クライアントリンクがボトルネックとなる場合

図3.8は，N_S = 64，V = 1 Gbps，S = 32 KB，x = 0.1 %，ポートバッファサイズが40パ ケット分としたときのグッドプット性能を示す．また，図3.9は，ボトルネックとなるクライアン トリンクのポートバッファの，すべてのTCP^とUDPのパケットを含めた最大キュー長（Qmax） を示す．両図において，凡例“NCTP”は，インキャスト回避手法を使わない標準のTCP^を示す．

また，凡例“FGTCP”は，細粒度タイマを使うTCPで，RTOminに200µsecを設定する．さら に，凡例“CCSTCP”，“NCCSTCP”，“OCSTCP”は，それぞれ，本論文で提案する完全直列化 法，準完全直列化法，最適直列化法を指す．

図3.8^{をみると，}NTCP^とICTCPについて，アクティブサーバ数が15を超えた付近において，

急激なグッドプット低下が確認できる．この理由は，図3.9^{に示すように，}Qmaxがポートバッファ 容量の上限である40パケットに容易に到達できる状態になっていることから，バッファオーバー フローにより，大量のパケット消失が発生しているためである．ICTCPは，インキャストが発生 しないように，各コネクションのウィンドウサイズを減少させる動作をするが，その最小値は2×

'ŽŽĚƉƵƚ΀DďƉƐ΁

dŚĞŶƵŵďĞƌŽĨĂĐƚŝǀĞƐĞƌǀĞƌƐ Ϭ

ϮϬϬ ϰϬϬ ϲϬϬ ϴϬϬ ϭϬϬϬ ϭϮϬϬ

Ϭ ϭϬ ϮϬ ϯϬ ϰϬ ϱϬ ϲϬ ϳϬ

&'dW K^dW E^dW;<сϴͿ E^dW;<сϰͿ

E^dW;<сϮͿ ^dW /dW EdW

図3.8: V = 1 Gbps^，S = 32 KB^{のときのグッドプット}

DĂdžŝŵƵŵƋƵĞƵĞůĞŶŐƚŚ΀ƉĂĐŬĞƚƐ΁

Ϭ ϭϬ ϮϬ ϯϬ ϰϬ ϱϬ

Ϭ ϭϬ ϮϬ ϯϬ ϰϬ ϱϬ ϲϬ ϳϬ

&'dW K^dW E^dW;<сϴͿ E^dW;<сϰͿ

E^dW;<сϮͿ ^dW /dW EdW

dŚĞŶƵŵďĞƌŽĨĂĐƚŝǀĞƐĞƌǀĞƌƐ

図3.9: V = 1 Gbps，S = 32 KBのときの最大キュー長

MSSである．そのため，もし，アクティブサーバ数が20 (^{ポートバッファ容量}40^パケット/^最小 ウィンドウサイズ2 MSS)よりも大きくなれば，インキャストは高い確率で発生する．図3.8を見 ると，ICTCPのグッドプット低下は，アクティブサーバ数が20のときではではなく，15付近で 発生している．この理由は，ICTCPの広告するウィンドウサイズは，常に2 MSS が設定される ものではなく，ときどき2 MSSよりも大きな値を設定されるためである．それゆえ，ICTCP^を用 いた場合，アクティブサーバ数が20未満のときにおいても，インキャスが発生する可能性がある．

図3.9を見ると，想定した通り，完全直列化法を使うことで，最小のQmaxを達成できているが，

一方で，図3.8を見ると，クライアントの帯域幅は使い切ることができず，そのグッドプットは約 450Mbpsであることがわかる．図3.9を詳細に見ると，完全直列化法のQ_maxは0で一定になっ ていないことがわかる．この理由は，バックグラウンドトラフィックによりキューイングが発生す るからである．それゆえ，完全直列化法を使用したときは，スイッチは，バックグラウンド用の わずかなポートバッファ容量だけあればよいことがわかる．

準完全直列化法を使用したときについては，K = 2^とK = 4^{とを比較すると，}K = 4^を設定 したときは，クライアントリンクの帯域幅をほとんど使い切ることができるが，Q_maxは，K = 2 を設定したときよりも大きな値になっている．このシミュレーションで用いたパラメータの組合 せでは，多重度変数の値を増加させたとしても，インキャストは発生しなかったが，一般に，多 重度変数の値を増加させると，ネットワーク中に存在する最大パケット数が増加するため，イン キャストが発生しやすくなる（図3.12^と図3.16を参照）．従って，準完全直列化法を使って，ク ライアントリンクの帯域幅を使い切るためには，最適なKの値を設定する必要があるが，現時点 では，Kの値の最適化を行うアルゴリズムは明らかになっていない．

一方，最適直列化法を使うことで，ポートバッファの使用率を低く抑えた状態で，クライアントリ ンクの帯域幅をほぼ使い切ることが確認できる．また，そのグッドプットは，K = 4の準完全直列化 法よりも，わずかに高い値を示している．最適直列化法のTCPパケットの最大キュー長Q^{T CP}_max ^は，式 (3.2)^と，式(3.9)^，式(3.10)^，式(3.11)^から，BaseBDP pkt =⌈1Gbps×100µsec/(1500×8)⌉= 9^， wnd pkt = 4^，nmin = 3^，Q^{T CP}_max = 8×3−9 = 15^{となる．他方，図}3.9^{に示す最大キュー長を} 見ると，最適直列化法の最大キュー長Q_max^は13^である．Q_max^とQ^{T CP}_max ^{が互いに近い値にな} る理由は，UDPのバックグラウンドトラフィックが非常に小さい（V ×x/100×1/N_S×N_S = 1Gbps×0.1/100×1/64×64 = 10Mbps）ためである．

FGTCPについては，図3.9をみると，Q_maxはポートバッファ容量の上限に到達しているため，

再送タイムアウトが頻発していることが想像できる．しかし，再送タイムアウト時間の最小値を

200µsecに設定していることで，再送がより適切なタイミングで実施されているため，図3.8^に示

すようにグッドプットは高い値になる．しかし，アクティブサーバ数が大きくなる（図3.8^のアク ティブサーバ数が40を超える）とグッドプットの低下が確認できる．この理由は，4章で述べる ように，再送タイムアウトが短い期間で何度も発生するためである．但し，グッドプットの減少 は，NTCPとICTCPほどは大きくない．

図3.10^と図3.11は，クライアントが，バリア同期アプリケーションに係る最初のSYN^セグメ ントを送信してから，クライアントがすべてのSRUを受信し終えるまでの期間を示す時間を示す．

この時間のことを，ミッション完了時間（Mission Complete Time^．以降，MCT^{と表記）と呼び，}

この値が小さければ小さいほど良い性能であることを意味する．クライアントがSRU送信要求を 開始してから，すべてのSRUの受信を完了するまでの全時間を通して，クライアントリンクの帯 域幅を使い切ったという条件下でのMCTを，MCT理想値と呼ぶと，MCT理想値は以下のよう

dŚĞŶƵŵďĞƌŽĨĂĐƚŝǀĞƐĞƌǀĞƌƐ Ϭ͘ϭ

ϭ ϭϬ ϭϬϬ ϭϬϬϬ ϭϬϬϬϬ

Ϭ ϭϬ ϮϬ ϯϬ ϰϬ ϱϬ ϲϬ ϳϬ

&'dW K^dW E^dW;<сϴͿ E^dW;<сϰͿ E^dW;<сϮͿ

^dW /dW EdW /ĚĞĂů

DŝƐƐŝŽŶĐŽŵƉůĞƚĞƚŝŵĞ΀ŵƐĞĐ΁

図3.10: V = 1 Gbps^，S= 32 KB^のときのMCT^（対数）

dŚĞŶƵŵďĞƌŽĨĂĐƚŝǀĞƐĞƌǀĞƌƐ Ϭ

ϱ ϭϬ ϭϱ ϮϬ Ϯϱ ϯϬ ϯϱ ϰϬ

Ϭ ϭϬ ϮϬ ϯϬ ϰϬ ϱϬ ϲϬ ϳϬ

&'dW K^dW

E^dW;<сϴͿ E^dW;<сϰͿ

E^dW;<сϮͿ ^dW

/dW EdW

/ĚĞĂů

DŝƐƐŝŽŶĐŽŵƉůĞƚĞƚŝŵĞ΀ŵƐĞĐ΁

図 3.11: V = 1 Gbps，S = 32 KBのときのMCT

'ŽŽĚƉƵƚ΀DďƉƐ΁

dŚĞŶƵŵďĞƌŽĨĂĐƚŝǀĞƐĞƌǀĞƌƐ Ϭ

ϮϬϬϬ ϰϬϬϬ ϲϬϬϬ ϴϬϬϬ ϭϬϬϬϬ ϭϮϬϬϬ

Ϭ ϰϬ ϴϬ ϭϮϬ ϭϲϬ ϮϬϬ ϮϰϬ ϮϴϬ

&'dW K^dW E^dW;<сϴͿ E^dW;<сϰͿ

E^dW;<сϮͿ ^dW /dW EdW

図3.12: V = 10 Gbps^，S = 512 KB^{のときのグッドプット} に定義できる．

MCT =N_a×

⌈ S MSS

⌉

×MSS + 40

V (3.12)

ここで，Naはアクティブサーバ数を指す．例えば，S = 32 KB^，V = 1 Gbps^，Na = 8^のとき は，MCT^{理想値は，}2.2msec^{となる．ただし，この}MCT理想値の計算は，伝送に必要な計算時 間や，伝播遅延時間の値はほとんど無視できるものとして扱うため，考慮していない．また，計 算においては，クライアントは，TCPのウィンドウ制御の制約を受けることなく，帯域幅を使い 切ることができると想定している．

図3.10と図3.11を見ると，準完全直列化法（K = 4とK= 8）と，最適直列化法のMCTは，

MCT理想値とほとんど等しいことがわかる．従って，これらの直列化法を用いることで，イン キャストを発生させることなく，クライアントリンクの帯域幅を使い切れているといえる．

図3.12 ∼^図3.15^は，N_S = 256^，V = 10 Gbps^，S = 512 KB^，x = 0.1 %^{，ポートバッファ} 容量が200パケット分のときの，それぞれ，グッドプットとQ_max，MCT（対数と真数）を示す．

前述したように，K= 8を設定したときの準完全直列化法を見ると，K値に大きい値を設定した ことで，インキャストが発生していることを確認できる．そのため，K = 8を設定したときの準 完全直列化法は，NTCPよりもグッドプットが低下する．図3.12では，最適直列化法がもっとも 良い性能になっている．最適直列化法において，式(3.11)^より，BaseBDP pkt = 84^，nmin= 4^， wnd pkt = 21^{であるから，}Q^{T CP}_max = 84 (= 2×4×21−84)が求められる．他方，シミュレー ション結果を見ると，Q_max= 90である．このシミュレーションで用いたパラメータの組合せで

DĂdžŝŵƵŵƋƵĞƵĞůĞŶŐƚŚ΀ƉĂĐŬĞƚƐ΁

dŚĞŶƵŵďĞƌŽĨĂĐƚŝǀĞƐĞƌǀĞƌƐ Ϭ

ϱϬ ϭϬϬ ϭϱϬ ϮϬϬ ϮϱϬ

Ϭ ϰϬ ϴϬ ϭϮϬ ϭϲϬ ϮϬϬ ϮϰϬ ϮϴϬ

&'dW K^dW E^dW;<сϴͿ E^dW;<сϰͿ

E^dW;<сϮͿ ^dW /dW EdW

図3.13: V = 10 Gbps^，S = 512 KB^{のときの最大キュー長}

dŚĞŶƵŵďĞƌŽĨĂĐƚŝǀĞƐĞƌǀĞƌƐ

DŝƐƐŝŽŶĐŽŵƉůĞƚĞƚŝŵĞ΀ŵƐĞĐ΁

Ϭ͘ϭ ϭ ϭϬ ϭϬϬ ϭϬϬϬ ϭϬϬϬϬ

Ϭ ϰϬ ϴϬ ϭϮϬ ϭϲϬ ϮϬϬ ϮϰϬ ϮϴϬ

&'dW K^dW

E^dW;<сϴͿ E^dW;<сϰͿ

E^dW;<сϮͿ ^dW

/dW EdW

/ĚĞĂů

図 3.14: V = 10 Gbps，S= 512 KBのときのMCT（対数）

dŚĞŶƵŵďĞƌŽĨĂĐƚŝǀĞƐĞƌǀĞƌƐ

DŝƐƐŝŽŶĐŽŵƉůĞƚĞƚŝŵĞ΀ŵƐĞĐ΁

Ϭ ϱϬ ϭϬϬ ϭϱϬ ϮϬϬ ϮϱϬ ϯϬϬ ϯϱϬ ϰϬϬ ϰϱϬ ϱϬϬ

Ϭ ϰϬ ϴϬ ϭϮϬ ϭϲϬ ϮϬϬ ϮϰϬ ϮϴϬ

&'dW K^dW E^dW;<сϴͿ E^dW;<сϰͿ E^dW;<сϮͿ

^dW /dW EdW /ĚĞĂů

図3.15: V = 10 Gbps^，S = 512 KB^のときのMCT

は，UDPトラフィックが若干多い（10Gbps×0.1/100×1/1024×1024 = 100Mbps^{）そのため，}

Qmaxは，Q^{T CP}_max ^{よりも若干多くなる．}

さらに，別のパラメータの組合せ（N_S = 1024^，V = 10 Gbps^，S= 128 KB^{，その他のパラメー} タは図3.12∼3.15と同様）により取得したシミュレーション結果について，グッドプットと，Q_max， MCT（対数と真数）を，それぞれ，図3.16，図3.17，図3.18，図3.19に示す．これらの図を見る と，前述した図3.12 ∼3.15と同様の傾向が確認できる．最適直列化法について，BaseBDP pkt

= 84^，nmin= 6^，wnd pkt = 15^{であるから，式}(3.11)^より，Q^{T CP}_max = 96 (= 2×6×15−84)^が 求まる．他方，シミュレーション結果は，Qmax= 105を示す．この理由は，図3.13^{のときと同様} に，UDPトラフィックが若干多いために，Qmaxが，Q^{T CP}_max よりも若干大きくなる．

以上の結果より，最適直列化法はインキャスト回避には最良と言える．

dŚĞŶƵŵďĞƌŽĨĂĐƚŝǀĞƐĞƌǀĞƌƐ

'ŽŽĚƉƵƚ΀DďƉƐ΁

Ϭ ϮϬϬϬ ϰϬϬϬ ϲϬϬϬ ϴϬϬϬ ϭϬϬϬϬ ϭϮϬϬϬ

Ϭ ϮϬϬ ϰϬϬ ϲϬϬ ϴϬϬ ϭϬϬϬ

dW&' K^dW E^dW;<сϴͿ E^dW;<сϰͿ

E^dW;<сϮͿ ^dW /dW EdW

図3.16: V = 10 Gbps，S = 128 KBのときのグッドプット

DĂdžŝŵƵŵƋƵĞƵĞůĞŶŐƚŚ΀ƉĂĐŬĞƚƐ΁

dŚĞŶƵŵďĞƌŽĨĂĐƚŝǀĞƐĞƌǀĞƌƐ Ϭ

ϱϬ ϭϬϬ ϭϱϬ ϮϬϬ ϮϱϬ

Ϭ ϮϬϬ ϰϬϬ ϲϬϬ ϴϬϬ ϭϬϬϬ

dW&' K^dW E^dW;<сϴͿ E^dW;<сϰͿ

E^dW;<сϮͿ ^dW /dW EdW

図3.17: V = 10 Gbps^，S = 128 KB^{のときの最大キュー長}

dŚĞŶƵŵďĞƌŽĨĂĐƚŝǀĞƐĞƌǀĞƌƐ

DŝƐƐŝŽŶĐŽŵƉůĞƚĞƚŝŵĞ΀ŵƐĞĐ΁

Ϭ͘ϭ ϭ ϭϬ ϭϬϬ ϭϬϬϬ ϭϬϬϬϬ ϭϬϬϬϬϬ

Ϭ ϮϬϬ ϰϬϬ ϲϬϬ ϴϬϬ ϭϬϬϬ

dW&' K^dW

E^dW;<сϴͿ E^dW;<сϰͿ

E^dW;<сϮͿ ^dW

/dW EdW

/ĚĞĂů

図 3.18: V = 10 Gbps^，S= 128 KB^のときのMCT^（対数）

dŚĞŶƵŵďĞƌŽĨĂĐƚŝǀĞƐĞƌǀĞƌƐ

DŝƐƐŝŽŶĐŽŵƉůĞƚĞƚŝŵĞ΀ŵƐĞĐ΁

Ϭ ϭϬϬ ϮϬϬ ϯϬϬ ϰϬϬ ϱϬϬ ϲϬϬ ϳϬϬ ϴϬϬ ϵϬϬ ϭϬϬϬ

Ϭ ϮϬϬ ϰϬϬ ϲϬϬ ϴϬϬ ϭϬϬϬ

dW&' K^dW

E^dW;<сϴͿ E^dW;<сϰͿ

E^dW;<сϮͿ ^dW

/dW EdW

/ĚĞĂů

図3.19: V = 10 Gbps，S = 128 KBのときのMCT

ůŝĞŶƚϭ

ƵĨĨĞƌWŽƌƚ

^ǁŝƚĐŚ y

ůŝĞŶƚϮ

ůŝĞŶƚE

ƵĨĨĞƌWŽƌƚ

^ĞƌǀĞƌϭ

^ĞƌǀĞƌϮ

^ĞƌǀĞƌϯ

^ĞƌǀĞƌE_^

^ǁŝƚĐŚ y^ϭ

ƵĨĨĞƌWŽƌƚ

^ĞƌǀĞƌϭ

^ĞƌǀĞƌϮ

^ĞƌǀĞƌϯ

^ĞƌǀĞƌE_^

^ǁŝƚĐŚ y^Ϯ

図 3.20: クライアントリンク以外がボトルネックとなる場合のネットワークモデル

ドキュメント内 要約 (ページ 31-40)