O Controle de Congestionamento na Internet

Controle de Congestionamento na Internet

Paulo Vinicius Ribeiro Amaral1

1Centro de Ciências Exatas e Tecnologia – CCET – Universidade Federal de Sergipe (UFS)

Campus Universitário “Prof. José Aloísio de Campos” - Av. Marechal Rondon, S/N – Bairro Jardim Rosa Elze – 49100-000 – São Cristóvão – SE – Brazil

2Department of Computer – University of Sergipe

Sergipe, BR.

3Departamento de Computação

Universidade Federal de Sergipe (UFS) – Sergipe, SE – Brazil

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Abstract. The exaggerated growth of the Internet in recent years has made the use of multimedia applications on the Internet more and more common and the number of transmissions has grown, therefore, this leads to congestion. However, this information flow uses the UDP transport protocol, which ends up using TCP too much.

This work presents a presentation of congestion control mechanisms, in order to adapt UDP flows to work together with TCP connections, trying to avoid a network outage.

Resumo. O crescimento exagerado da internet nos últimos anos tem tornado cada vez mais comum o uso de aplicações multimídia na Internet e o número de transmissões tem crescido, logo, isso traz como consequência o congestionamento da mesma. Contudo, esse fluxo de informações utilizam o protocolo de transporte UDP, que acaba usufruindo demasiadamente do TCP.

No presente trabalho é realizado uma apresentação de mecanismos de controle de congestionamento, afim de adaptar os fluxos UDP para trabalharem em conjunto com as conexões TCP, tentando evitar uma queda da rede.

1. Introdução

De acordo com o rápido avanço tecnológico dos sistemas de comunicação, muitas pesquisas tem sido realizadas para melhorar a transferência de dados através das redes de computadores, atendendo prioridades para o envio de informações e questões de segurança e confiabilidade. A Internet, que conecta milhões de equipamentos em todo o mundo, e redes locais, que são encontradas em um local específico como um prédio, uma empresa ou uma universidade. Cada vez mais equipamentos como telefones celulares, televisores e outros equipamentos incomuns como lâmpadas e geladeiras estão sendo conectados a rede, mais especificamente na Internet, o qual permite o compartilhamento de informações de forma simples e eficiente sem contar o fato de acelerar o tempo de execução dos serviços, como acessar uma conta bancária. Este gradativo crescimento de sistemas, cada vez mais começa a congestionar a rede, podendo ocasionar vários atrasos para a entrega dos dados, perda de informações ou parte da mesma.

Os usuários que fazem uso de uma rede, compartilham a largura de banda disponível. Assim que a carga enviada pelos usuários é maior que a capacidade da rede acontece o congestionamento. Assim, os usuários devem reagir ao congestionamento ajustando suas taxas de transmissão, para impedir a queda causada pelo congestionamento e assegurar um eficiente uso da rede.

O aumento da popularidade da Internet tem causado um crescimento na busca de tráfego e o seu sucesso é merecido por causa do uso do protocolo Internet Protocol (IP) responsável pela transferência de dados.

Na Internet, utilizam-se dois protocolos de transporte: UDP (User Datagram Protocol — Protocolo de Datagrama do Usuário) e TCP (Transmission Control Protocol— Protocolo de Controle de Transmissão), que manipulam o envio e o recebimento de dados. Porém, apenas o protocolo TCP oferece um controle de fluxo e de congestionamento. O controle de fluxo garante que nenhum das partes cliente e servidor sobrecarregue um ao outro enviando muitos pacotes. O controle de congestionamento contribui para que a Internet não fique engarrafada.

Assim que ocorre o congestionamento e alguns pacotes são descartados, ocorre a diminuição da demanda e o aumento do atraso dos tráfegos. O usuário, ao comprovar que os dados estão causando congestionamento, não pode enviar novos pacotes à rede, até que os pacotes enviados anteriormente tenham sido entregues.

Para [KUROSE et al, 2010] um protocolo define o formato e a ordem das mensagens trocadas entre duas ou mais entidades comunicantes, bem como as ações realizadas na transmissão e/ou recebimento de uma mensagem ou outro evento.

No entanto, nem todas as aplicações para transmissão de áudio e vídeo [REALNETWORKS 2000] utilizam, como protocolo de transporte, o TCP e, portanto, não praticam o mesmo conceito de um compartilhamento justo de largura de banda. Essas aplicações, tipicamente, não obedecem a nenhuma notificação de controle de congestionamento.

O oferecimento crescente dos serviços de banda larga tem tornado cada vez mais comum o uso de aplicações multimídia na Internet e o número de transmissões de áudio e vídeo tem crescido nos dias atuais. Tais fluxos tipicamente utilizam o protocolo de transporte UDP, que se comporta de forma injusta em relação ao TCP, pois os fluxos TCP reduzem sua taxa de transmissão de dados numa tentativa de eliminar o congestionamento, enquanto os fluxos UDP continuam a transmitir a taxa desejável. [FLOYD et al, 1999].

Faz-se necessário, portanto, definir mecanismos de controle de congestionamento e regras para calcular o nível de congestionamento da rede e adaptar os fluxos UDP para coexistirem com as conexões TCP, transformando o tráfego UDP das aplicações multimídia em amigáveis ao TCP, tentando evitar, assim, um colapso na rede e a inanição do tráfego TCP. [FLOYD 2000].

Um programa de políticas de controle de congestionamento em redes é altamente complexo pois depende de vários fatores como: hardware, sua complexidade, tamanho da rede e complexidade e atrasos de informação. Sempre que a saída de dados é rápida consegue-se desconsiderar pequenos atrasos na entrega de dados e, diante disso, o projeto de controle de fluxo é um problema estagnado.

No entanto, com o carregamento contínuo das redes de comunicação, esse cenário não é muito realista pois a quantidade de dados a ser processada estabelece atrasos importantes, e o projeto da política de controle de congestionamento da rede transforma-se em um problema dinâmico. Assim, o estudo da estabilidade associada ao desempenho do sistema dinâmico se torna essencial.

2. Protocolos aliados ao TCP.

Neste Capítulo, os protocolos que se comunicam ao TCP são apresentados, mostrando o seu controle de congestionamento e elementos