非対称リンクにおける ジャンボフレームの性能評価

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1 非対称リンクにおける ジャンボフレームの性能評価
著者：塩津　達郎 発表：河野　真也 それでは、発表を始めさせていただきます。 選んだテーマは、塩津さんの卒論 非対称リンクにおけるジャンボフレームの性能評価 です

2 研究の目的 非対称リンクでは上りの帯域と下りの帯域には大きな差がある 上りの帯域が少ない状況において、 ジャンボフレームの性能を評価する
例　ADSL 上り　8Mbps（12Mbps，40Mbps） 下り　1Mbps 上りの帯域が少ない状況において、 　 ジャンボフレームの性能を評価する まず研究の目的から説明させていただきます。 非対称リンクでは下りの帯域に重点がおかれていて、上りと下りの帯域に大きな差があります。 例えばADSLの場合、上りの帯域は8Mbpsや12Mbps、40Mbpsとなっていますが、下りの帯域は1Mbpsとなっています。 そこで、この研究では上りの帯域が少ない状況において、下りのスループットを向上するための技術としてジャンボフレームを用いて、その性能を評価します。

3 ジャンボフレーム イーサネットのフレームサイズを拡大 処理すべきパケット数の減少 高速な転送が可能になる
ノーマルフレーム：MTU　1500byte ジャンボフレーム：MTU　9000byte 処理すべきパケット数の減少 高速な転送が可能になる ジャンボフレーム技術とは 高速な転送にともなうマシンの負荷を軽減し、 転送の効率化と端末の処理低減を実現することで、 スループットを向上させる技術です。 通常のイーサネットのMTUは1500byteですが、 ジャンボフレーム技術を利用すると、MTUは9000byteまで拡大されます。 それによって、同じ量のデータを送信する場合に、 単位時間当たりに処理すべきパケットの数が減少し、 高速な転送が可能になります。

4 ジャンボフレームの問題点 輻輳時には必ずしもスループットが高くなるわけではない
コネクションを確立するまでを含めるとスループットが低下する場合がある 解決策 初期RTO 時間をコネクションごとに設定する コネクション確立用のタイムアウト時間を新しく設ける SYN を多重に送信する ジャンボフレーム技術の問題点として、 ネットワークが輻輳状態にある場合は必ずしもスループットが高くなるわけではないことがあげられます。 また、コネクションを確立するまでを含めるとスループットが低下する場合があります。 この問題の解決策として、 初期RTO時間をコネクションごとに設定する。 コネクション確立用のタイムアウト時間を新しく設定する。 SYNパケットを多重に送信する。 などがあげられますが、これらの問題点に対する解決策については研究の範囲外とします。

5 実験内容 上り帯域の制限を変化させた際の スループットの測定 上りのネットワークを輻輳させた状態でのスループットの測定
下り帯域：1000,100,200,300,400,500 Mbps 上りのネットワークを輻輳させた状態でのスループットの測定 下り帯域：1000 Mbps 上り帯域：10,50,100 Mbps DBSを用いて上りのネットワークを輻輳させる 測定に利用するプロトコルはHTTP つぎにこの研究で行った実験の内容を説明します。 今回の研究では2つの実験を行いました。 実験1では、下りの帯域を固定し、上りの帯域を変化させていった際のスループットを測定します。 下りの帯域は1000Mbps、100Mbps、200Mbps、300Mbps、400Mbps、500Mbpsのそれぞれについて実験を行いました。 実験2では、上りと下りの帯域を固定し、上りのネットワークの帯域幅に対するJAMパケット率を変化させていった際のスループットを測定します。 下りの帯域は1000Mbpsに固定で、上りの帯域が10Mbps、50Mbps、100Mbpsのそれぞれについて実験を行いました。 JAMパケットはDBSを用いて送出しています。 どちらの実験でも、wgetを用いてHTTPコネクションを確立して、そのスループットを測定しています。

6 実験環境 実験の環境はこのようになっています。 3台のPCを利用し、1台をルータ、残りの2台を測定用マシンとして利用します。
ルータとなるPC2でdummynet（ダミーネット）を用いて帯域を制限します。 そして、PC3でWebサーバを起動し、PC1からwgetを実行し、HTTPコネクションを確立して、そのスループットを測定します。

7 実験結果（１） 実験1の結果はこのグラフのようになります。 このグラフは下りの帯域を1000Mbpsに固定した場合の結果ですが、
下りの帯域を変えてもだいたい似たようなグラフになりました。 ジャンボフレームの場合、上りの帯域が8Mbps付近で十分なスループットが得られているのに対し、ノーマルフレームの場合、13Mbps付近まで十分なスループットが得られていません。 これは、受信側が単位時間当たりに送信しなければならないACKパケットの数が、 ジャンボフレームを利用した場合のほうが少ないので、 スループットを引き出すのに必要な上り帯域が、 ノーマルフレームを用いた場合よりも小さくてすむためです。

8 必要上り帯域の比較 下り帯域 必要上り帯域 （ジャンボ） （ノーマル） 100 0.7 2.5 200 1.3 5.0 300 1.9
7.0 400 2.7 9.0 500 3.6 11.0 同様に、下りの帯域を変えていった場合の実験結果から、 それぞれの下り帯域でスループットを十分に引き出すのに必要な上り帯域を求めると、 この表のようになります。 この表から、ジャンボフレーム技術を用いることによって、 HTTPコネクションにおいて必要な上り帯域を、 ノーマルフレームを用いたときの1/3から1/4に削減できることが分かります。 単位：Mbps

9 実験結果（２-１） つぎに、実験2の結果です。 これは、下りの帯域を1000Mbps、 上りの帯域を10Mbpsに固定し、
JAMパケット率を変えていったときのグラフになります。

10 実験結果（２-２） そしてこちらが、上り帯域を100Mbpsに固定したときのグラフになります。
それぞれの図において、上りの帯域に占めるJAMパケット率が50％を超えた時点で、 急激にスループットが低下していることが分かります。 また、JAMパケット率が40％以下の状態においては、 上りの帯域が狭いほどジャンボフレームの効果が顕著に現れています。

11 まとめ 上りの帯域幅が下りと比べて極端に狭い際に、上りの帯域削減にジャンボフレームが有用である
受信側から送信側に送信されるACK パケットの数を減らせるため HTTP コネクションにおいてはジャンボフレーム技術を使用することにより、上り帯域をほぼ1/3 から1/4 に削減できる 以上の実験により 上りの帯域幅が下りと比べて極端に狭い際に、上りの帯域削減にジャンボフレームが有用であること。 そしてそれは、受信側から送信側に送信されるACK パケットの数を減らせるためであること。 また、HTTP コネクションにおいてはジャンボフレーム技術を使用することによって、上り帯域をほぼ1/3 から1/4 に削減できること が分かりました。これらのことからジャンボフレーム技術の有効性が分かりました。 以上で発表を終わります。