Fair bandwidth sharing based on dynamic queue assignment with programmable data plane

The exponential increase in the number of Internet users makes inevitable the problem of fair bandwidth sharing. Thus, the problem of sharing a link among many TCP users fairly is still an issue since most of the proposed approaches requires complex scheduling mechanisms. Complexity of such solutions makes their feasibility very expensive in case of high speed networks. As a result, fairness is still obtained by limiting users and left to the control of end systems. Even though, using static bandwidth allocation achieves to keep connections uncongested all the time, it causes waste of excess capacity when some of the users are not active. The aim of this work is based on a scheme called FDPA which uses array of rate estimator to assign traffic flows dynamically to the queues, served by existing strict priority scheduler. FDPA is designed to give priority to well-behaving users by collaborating with the congestion control algorithms which are implemented in the transport layer of the end nodes. Recent improvements in Software Defined Networking (SDN) and data plane programmability enables to perform packet processing by using state information. Thus, FDPA scheme applies fair bandwidth sharing which is suitable to implement on the programmable data plane abstractions. We performed experiments by implementing FDPA in a simulation environment to validate its performance in different number of users with different number of TCP connections.

L'aumento esponenziale del numero di utenti di Internet rende inevitabile il problema della condivisione equa della larghezza di banda. Dal momento che la maggior parte degli approcci proposti richiede meccanismi di programmazione complessi, il problema della condivisione di un collegamento tra un gran numero di utenti TCP è ancora una questione aperta. La complessità di tali soluzioni rende la loro fattibilità molto costosa in caso di reti ad alta velocità. Di conseguenza, l'equità è ottenuta limitando gli utenti e lasciandola al controllo dei sistemi finali. Anche se l'allocazione statica della larghezza di banda consente di mantenere connessioni non congestionate per tutto il tempo, questo provoca tuttavia uno spreco della capacità in eccesso nel caso in cui alcuni utenti non siano attivi. Lo scopo di questo lavoro è basato su uno schema denominato FDPA che utilizza un array di stimatori del tasso della velocità per assegnare dinamicamente i flussi di traffico alle code, servite da uno scheduler strict priority esistente. FDPA è progettato per dare priorità agli utenti che si comportano bene, collaborando con gli algoritmi di controllo della congestione implementati nel livello di trasporto dei nodi finali. I recenti miglioramenti in Software Defined Networking (SDN) e nella programmabilità del data plane consentono di eseguire l'elaborazione dei pacchetti utilizzando le informazioni di stato. Pertanto, lo schema FDPA applica una condivisione equa della larghezza di banda che è adatta per essere implementata sulle astrazioni programmabili del data plane. Abbiamo validato sperimentalmente lo schema FDPA implementandolo in un ambiente di simulazione per convalidarne le prestazioni con un numero elevato di utenti con un numero diverso di connessioni TCP.