Thèse soutenue

Mécanismes de bout en bout pour améliorer la latence dans les réseaux de communication

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Auteur / Autrice : Baptiste Jonglez
Direction : Martin HeusseBruno Gaujal
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Informatique
Date : Soutenance le 23/10/2020
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 1995-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique de Grenoble
Equipe de recherche : Équipe-projet Évaluation et optimisation des performances des grandes infrastructures (Montbonnot-Saint-Martin, Isère ; 2016-....) - Drakkar
Jury : Président / Présidente : Isabelle Guérin-Lassous
Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Urvoy-Keller, Anna Karin Brunstrom
Rapporteurs / Rapporteuses : André-Luc Beylot, Guillaume Urvoy-Keller

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Les technologies réseau qui font fonctionner Internet ont beaucoup évolué depuis ses débuts, mais il y a un aspect de la performance des réseaux qui a peu évolué : la latence. En 25 ans, le débit disponible en couche physique a augmenté de 5 ordres de grandeur, tandis que la latence s'est à peine améliorée d'un ordre de grandeur. La latence est en effet limitée par des contraintes physiques fortes comme la vitesse de la lumière.Cette évolution différenciée du débit et de la latence a un impact important sur la conception des protocoles et leur performance, et notamment sur les protocoles de transport comme TCP. En particulier, cette évolution est indirectement responsable du phénomène de "Bufferbloat" qui remplit les tampons des routeurs et exacerbe encore davantage le problème de la latence. De plus, les utilisateurs sont de plus en plus demandeurs d'applications très réactives. En conséquence, il est nécessaire d'introduire des nouvelles techniques pour réduire la latence ressentie par les utilisateurs.Le but de cette thèse est de réduire la latence ressentie en utilisant des mécanismes de bout en bout, par opposition aux mécanismes d'infrastructure réseau. Deux mécanismes de bout en bout sont proposés. Le premier consiste à multiplexer plusieurs messages ou flux de données dans une unique connexion persistante. Cela permet de mesurer plus finement les conditions du réseau (latence, pertes de paquet) et de mieux s'y adapter, par exemple avec de meilleures retransmissions. J'ai appliqué cette technique à DNS et je montre que la latence de bout en bout est grandement améliorée en cas de perte de paquet. Cependant, en utilisant un protocole comme TCP, il peut se produire un phénomène de blocage en ligne qui dégrade les performances. Il est possible d'utiliser QUIC ou SCTP pour s'affranchir de ce problème.Le second mécanisme proposé consiste à exploiter plusieurs chemins, par exemple du Wi-Fi, une connexion filaire, et de la 4G. L'idée est d'utiliser les chemins de faible latence pour transporter le trafic sensible en priorité, tandis que le reste du trafic peut profiter de la capacité combinée des différents chemins. Multipath TCP implémente en partie cette idée, mais ne tient pas compte du multiplexage. Intégrer le multiplexage donne davantage de visibilité au scheduler sur les besoins des flux de données, et permettrait à eux-ci de coopérer. Au final, on obtient un problème d'ordonnancement qui a été identifié très récemment, "l'ordonnancement multi-chemins sensible aux flux". Ma première contribution est de modéliser ce problème. Ma seconde contribution consiste à proposer un nouvel algorithme d'ordonnancement pour ce problème, SRPT-ECF, qui améliore la erformances des petits flux de données sans impacter celle des autres flux. Cet algorithme pourrait être utilisé dans une implémentation de MPQUIC (Multipath QUIC). De façon plusgénérale, ces résultats ouvrent des perspectives sur la coopération entre flux de données, avec des applications comme l'agrégation transparente de connexions Internet.