FCP: A Flexible Transport Framework for Accommoda:ng - PowerPoint PPT Presentation

FCP: ¡A ¡Flexible ¡Transport ¡Framework ¡ ¡ for ¡Accommoda:ng ¡Diversity ¡ ¡ Dongsu ¡Han ¡(KAIST) ¡ Robert Grandl † ¡ , Aditya Akella † , Srinivasan Seshan * ¡ ¡ † ¡University ¡of ¡Wisconsin-­‑Madison ¡ * Carnegie ¡Mellon ¡University ¡ 1 ¡

Evolu;on ¡of ¡Transport ¡Protocols ¡ Reliability/Loss ¡recovery ¡ In-­‑order ¡delivery ¡ Flow ¡control ¡ Conges;on ¡control ¡ ¡ Transport ¡ Network ¡(IP) ¡ 2 ¡

Evolu;on ¡of ¡Transport ¡Protocols ¡ Transport ¡ Mul;path ¡ Quality ¡of ¡Experience ¡ (QoE) ¡ 3 ¡

Evolu;on ¡of ¡Transport ¡Protocols ¡ Support ¡for ¡diversity: ¡ Mul;-­‑homing, ¡mul;ple ¡paths, ¡ mul;ple ¡sub-­‑streams, ¡ mul;media ¡streaming, ¡ Transport ¡ Web ¡applica;ons, ¡ Mul;path ¡ Data ¡transfer ¡with ¡a ¡deadline ¡ Quality ¡of ¡Experience ¡ (QoE) ¡ 4 ¡

Evolu;on ¡of ¡Transport ¡Protocols ¡ Reliability/Loss ¡recovery ¡ In-­‑order ¡delivery ¡ Flow ¡control ¡ Conges:on ¡control ¡ Conges;on ¡control ¡ ¡ ¡ Transport ¡ 5 ¡

Evolu;on ¡of ¡Transport ¡Protocols ¡ Resource ¡Alloca;on ¡ Conges:on ¡control ¡ ¡ Transport ¡ Coordina:on ¡ Fairness ¡and ¡efficiency ¡ 6 ¡

Problems ¡in ¡Suppor;ng ¡Diversity ¡ ¡ in ¡Conges;on ¡Control ¡ ¡ RCP ¡ XCP ¡ [sigcomm] ¡ D 3 ¡ TCP ¡ ¡ [sigcomm] ¡ Cannot ¡ensure ¡coexistence. ¡ 7 ¡

Evolu;on ¡of ¡TCP ¡ MPTCP ¡ TCP ¡Friendly ¡ TCP ¡Nice ¡ SACK ¡ ¡(1996) ¡ 2010 ¡ Rate ¡Control ¡ FastTCP ¡ NewReno ¡(1999) ¡ ¡ MulTCP ¡ TCP ¡window-­‑ TCP ¡BIC, ¡CUBIC ¡2008 ¡ Explicit ¡Conges;on ¡No;fica;on ¡ scaling, ¡1988 ¡ NewReno ¡ MPTCP ¡ TFRC ¡ CUBIC ¡ 1. End-­‑point ¡flexibility: ¡Purely ¡end-­‑point ¡based ¡ 2. Coexistence: ¡Invariant ¡for ¡fairness ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ (TCP ¡friendliness) ¡ 8 ¡

End-­‑point ¡based ¡vs. ¡Router-­‑Assisted ¡ End-­‑point ¡based ¡[TCP] ¡ High ¡ Can ¡we ¡achieve ¡the ¡ Flexibility, ¡ best ¡of ¡both ¡worlds? ¡ Diversity ¡ Router-­‑Assisted ¡[XCP, ¡RCP] ¡ Feedback ¡on ¡ network’s ¡state ¡ High ¡Efficiency ¡ 9 ¡

Our ¡Approach ¡ 1. ¡Decouple ¡coexistence ¡issues ¡ 2. ¡Introduce ¡generic ¡ abstrac;ons ¡for ¡resource ¡ (fairness ¡and ¡efficiency) ¡from ¡ alloca;on. ¡ end-­‑point ¡control ¡ ¡ Efficiency ¡ Fairness ¡ ¡ Network’s ¡state ¡ ¡ ¡Control ¡ Flexible ¡ (feedback) ¡ End-­‑point’s ¡future ¡ behavior ¡(feed-­‑forward) ¡ Network ¡ End-­‑host ¡ 10 ¡

1 Decoupling for Flexibility Sender ¡ Receiver ¡ Network ¡ Flow ¡1 ¡ Budget ¡W ¡ ¡ ... ¡ PRICE ¡ ¡ ¡ ($/sec) ¡ Flow ¡2 ¡ Sender ¡can ¡distribute ¡its ¡ ¡ Flow ¡n ¡ budget ¡to ¡its ¡flows. ¡ ¡ Flow ¡i’s ¡price: ¡P i ¡ ($/Byte) ¡ Flow ¡i’s ¡budget ¡w i, ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ subject ¡to ¡W ¡≥ ¡Σw i ¡ ¡ Flow ¡i’s ¡rate: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ R i ¡= ¡budget/price ¡= ¡w i ¡/P i ¡ (Byte/sec) ¡ 11 ¡

1 Decoupling for Flexibility Sender ¡ Receiver ¡ Network ¡ Flow ¡1 ¡ Budget ¡W ¡ ¡ ... ¡ PRICE ¡ ¡ ¡ ($/sec) ¡ Flow ¡2 ¡ 2. ¡Flexibility ¡in ¡network ¡ price ¡genera;on. ¡ ¡ Flow ¡n ¡ Invariant ¡for ¡fairness ¡ Flow ¡i’s ¡budget ¡w i, ¡ ¡ ¡ ¡ subject ¡to ¡W ¡≥ ¡Σw i ¡ 1. ¡Flexibility ¡at ¡the ¡end-­‑points ¡ ¡ in ¡how ¡its ¡budget ¡is ¡used. ¡ ¡ 12 ¡

2 a Feedback: Pricing • Feedback: ¡“conges;on ¡price” ¡reflec;ng ¡the ¡ “cost” ¡of ¡sending ¡data ¡across ¡the ¡link ¡[Kelly] ¡ P3 ¡ P2 ¡ P1 ¡ Price ¡= ¡p3 ¡ Price ¡= ¡p3+p2+p1 ¡ Price ¡= ¡p3+p2 ¡ Round ¡Trip ¡Time ¡ Round ¡Trip ¡Time ¡ Round ¡Trip ¡Time ¡ Conges;on ¡Header ¡ Conges;on ¡Header ¡ Conges;on ¡Header ¡ 13 ¡

2 a Feedback: Pricing • Feedback: ¡“conges;on ¡price” ¡reflec;ng ¡the ¡ “cost” ¡of ¡sending ¡data ¡across ¡the ¡link ¡[Kelly] ¡ P3 ¡ P2 ¡ P1 ¡ Sender ¡ ¡ ¡ updates ¡ Price ¡ the ¡rate. ¡ Price ¡feedback ¡= ¡ p3+p2+p1 ¡ Echoback ¡ Rate ¡= ¡budget/price ¡ This ¡implements ¡propor;onal ¡fairness ¡[Kelly]. ¡ ¡ 14 ¡

2 a Feedback: Pricing Price ¡Calcula;on ¡ Router ¡updates ¡the ¡price, ¡upon ¡packet ¡recep;on. ¡ Load ¡ Averaging ¡window ¡= ¡2 ¡x ¡AvgRTT ¡ Recent ¡load ¡ Time ¡ Price ¡($/byte) ¡= ¡ ¡ f(Average ¡recent ¡load) ¡ 15 ¡

2 a Feedback: Pricing Price ¡Calcula;on ¡ Router ¡updates ¡the ¡price, ¡upon ¡packet ¡recep;on. ¡ Instantaneous ¡Incoming ¡budget ¡($) ¡ = ¡ ¡ ¡ Price ¡($/byte) ¡x ¡Bytes ¡Received ¡(bytes) ¡ ¡ Averaging ¡window ¡= ¡2 ¡x ¡AvgRTT ¡ Incoming ¡budget ¡ Time ¡ Average ¡Incoming ¡Budget ¡ Price ¡($/byte) ¡= ¡ ¡ Remaining ¡Link ¡Capacity ¡ 16 ¡

2 a Feedback: Pricing Price ¡Calcula;on ¡ Router ¡stores ¡recent ¡history ¡of ¡price, ¡ price ( t ) Instantaneous ¡ ¡ Incoming ¡budget ¡($) ¡ ¡ price ( t − rtt ) ⋅ size ⋅ dt New ¡Price ¡ Round ¡Trip ¡Time ¡(rq) ¡ Incoming ¡budget ¡ ¡ I(t) = ¡ ∫ price ( t − rtt ) bytes ( t ) dt Time ¡ Average ¡Incoming ¡Budget ¡ Price ¡($/byte) ¡= ¡ ¡ Remaining ¡Link ¡Capacity ¡ 17 ¡

2 b Feed-forward: Preloading 1 ¡($/sec) ¡ à ¡10 ¡($/sec) ¡ Sender ¡ PRICE ¡ ¡ ¡ Price: ¡p ¡ $/byte ¡ Rate ¡= ¡1/p ¡Bps ¡ Rate ¡= ¡10/p ¡Bps ¡ 18 ¡

2 b Feed-forward: Preloading 1 ¡($/sec) ¡ à ¡10 ¡($/sec) ¡ Sender ¡ Rate ¡= ¡1/p ¡ Price ¡ Incoming ¡budget ¡($) ¡ Price ¡ Round ¡Trip ¡Time ¡ Round ¡Trip ¡Time ¡ (1+preload) ¡ ¡ Preload=9 ¡ x ¡price(t-­‑rq) ¡x ¡bytes ¡ Preload=9 ¡ Conges;on ¡Header ¡ Rate ¡= ¡10/p’ ¡ Price ¡goes ¡up ¡(from ¡p ¡to ¡p’) ¡ 19 ¡

Evalua;on ¡ 1. ¡Basic ¡performance ¡of ¡FCP ¡ Flow ¡1 ¡ Budget ¡W ¡ ¡ ... ¡ PRICE ¡ ¡ ¡ ($/sec) ¡ Flow ¡2 ¡ Flow ¡n ¡ 2. ¡End-­‑point ¡budget ¡ ¡ 3. ¡Flexibility ¡in ¡network ¡ alloca;on. ¡ ¡ price ¡genera;on. ¡ ¡ 20 ¡

Fast ¡Convergence/Accurate ¡Feedback ¡ ¡ 100 Sending ¡Rate ¡(Mbps) ¡ RTT ¡= ¡{25ms, ¡50ms, ¡125ms, ¡250ms, ¡625ms ¡} ¡ 80 60 40 20 0 2 4 6 8 10 12 14 Time ¡ 21 ¡

Fast ¡Convergence/Accurate ¡Feedback ¡ ¡ 100 Sending ¡Rate ¡(Mbps) ¡ RTT ¡= ¡{25ms, ¡50ms, ¡125ms, ¡250ms, ¡625ms ¡} ¡ Ideal ¡ 80 60 40 20 0 2 4 6 8 10 12 14 Time ¡ 22 ¡

Fast ¡Convergence/Accurate ¡Feedback ¡ ¡ 100 Sending ¡Rate ¡(Mbps) ¡ RTT ¡= ¡{25ms, ¡50ms, ¡125ms, ¡250ms, ¡625ms ¡} ¡ Ideal ¡ 80 60 40 20 0 2 4 6 8 10 12 14 Time ¡ 23 ¡

Fast ¡Convergence/Accurate ¡Feedback ¡ ¡ 100 Sending ¡Rate ¡(Mbps) ¡ RTT ¡= ¡{25ms, ¡50ms, ¡125ms, ¡250ms, ¡625ms ¡} ¡ Ideal ¡ 80 60 40 20 0 2 4 6 8 10 12 14 Time ¡ 24 ¡

Fast ¡Convergence/Accurate ¡Feedback ¡ ¡ 100 Sending ¡Rate ¡(Mbps) ¡ RTT ¡= ¡{25ms, ¡50ms, ¡125ms, ¡250ms, ¡625ms ¡} ¡ Ideal ¡ 80 60 40 20 0 2 4 6 8 10 12 14 Time ¡ 25 ¡

Fast ¡Convergence/Accurate ¡Feedback ¡ ¡ 100 Sending ¡Rate ¡(Mbps) ¡ RTT ¡= ¡{25ms, ¡50ms, ¡125ms, ¡250ms, ¡625ms ¡} ¡ Ideal ¡ 80 60 40 20 0 2 4 6 8 10 12 14 Time ¡ 26 ¡