an analysis of a router-based loss detection service for active reliable multicast protocols
DESCRIPTION
An analysis of a router-based loss detection service for active reliable multicast protocols. M. Maimour, C. Pham RESAM UCB Lyon - INRIA RESO ENS Lyon. ICON’02, Singapor. Thursday, August 29th, 2002. Sender. data. data. data. data. data. data. Receiver. Receiver. Receiver. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
An analysis of a router-based loss detection service for active reliable multicast
protocols
ICON’02, Singapor
M. Maimour, C. Pham
RESAM UCB Lyon - INRIA RESO
ENS Lyon
Thursday, August 29th, 2002
2
A (very) quick overview of multicast
Sender
data
datadata
data
Receiver Receiver Receiver
datadata
Sender
data
datadata
data
Receiver Receiver Receiver
IP multicastRFC 1122
withoutmulticast
withmulticast
multica
st!
multicast!multicast!Everybody's talking
about multicast! Really annoying ! Why would I need
multicast for by the way?
multicast!
multicast!
multicast!
multicast!
multicast!
multicast!
multicast!
multicast!
multicast!
mu
ltic
ast!
multicast!alone
multicast!
4
high-speed www video-conferencing video-on-demand interactive TV programs remote archival systems tele-medecine, white board high-performance computing, grids virtual reality, immersion systems distributed interactive
simulations/gaming…
Challenges for the Internet
Think about…
5
The Wild Wild Web
important data
heterogeneity,link failures,
congested routerspacket loss, packet drop,bit errors…
?
6
At the routing level management of the group address (IGMP) dynamic nature of the group membership construction of the multicast tree (DVMRP,
PIM, CBT…) multicast packet forwarding
At the transport level reliability, loss recovery strategies flow control congestion avoidance
Multicast difficulties
7
What is the problem of loss recovery? feedback (ACK or NACK) implosion replies/repairs duplications difficult adaptability to dynamic
membership changes Design goals
reduces recovery latencies reduces the feedback traffic improves recovery isolation
Reliable multicast
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
••
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
The reliable multicast universe
YOID
ALMI
HBMApplication-based
RMANP
ARMDyRAM
Router supported,active networking
AER
PGM
RLC
RLM
Layered/FEC
CIFL
FLID
Logging server/replier
LBRM
SRM
TRAM RMTP
LMS
XTPEnd to End
MTP
RMF
AFDP
10 human years (means much more in computer year)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
••
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Routers have specific functionalities/services for supporting multicast flows.
Active networking goes a step further by opening routers to dynamic code provided by end-users.
Open new perspectives for efficient in-network services and rapid deployment.
RMANP
ARMDyRAM
AER
PGM
Router supported,active networking
10
Ex: Global NACKs suppression
NACK4NACK4
NACK4
NACK4data4
NACK4
only one NACK is forwarded to the source
11
The case of loss detection
Traditionally the loss detection is performed by : the sender (use of ACKs) in sender-
initiated protocols the receivers (use of NACKs) in receiver-
initiated protocols We want to investigate a router-
supported loss detection service
12
Motivations and design choices
Enable early packet loss detection (EPLD) to reduce the latency
Routers keep track of the packet sequence: 2 variables per multicast session
Implemented as an active service, executed by an active router
EPLD services are enabled at specific locations in the network
13
"Satellite picture" of the Internet
from UREC, http://www.urec.fr
14
Users' accesses
offices
campus
residentials
Network Provider
metro ring
Network Provider
PSTNADSLCable…
Internet
InternetDataCenter
15
1st step: Analysis and network model
Each node is modeled by a M/G/1 queue.
The delay analysis is based on the mean waiting time of the system.
16
The methodology
The different mean flow rates λ1, λ2,... λn of the node with their respective service requirement X1, X2, ..., Xn.
The load ρ at this node can be computed using : ρ = Σλi E[Xi].
The mean waiting time (P-K formula) : E[W]= Σλi E[Xi
2] / 2(1- ρ)
17
Performance comparaison
Protocol A : Nacks suppression Subcast
Protocol D : Nacks suppression Subcast Early Packet Loss Detection service
18
Numerical results
The router position influence Loss detection service as a function of
the loss rate Maximum loss rate supported by the
system Required processing power at the
routers so they are never the bottleneck Load at the different nodes The gain as a function of B (# recv)
19
Router position
20
Router position (cont.)
21
Loss detection service gain
22
Max loss rate supported as a function of the processing power of the routers
23
Required processing power at the routers so they are never the bottleneck
24
Load at the different nodes
low overhead
!
25
The gain as a function of B
26
2nd step: Adding EPLD in DyRAM
DyRAM is an active reliable multicast protocol with local recoveries from elected repliers
more accurate model
27
Simulation results
p=0.25
#grp: 6…244 receivers/group
EPLD is very beneficialto DyRAM
simulation resultsvery close to thoseof the analyticalstudy
28
Conclusions
Early packet loss detection by routers is found to enhance the performances of reliable multicast
Reduction of the recovery latency is targeted to enable distributed applications on computational grids
Simulations and experimental test-beds are encouraging
Incorporated into egde-routers?