We describe F-TCP, a new TCP for file transfer in high bandwidth-delay product networks. TCP is not suitable for file transfer application in high bandwidth-delay product networks. That is, a protocol should not take away too much bandwidth from standard TCP flows while utilizing the full bandwidth of high-speed networks.
This paper presents another important constraint, namely small buffer problems. Small socket buffers at the end-hosts limit the effective window of the transfer, and thus the maximum throughput. Existing schemes have a severe small buffer problems because high bandwidth-delay product networks need a large socket buffer. The proposed mechanism, called F-TCP, is based on direct kernel-to-kernel file transfer architecture. The key idea is that no need of in-order delivery in file transfer process. F-TCP needs only small buffer by allowing out-of-order file transfer with asynchronous loss recovery. Experimental results in several high bandwidth-delay product paths show that F-TCP provides consistently a significant throughput increase (18% to 80%) compared to previous TCP approach. We expect that F-TCP will be mostly useful for application such as FTP and P2P in high-speed wide-area networks.
이 논문에서는 대역폭과 지연이 큰 네트워크에서 파일 전송의 성능을 높이기 위해 파일 전송에 특화된 아키텍쳐를 제안하고 파일 전송에 특화된 TCP를 설계하였다.
현재 미국에서는 10Gbps까지 지원하는 고속의 네트워크 백본망을 았기 때문에 대역폭과 지연이 큰 네트워크에 관한 연구가 많이 되고 있다. 이러한 네트워크에서 파일 전송을 할 경우 파일 전송에 쓰이는 프로토콜인 TCP가 문제가 되어 성능이 안나오게 된다. TCP는 네트워크의 대역폭과 지연이 커질 수록, 네트워크의 자원을 활용하지 못하게 되고, 매우 큰 소켓 버퍼가 필요하다. 그래서 결국 대역폭과 지연이 큰 네트워크에서는 TCP 때문에 파일 전송의 성능이 안나오게 된다.
TCP는 네트워크의 대역폭과 지연의 곱이 커질 수록 전송 속도가 느리게 증가하고, 페켓 로스가 발생하면 전송 속도를 급격하게 감소 시키므로 결국 네트워크의 자원을 활용할 수 없는 것이다. 네트워크의 자원을 효과적으로 활용하기 위해서 FAST TCP 나 XCP등 많은 연구가 있었다. 하지만 작은 버퍼 문제를 해결하지는 못했다. 기존의 연구들이 전송속도를 빠르게 증가시킬 수 있다 하더라도, 결국 소켓 버퍼의 크기가 작다면 성능은 소켓 버퍼의 크기만큼 밖에 나오지 않을 것이다. 소켓 버퍼의 크기는 네트워크의 대역폭과 지연의 곱 만큼 필요하다. 하지만 그 값이 지나치게 커지기 때문에 버퍼의 크기가 클 필요가 없는 메카니즘이 필요하다.
TCP는 in-order delivery를 위해 보내거나 받은 페켓을 버퍼에 일시적으로 보관 해야 하기 때문에 네트워크의 대역폭과 지연의 곱이 커닐 수록 큰 소켓 버퍼가 필요하다. F-TCP는 작은 버퍼 문제를 해결하기 위해서 파일 전송을 할 경우에는 in-order delivery가 필요 없다는 데서 출발 하였다. 즉 out-of-order transfer가 가능 하도록 함으로써 작은 버퍼로도 성능이 잘 나오도록 하였다. 그러기 위해 direct kernel-to-kernel file transfer라는 아키텍쳐를 시스템 콜로 구현하고 그 구조에 맞는 파일 전송에 특화된 프로토콜을 제안하였다. F-TCP는 파일이 전송되는 과정에서 데이타가 커널과 어플리케이션 간에 이동하지 않으므로 버퍼카피 오버헤드와 문맥교환 오버헤드를 제거하여 파일 전송의 성능을 높였다.
실험 결과 대역폭과 지연이 큰 네트워크에서 작은 버퍼로도 파일 전송의 성능에 저해하지 않음을 확인할 수 있었다. 게다가 커널과 어플리케이션간에 카피 오버헤드를 줄였기 때문에 CPU 사용률도 줄어들게 됨을 확인할 수 있었다.
