed Networks // Proceedings of IFIP/IEEE Seventh International Workshop on Protocols For High-Speed Networks, PfHSN02, pp. 130-146, 2002

58. Ha S., Rhee I., Xu L., CUBIC: a new TCP-friendly high-speed TCP variant // ACM SIGOPS Operating Systems Review, Volume 42, Issue 5, pp. 64-74, 2008

59. Handley M, Padhye J., Floyd S., TCP Congestion Window Validation // RFC 2861, 2000

60. Harhalakis S., Samaras N., Vitsas V., An Experimental Study of the Efficiency of Explicit Congestion Notification // PCI '11 Proceedings of the 15th Panhellenic Conference on Informatics, pp. 122-126

61. Hayes D., Armitage G, Revisiting TCP Congestion Control using Delay Gradients // Proceedings of 10th International IFIPTC 6 Networking Conference, 2011

62. Hemminger S., A Baker's Dozen of TCP bakeoff? // proc. Linux Plumbers Conference, Santa Rosa, 2011

63. Henderson Т., Floyd S., Gurtov A., Nishida Y. The NewReno Modification to TCP's Fast Recovery Algorithm // RFC 6582, 2012

64. IA-PC HPET (High Precision Event Timers) Specication. Rev. 1.0a. Intel Corporation, 2004

65. IEEE Std. 1003.1-2001 Standard for Information Technology — Portable

66. Operating System Interface (POSIX).

67. Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual. Volume 3A: System Programming Guide, Part 1, Intel Corporation, 2011

68. Issariyakul T., Hossain E. Introduction to Network Simulator NS2. 2nd ed. New York, Springer, 2012.

69. Jacobson V., Braden R., Borman D. TCP Extensions for High Performance // RFC 1323, 1992.

70. Jacobson V., Congestion Avoidance and Control // Computer Communication Review, vol. 18, no. 4, pp. 314-329, 1988

71. Jacobson V., Karels M., Congestion Avoidance and Control // ACM SIGCOMM'88,1988

72. Jain M., Dovrolis C., End-to-End Available Bandwidth: Measurement Methodology, Dynamics, and Relation with TCP Throughput // Proceedings of ACM SIGCOMM, Aug. 2002, pp. 295-308

73. Jin C. et al., FAST TCP: from theory to experiments // Network, IEEE, vol. 19, issue l,pp. 4-11,2005

74. Jin C. et al., Method and apparatus for network congestion control using queue control and one-way delay measurements // US patent number 7693052

75. Jin C. et al., Method and apparatus for network congestion control // US patent number 7974195

76. Karn P., Partridge C., Improving round-trip time estimates in reliable transport protocols // ACM SIGCOMM Computer Communication Review, volume 17, issue 5, pp. 2-7, 1987

77. Kelly T., Scalable TCP: improving performance in highspeed wide area networks // ACM SIGCOMM Computer Communication Review, Volume 33, Issue 2, pp. 83-91,2003

78. Kuliamin V. V., Pakoulin N. V., Petrenko A. K., Practical Approach to Specification and Conformance Testing of Distributed Network Applications // Lecture Notes in Computer Science, Vol. 3694, pp. 68-83, Springer-Verlag, 2005

79. Kuliamin V. V., Petrenko A. K., Pakoulin N. V., Kossatchev A. S., Bourdonov I. B., Integration of Functional and Timed Testing of Real-Time and Concurrent Systems // Lecture Notes in Computer Science, vol. 2890, pp. 450-461, SpringerVerlag, 2003

80. Kwon K.-D., Sugaya M., Nakajima T., KTAS: Analysis of Timer Latency for Embedded Linux Kernel // International Journal of Advanced Science and Technology, vol. 19, pp. 59-70, 2010

81. Kwon M., Fahmy S., A Comparison of Load-based and Queue-based Active Queue Management Algorithms // proc. SPIE ITCom, pp. 35-46, 2002

82. La R., Walrand J., Anantharam V., Issues in TCP Vegas. UCB/ERL Memorandum, No. M99/3, UC Berkeley, 1999

83. Lain R., Chiu D. M., Hawe W., A Quantitative Measure of Fairness and Discrimination for Resource Allocation in Shared Systems. Technical Report, Digital Equipment Corporation, DEC-TR-301, 1984

84. Leiner B. M., Cole R., Postel J., Mills D. The DARPA Internet Protocol Suite // IEEE Commun. Magazine, vol. 23, pp. 29-34, March 1985.

85. Leith D. et al., Experimental Evaluation of Delay/Loss-based TCP Congestion Control Algorithms // Proceedings of the 6th International workshop on Protocols for Fast Long-Distance Networks (PFLDnet), 2008

86. Leith D., Shorten R., McCullagh G, Experimental evaluation of Cubic-TCP // Proceedings of the 6th International Workshop on Protocols for Fast LongDistance Networks, 2008

87. Li Y., Leith D., Shorten R., Experimental Evaluation of TCP Protocols for HighSpeed Networks // IEEE/ACM Transactions on Networking, vol. 15, no. 5, pp. 1109-1122, 2007

88. Liu S., Basar T., Srikant R., Exponential RED: A Stabilizing AQM Scheme for Low- and High-speed TCP Protocols // IEEE/ACM Transactions on Networking, vol. 13, no. 5, pp. 1068-1081, 2005

89. Liu S., Basar T., Srikant R., "\TCP-Illinois: A Loss and Delay-Based Congestion

90. Control Algorithm for High-Speed Networks'^ I I Proceedings of the 1st international conference on Performance evaluation methodolgies and tools, 2006

91. Mahajan R., Floyd S., Wetherall D., Controlling High-Bandwidth Flows at the Congested Router // Proceedings to 9th International Conference on Network Protocols (ICNP), 2001

92. Marchese M., QoS over heterogeneous networks, N.J. : John Wiley & Sons, 2007

93. Mascolo S. et al., TCP westwood: Bandwidth estimation for enhanced transport over wireless links // Proceedings of the 7th annual international conference on Mobile computing and networking, pp. 287-297, 2001

94. Mathis M., Heffner J., Packetization Layer Path MTU Discovery // RFC 4821, 2007

95. Mathis M., Mahdavi J., Floyd S., Romanow A., TCP Selective Acknowledgment Options // RFC 2018, 1996

96. May M., Bolot J., Lyles B., Reasons not to deploy RED. Technical report, 1999

97. Melander B., Bjorkman M., Gunningberg P., A New End-to-End Probing and Analysis Method for Estimating Bandwidth Bottlenecks, // proc. IEEE Global Internet Symposium, 2000

98. Mogul J. C„ Minshal G., Rethinking the TCP Nagle Algorithm // ACM SIGCOMM Computer Communication Review, volume 31, issue 1, pp. 6-20, 2001

99. Nabeshima M., Yata K., Improving the Convergence Time of Highspeed TCP // IEEE International Conference on Networks (ICON2004), pp. 19-23, 2004

100. Nagle J., Congestion Control in IP/TCP Internetworks // RFC 896, 1984

101. Nagle J., On Packet Switches with Infinite Storage // RFC 970, 1985

102. Narten T., Assigning Experimental and Testing Numbers Considered Useful // RFC 3692, 2004

103. Nichols K., Jacobson V., Controlling Queue Delay // Communications of the ACM, Vol. 55 No. 11, pp. 42-50, New York: ACM, 2012

104. Paxson V., Measurements and Analysis of End-to-End Internet Dynamics. Ph.D. dissertation, University of California at Berkeley, 1997

105. Paxson V., Allmam M., Chu J., Sargent M. Computing TCP's Retransmission Timer//RFC 6298, 2011

106. Piscitello D. M., Chapin A. L. Open Systems Networking: TCP/IP and OSI. Boston, Addison-Wesley, 1993

107. Postel J. Transmission Control Protocol // RFC 793 (STD7), 1981

108. Prasad R., Dovrolis C., Murray M., Claffy K., Bandwidth estimation: metrics, measurement techniques, and tools // Network, IEEE, Volume 17, Issue 6, 2003, p. 27-35

109. Ramakrishnan K., Floyd S., Black D. The Addition of Explicit Congestion Notification (ECN) to IP// RFC 3168, 2001.

110. Reynolds J., Postel J. Official Internet Protocols // RFC 1011, 1987

111. Salim J. H., Olsson R., Kuznetsov A., Beyond softnet // proc. 5th Annual Linux Showcase & Conference, pp. 165-172, 2001

112. Savage S., Cardwell N., Wetheral D., Anderson T., TCP Congestion Control With a Misbehaving Receiver // ACM SIGCOMM Computer Communication Review, volume 29, issue 5, pp. 71-78, 1999

113. Shah K., Bohacek S., Johnckheere E., On the performance limitation of Active Queue Management (AQM) // 43rd IEEE Conference on Decision and Control, 2004, pp. 1016-1022

114. Shorten R., Leith D., H-TCP: TCP for High-Speed and Long-Distance Networks // proc. 2nd International Workshop on Protocols for Fast LongDistance Networks, Argonne, 2004

115. Sivov A., The Bufferbloat Problem and TCP: Fighting with Congestion and Latency // Proceedings of the 6th Spring/Summer Young Researchers' Colloquium on Software Engineering SYRCoSE 2012, pp. 109-114, Perm, 2012

116. Sivov A., Sokolov V., The ARTCP Header Structure, Computation and Processing in the Network Subsystem of Linux Kernel // Proceedings of the 5th

117. Spring/Summer Young Researchers' Colloquium on Software Engineering SYRCoSE 2011, pp. 31-35, Yekaterinburg, 2011

118. Souza E., Agarwal D., A highspeed TCP study: characteristics and deployment issues. Tech. Rep. LBNL-53215, Lawrence Berkeley National Lab, 2003

119. Spring N., Wetheral D., Ely D. Robust Explicit Congestion Notification (ECN) Signaling with Nonces // RFC 3540,2003

120. Stewart R. Stream Control Transmission Protocol // RFC 4960, 2007.

121. Stultz J., Aravamudan N., Hart D., We Are Not Getting Any Younger: A New Approach to Time and Timers // Proceedings of the Linux Symposium. Vol. 1. pp. 219-232, 2005

122. Tan K. et al„ Compound TCP: A Scalable and TCP-friendly Congestion Control for High-speed Networks // Proceedings of the 4th International workshop on Protocols for Fast Long-Distance Networks (PFLDNet), 2006

123. Tan L., Yuan C„ Zukerman M., FAST TCP: Fairness and Queuing Issue // IEEE Communications Letters, vol. 9, no. 8, pp. 762-764, 2005

124. Tomlinson R. S. Selecting Sequence Numbers // proc. SIGCOMM/SIGOPS Interprocess Commun. Workshop, ACM, pp. 11-23, 1975

125. Transmission Control Protocol (TCP) Option Numbers // Internet Assigned Numbers Authority (IANA). / URL. http://www.iana.org/assignments/tcp-parameters/

126. Wei D. et al., FAST TCP: motivation, architecture, algorithms, performance // IEEE/ACM Transactions on Networking, Volume 14, Issue 6, pp. 1246-1259, 2006

127. Wei D., Cao P., Low S., TCP Pacing Revisited // Proceedings of the IEEE INFOCOM 2006 Conference on Computer Communications, pp. 56-63, 2006

128. Wei D., Cao P., NS-2 TCP-Linux: an NS-2 TCP implementation with congestion control algorithms from Linux // WNS2 '06: Proceeding from the 2006 workshop on ns-2: the IP network simulator, Article 9

129. Wetherall D., Lindblad C. J., Extending Tel for Dynamic Object-Oriented

130. Programming // Proceedings of the Tcl/Tk Workshop '95, Toronto, July 1995

131. Wu X., A Simulation Study of Compound TCP. Tech. Report, NUS, 2007

132. XGRAPH General Purpose 2-D Plotter // Официальный сайт проекта XGRAPH / URL. http://www.xgraph.org

133. Xu L., Harfoush K., Rhee I., Binary Increase Congestion Control for Fast, Long Distance Networks // proc. of the 23rd Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies (INFOCOM), vol. 4, pp. 2514-2524, 2004

134. Zhang C., Yin J., Cai Z., RSFB: a Resilient Stochastic Fair Blue algorithm against spoofing DDoS attacks // proc. International Symposium on Communication and Information Technology (ISCIT), 2009

135. Zhang Y. et al., On the Constancy of Internet Path Properties // Proceedings of the 1st ACM SIGCOMM Workshop on Internet Measurement, ACM, pp. 197211,2001