Faculté informatique et communications IC, Section de systèmes de communication, Institut de systèmes de communication ISC (Laboratoire pour les communications informatiques et leurs applications 2 LCA2)

Scalable resource reservation for the Internet

Almesberger, Werner ; Le Boudec, Jean Yves (Dir.)

Thèse sciences techniques Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 1999 ; no 2051.

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    Summary
    For some time now, the design of architectures for providing dependable Quality of Service (QoS) on multimedia networks has been a busy topic in academia and industry. In this work we look at practical aspects of Quality of Service, and in particular at resource reservation for the Internet. Initially, our focus was on ATM, which looked like the most promising QoS technology at the time. We proposed, implemented, and demonstrated Arequipa, a mechanism that uses ATM to provide QoS for TCP/IP, and which only requires end-to-end connectivity, but no changes in the ATM network. While ATM still has its place, the Differentiated Services architecture, which returns to the paradigm of packet-oriented processing in the network, is nowadays a more likely candidate for providing a basis for supporting dependable Quality of Service in the Internet. We therefore concentrated on Differentiated Services when looking for solutions to overcome some of the problems we found in the reservation models in Arequipa and the underlying ATM. Our work culminates in the development of SRP, the "Scalable resource Reservation Protocol", a highly scalable yet conceptually simple reservation protocol for TCP/IP. SRP achieves scalability by aggregating flows in the network, and by controlling flow admission by making simple per-packet decisions, which are based on estimates of the bandwidth available for reservation. We give a detailed description of the SRP architecture, including examples of estimation algorithms and an introduction to a novel approach for scalable policing. We describe how we integrated SRP in the ns simulator, and show simulation results. Finally, we have implemented SRP on top of Differentiated Services on Linux, and again we describe the implementation and give measurement results. We also discuss some of the infrastructure-building activities that have resulted from our work, namely the ATM on Linux project, documentation of Linux traffic control, and the Diffserv on Linux project.
    Zusammenfassung
    Die Entwicklung von Architekturen, die eine verlässliche Dienstqualität (Quality of Service, QoS) in Multimedianetzen ermöglichen, ist bereits seit einiger Zeit ein in Forschung und Industrie mit grossem Interesse verfolgtes Thema. In der vorliegenden Arbeit achten wir auf praktische Aspekte von QoS, und speziell auf Ressourcenreservation für das Internet. Anfangs konzentrierten wir uns auf ATM, das damals die vielversprechendste Architectur für QoS zu sein schien. Wir haben Arequipa, einen Mechanismus der ATM verwendet um QoS für TCP/IP bereitzustellen, entwickelt, implementiert, und demonstriert. Arequipa benötigt ATM am ganzen Weg zwischen kommunizierenden Knoten, braucht sonst aber keine Änderungen im Netzwerk. Heutzutage ist die "Differentiated Services" Architektur (Diffserv), die zum Prinzip der paketorientierten Datenverarbeitung im Netzwerk zurückkehrt, ein wahrscheinlicherer Kandidat für QoS im Internet als ATM. Wir haben uns deshalb auf der Suche nach Lösungsansätzen für Probleme, die sich im Rahmen unserer Arbeit mit Arequipa gestellt haben, fortan auf Diffserv konzentriert. Unsere Arbeit gipfelt in der Entwicklung von SRP, dem "Skalierbaren RessourcenreservationsProtokoll", einem hochgradig skalierbaren, dennoch aber konzeptionell einfachen Reservationsprotokoll für TCP/IP. SRP erreicht Skalierbarkeit durch Aggregieren von Datenflüssen im Netzwerk, und durch das Kontrollieren der Verbindungsannahme durch einfache, auf Schätzungen der verfügbaren Bandbreite gestützte Entscheidungen, die für einzelne Pakete getroffen werden. Wir geben eine ausführliche Beschreibung der SRP-Architektur, mit Beispielen für Algorithmen zur Bandbeitenabschätzung, und skizzieren auch einen neuartigen Ansatz für skalierbares Policing. Wir beschreiben, wie wir SRP in den ns Simulator integriert haben, und zeigen Simulationsergebnisse. Schliesslich haben wir SRP auf Diffserv für Linux implementiert, und auch hier beschreiben wir dir Implementierung und zeigen Messergebnisse. Weiter beschreiben wir einige der Aktivitäten zur Bereitstellung von Infrastruktur, die von unserer Arbeit ausgegangen sind, nämlich das "ATM an Linux" Projekt, Dokumentation für Linux Traffic Control, und das Projekt Diffserv für Linux.