次世代高速ネットワークに向けたTCP/IP通信の性能向上に関する研究

昨年度に引き続きTCPレイヤ内でTCP長距離高速通信時のバースト送信問題を解決する技術の研究に取り組んだ。ペーシングと呼ばれるパケット間隔を調節することによってバースト送信を解決する従来技術があるが、イーサネットフレーム間隔を調節する手法のため一つのポートに対して全体で1つの速度制御しかできなかった。エンド端末のネットワーク速度が高速になるほど、ひとつのリンクを複数の高速な通信で有効利用することが可能であり、この制約を解決することが重要である。主要なアイデアはT秒とより細かい時間感覚で割り込みを起こし、TCP1セッションあたりの送信速度をX=ウィンドウサイズ/(往復遅延時間/T秒)に抑えてバースト送信を防ぐ、というものである。昨年度はソフトウェアタイマを利用した方法に取り組んだが、ソフトウェアタイマの1ミリ秒といった単位ではXが大きくなりすぎて低速通信時のバースト送信が制御できなかった。そこでHPETと呼ばれるハードウェアタイマを用いた制御方法に方式を切り替えた。ハードウェアタイマで100マイクロ秒ごとの割り込みを起こす実装を取った。ソフトウェアタイマと異なり実際のハードウェア資源を用いるため、1つのハードウェアタイマで複数のTCPセッションを処理する必要がある。そこで、1つのハードウェアタイマで周期的に割り込みを行い、現在のすべてのTCPに対してXを送信するという実装を行った。この手法ではプロセッサの一つのスレッドをTCP/IP通信のために用いる必要があるが、プロセッサのシングルスレッド性能向上が頭打ちとなりメニーコア化が主流の現在では、アプリケーション特有の処理に1つのコアを割り当てる手法は妥当であると考える。一方、ハードウェアタイマによる割り込みがNICによる割り込みとぶつかることがあり、そのままでは割り込み禁止中の割り込みによりOSが不安定となった。引き続きこの解決が必要である。

昨年度に引き続きTCPレイヤ内でTCP長距離高速通信時のバースト送信問題を解決する技術の研究に取り組んだ。ペーシングと呼ばれるパケット間隔を調節することによってバースト送信を解決する従来技術があるが、イーサネットフレーム間隔を調節する手法のため一つのポートに対して全体で1つの速度制御しかできなかった。エンド端末のネットワーク速度が高速になるほど、ひとつのリンクを複数の高速な通信で有効利用することが可能であり、この制約を解決することが重要である。主要なアイデアはT秒とより細かい時間感覚で割り込みを起こし、TCP1セッションあたりの送信速度をX=ウィンドウサイズ/(往復遅延時間/T秒)に抑えてバースト送信を防ぐ、というものである。昨年度はソフトウェアタイマを利用した方法に取り組んだが、ソフトウェアタイマの1ミリ秒といった単位ではXが大きくなりすぎて低速通信時のバースト送信が制御できなかった。そこでHPETと呼ばれるハードウェアタイマを用いた制御方法に方式を切り替えた。ハードウェアタイマで100マイクロ秒ごとの割り込みを起こす実装を取った。ソフトウェアタイマと異なり実際のハードウェア資源を用いるため、1つのハードウェアタイマで複数のTCPセッションを処理する必要がある。そこで、1つのハードウェアタイマで周期的に割り込みを行い、現在のすべてのTCPに対してXを送信するという実装を行った。この手法ではプロセッサの一つのスレッドをTCP/IP通信のために用いる必要があるが、プロセッサのシングルスレッド性能向上が頭打ちとなりメニーコア化が主流の現在では、アプリケーション特有の処理に1つのコアを割り当てる手法は妥当であると考える。一方、ハードウェアタイマによる割り込みがNICによる割り込みとぶつかることがあり、そのままでは割り込み禁止中の割り込みによりOSが不安定となった。引き続きこの解決が必要である。