Network Working Group M. Allman
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Category: Standards Track H. Balakrishnan
MIT
S. Floyd
ACIRI
January 2001
Enhancing TCP's Loss Recovery Using Limited Transmit
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このメモの位置付け
This document specifies an Internet standards track protocol for the Internet community, and requests discussion and suggestions for improvements. Please refer to the current edition of the "Internet Official Protocol Standards" (STD 1) for the standardization state and status of this protocol. Distribution of this memo is unlimited.
この文書は、インターネットコミュニティのためのインターネット標準トラックプロトコルを指定し、改善のための議論と提案を要求します。このプロトコルの標準化状態と状態への「インターネット公式プロトコル標準」（STD 1）の最新版を参照してください。このメモの配布は無制限です。
Copyright Notice
著作権表示
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著作権（C）インターネット協会（2001）。全著作権所有。
Abstract
抽象
This document proposes a new Transmission Control Protocol (TCP) mechanism that can be used to more effectively recover lost segments when a connection's congestion window is small, or when a large number of segments are lost in a single transmission window. The "Limited Transmit" algorithm calls for sending a new data segment in response to each of the first two duplicate acknowledgments that arrive at the sender. Transmitting these segments increases the probability that TCP can recover from a single lost segment using the fast retransmit algorithm, rather than using a costly retransmission timeout. Limited Transmit can be used both in conjunction with, and in the absence of, the TCP selective acknowledgment (SACK) mechanism.
この文書では、接続の輻輳ウィンドウが小さい場合、または多数のセグメントが単一の送信ウィンドウで失われたときに、より効果的に失われたセグメントを回復するために使用することができ、新たな伝送制御プロトコル（TCP）のメカニズムを提案しています。 「リミテッド送信」アルゴリズムは、送信側に到着する最初の二つの重複確認応答の各々に応答して新たなデータセグメントを送信するために呼び出します。これらのセグメントを送信するTCP高速再送信アルゴリズムを使用してではなく、高価な再送タイムアウトを使用して単一の失われたセグメントから回復することができる確率が高くなります。制限された送信は、と一緒に、及びTCP選択的確認応答（SACK）メカニズムの非存在下の両方で使用することができます。
1 Introduction
1はじめに
A number of researchers have observed that TCP's loss recovery strategies do not work well when the congestion window at a TCP sender is small. This can happen, for instance, because there is only a limited amount of data to send, or because of the limit imposed by the receiver-advertised window, or because of the constraints imposed by end-to-end congestion control over a connection with a small bandwidth-delay product [Riz96,Mor97,BPS+98,Bal98,LK98]. When a TCP detects a missing segment, it enters a loss recovery phase using one of two methods.
研究者の数は、TCPの送信側の輻輳ウィンドウが小さい場合にはTCPの損失回復戦略がうまく動作しないことを観察しました。 、またはなぜなら、又はために関して上にエンドツーエンドの輻輳制御によって課せられた制約の受信機、広告ウィンドウによって課される限界を送信するデータの限られた量があるので、これは、例えば、発生する可能性が小さな帯域幅遅延積[Riz96、Mor97、BPS + 98、Bal98、LK98]。 TCPが欠落しているセグメントを検出すると、それは2つの方法のいずれかを使用して、損失の回復期に入ります。
First, if an acknowledgment (ACK) for a given segment is not received in a certain amount of time a retransmission timeout occurs and the segment is resent [RFC793,PA00]. Second, the "Fast Retransmit" algorithm resends a segment when three duplicate ACKs arrive at the sender [Jac88,RFC2581]. However, because duplicate ACKs from the receiver are also triggered by packet reordering in the Internet, the TCP sender waits for three duplicate ACKs in an attempt to disambiguate segment loss from packet reordering. Once in a loss recovery phase, a number of techniques can be used to retransmit lost segments, including slow start-based recovery or Fast Recovery [RFC2581], NewReno [RFC2582], and loss recovery based on selective acknowledgments (SACKs) [RFC2018,FF96].
所与のセグメントに対する確認応答（ACK）が一定時間内に受信されない場合は、最初、再送タイムアウトが発生してセグメントを再送[RFC793、PA00]です。第二に、「高速再送信」アルゴリズムは、三個の重複ACKが送信者[Jac88、RFC2581]に到着するセグメントを再送します。しかし、受信機からの重複ACKは、インターネットのパケット並べ替えによってトリガされるため、パケットの並べ替えからセグメント損失を明確にしようとする三個の重複ACKのTCPセンダを待ちます。一度損失回復相において、多数の技術が遅いスタートベースのリカバリまたは高速リカバリ[RFC2581]、NewRenoの[RFC2582]、および選択的確認応答に基づいて損失回復（袋）[RFC2018など失われたセグメントを再送信するために使用することができ、 FF96]。
TCP's retransmission timeout (RTO) is based on measured round-trip
times (RTT) between the sender and receiver, as specified in [PA00].
To prevent spurious retransmissions of segments that are only delayed
and not lost, the minimum RTO is conservatively chosen to be 1
second. Therefore, it behooves TCP senders to detect and recover
from as many losses as possible without incurring a lengthy timeout
when the connection remains idle. However, if not enough duplicate
ACKs arrive from the receiver, the Fast Retransmit algorithm is never
triggered---this situation occurs when the congestion window is small
or if a large number of segments in a window are lost. For instance,
consider a congestion window (cwnd) of three segments. If one
segment is dropped by the network, then at most two duplicate ACKs
will arrive at the sender. Since three duplicate ACKs are required
to trigger Fast Retransmit, a timeout will be required to resend the
dropped packet.
[BPS+97] found that roughly 56% of retransmissions sent by a busy web server were sent after the RTO expires, while only 44% were handled by Fast Retransmit. In addition, only 4% of the RTO-based retransmissions could have been avoided with SACK, which of course has to continue to disambiguate reordering from genuine loss. In contrast, using the technique outlined in this document and in [Bal98], 25% of the RTO-based retransmissions in that dataset would have likely been avoided.
[BPS + 97] RTOが満了した後にのみ44％を高速再送信によって処理しながらビジーウェブサーバによって送信された再送信のおおよそ56％が、送信されたことを見出しました。また、RTOベースの再送のわずか4％が、もちろん本物の損失から再注文明確にするために継続することがあるSACK、で回避されている可能性が。対照的に、このドキュメントおよび[Bal98]に概説された技術を用いて、そのデータセット内のRTOベースの再送の25％は、おそらく回避されていたであろう。
The next section of this document outlines small changes to TCP senders that will decrease the reliance on the retransmission timer, and thereby improve TCP performance when Fast Retransmit is not triggered. These changes do not adversely affect the performance of TCP nor interact adversely with other connections, in other circumstances.
このドキュメントの次のセクションでは、高速再送信がトリガされていない場合、再送タイマーへの依存度を低下させ、それによってTCPのパフォーマンスを向上させるTCPの送信者への小さな変更の概要を説明します。これらの変更は悪影響TCPの性能に影響を与えたり、他の状況では、他の接続と悪相互作用しません。
In this document, he key words "MUST", "MUST NOT", "REQUIRED", "SHALL", "SHALL NOT", "SHOULD", "SHOULD NOT", "RECOMMENDED", "MAY", AND "OPTIONAL" are to be interpreted as described in RFC 2119 [1] and indicate requirement levels for protocols.
この文書では、彼のキーワード "MUST"、 "MUST NOT"、 "REQUIRED"、 "NOT SHALL"、 "推奨"、 "すべきではない" "べきである" "ないものと"、 "MAY"、および "オプション" RFC 2119に記載されるように解釈されるべきである[1]のプロトコルのための要件レベルを示します。
2 The Limited Transmit Algorithm
2リミテッド送信アルゴリズム
When a TCP sender has previously unsent data queued for transmission it SHOULD use the Limited Transmit algorithm, which calls for a TCP sender to transmit new data upon the arrival of the first two consecutive duplicate ACKs when the following conditions are satisfied:
：TCPの送信者は、以前に未送信データが送信用にキューに入れられたとき、それは次の条件が満たされたときに最初の二つの連続する重複ACKの到着時に新しいデータを送信するためにTCP送信を要求リミテッド送信アルゴリズムを使用してください
* The receiver's advertised window allows the transmission of the segment.
*受信機の広告ウィンドウは、セグメントの送信を可能にします。
* The amount of outstanding data would remain less than or equal to the congestion window plus 2 segments. In other words, the sender can only send two segments beyond the congestion window (cwnd).
*未処理データの量がより少ない又は輻輳ウィンドウプラス2つのセグメントに等しいままです。換言すれば、送信側は、輻輳ウィンドウ（CWND）を超えて二つのセグメントを送信することができます。
The congestion window (cwnd) MUST NOT be changed when these new segments are transmitted. Assuming that these new segments and the corresponding ACKs are not dropped, this procedure allows the sender to infer loss using the standard Fast Retransmit threshold of three duplicate ACKs [RFC2581]. This is more robust to reordered packets than if an old packet were retransmitted on the first or second duplicate ACK.
これらの新しいセグメントが送信されたときに輻輳ウィンドウ（CWND）を変更してはなりません。これらの新しいセグメントと対応するACKが廃棄されていないと仮定すると、この手順は、送信者三個の重複ACK [RFC2581]の標準高速再送信閾値を用いて損失を推定することを可能にします。これは、古いパケットは、第1または第2の重複ACKに再送信された場合よりも、並べ替えのパケットに、より堅牢です。
Note: If the connection is using selective acknowledgments [RFC2018], the data sender MUST NOT send new segments in response to duplicate ACKs that contain no new SACK information, as a misbehaving receiver can generate such ACKs to trigger inappropriate transmission of data segments. See [SCWA99] for a discussion of attacks by misbehaving receivers.
注：接続が選択的確認応答[RFC2018]を使用している場合、データの送信者は、不正動作する受信機がデータセグメントの不適切な送信をトリガするために、このようなACKを生成することができるように、新しいSACK情報を含まないACKを複製する応答して新しいセグメントを送ってはいけません。ふらちな受信機による攻撃の議論のための[SCWA99]を参照してください。
Limited Transmit follows the "conservation of packets" congestion control principle [Jac88]. Each of the first two duplicate ACKs indicate that a segment has left the network. Furthermore, the sender has not yet decided that a segment has been dropped and therefore has no reason to assume that the current congestion control state is inaccurate. Therefore, transmitting segments does not deviate from the spirit of TCP's congestion control principles.
リミテッド送信は[Jac88]輻輳制御原理「パケットの保全」の説明します。最初の二つの重複ACKの各セグメントがネットワークから離脱したことを示しています。さらに、送信者は、まだセグメントが削除されたことを決定しておらず、したがって、現在の輻輳制御状態が不正確であると仮定する理由を持っていません。そのため、セグメントを送信することは、TCPの輻輳制御原理の精神から逸脱しません。
[BPS99] shows that packet reordering is not a rare network event. [RFC2581] does not provide for sending of data on the first two duplicate ACKs that arrive at the sender. This causes a burst of segments to be sent when an ACK for new data does arrive following packet reordering. Using Limited Transmit, data packets will be clocked out by incoming ACKs and therefore transmission will not be as bursty.
[BPS99]パケットの並べ替えは、まれなネットワークイベントではないことを示しています。 [RFC2581]は、送信者に到達する最初の二つの重複ACKのデータの送信を提供しません。これは、新しいデータに対するACKパケットの並べ替え以下到着ない場合に送信されるセグメントのバーストを引き起こします。限定送信を使用して、データ・パケットは、着信のACKによってクロックアウトされ、したがって、送信がバーストとしてではありません。
Note: Limited Transmit is implemented in the ns simulator [NS]. Researchers wishing to investigate this mechanism further can do so by enabling "singledup_" for the given TCP connection.
注意：リミテッド送信は、NSシミュレータ[NS]に実装されています。さらに、このメカニズムを調査したい研究者は、特定のTCP接続のための「singledup_」を有効にすることでそれを行うことができます。
3 Related Work
3関連研究
Deployment of Explicit Congestion Notification (ECN) [Flo94,RFC2481] may benefit connections with small congestion window sizes [SA00]. ECN provides a method for indicating congestion to the end-host without dropping segments. While some segment drops may still occur, ECN may allow TCP to perform better with small congestion window sizes because the sender can avoid many of the Fast Retransmits and Retransmit Timeouts that would otherwise have been needed to detect dropped segments [SA00].
明示的輻輳通知（ECN）の配備[Flo94、RFC2481]は小さい輻輳ウィンドウサイズ[SA00]との接続を利益を得ることができます。 ECNは、セグメントを落とすことなく、エンドホストに輻輳を指示するための方法を提供します。いくつかのセグメントがまだ発生する可能性が低下しますが、送信者がそうでなければドロップセグメント[SA00]を検出するために必要されていた高速再送信し、再送信タイムアウトの多くを避けることができるので、ECNは、TCPが小さい輻輳ウィンドウサイズで良好に動作することを可能にします。
When ECN-enabled TCP traffic competes with non-ECN-enabled TCP traffic, ECN-enabled traffic can receive up to 30% higher goodput. For bulk transfers, the relative performance benefit of ECN is greatest when on average each flow has 3-4 outstanding packets during each round-trip time [ZQ00]. This should be a good estimate for the performance impact of a flow using Limited Transmit, since both ECN and Limited Transmit reduce the reliance on the retransmission timer for signaling congestion.
ECN対応のTCPトラフィックが非ECN対応のTCPトラフィックと競合する場合、ECN対応のトラフィックが30％高いグッドプットまでを受け取ることができます。平均して、各フローは、各ラウンドトリップ時間[ZQ00]中3-4未処理パケットを有する場合、バルク転送の場合、ECNの相対的な性能上の利点は最大です。 ECNと限定送信の両方が輻輳をシグナリングするための再送タイマーへの依存を減らすため、これは、限定送信を使用してフローのパフォーマンスへの影響のための良好な推定値であるべきです。
The Rate-Halving congestion control algorithm [MSML99] uses a form of limited transmit, as it calls for transmitting a data segment on every second duplicate ACK that arrives at the sender. The algorithm decouples the decision of what to send from the decision of when to send. However, similar to Limited Transmit the algorithm will always send a new data segment on the second duplicate ACK that arrives at the sender.
それは、送信者に到達する毎に第二の重複ACKのデータセグメントを送信するために呼び出すように速度半減輻輳制御アルゴリズム[MSML99]は、限定送信の形式を使用します。このアルゴリズムは、送信する際の意思決定から送信するかの決定を切り離します。しかし、リミテッド送信するために同様のアルゴリズムは常に、送信者に到達した第二の重複ACKに新しいデータセグメントを送信します。
4 Security Considerations
4つのセキュリティの考慮事項
The additional security implications of the changes proposed in this document, compared to TCP's current vulnerabilities, are minimal. The potential security issues come from the subversion of end-to-end congestion control from "false" duplicate ACKs, where a "false" duplicate ACK is a duplicate ACK that does not actually acknowledge new data received at the TCP receiver. False duplicate ACKs could result from duplicate ACKs that are themselves duplicated in the network, or from misbehaving TCP receivers that send false duplicate ACKs to subvert end-to-end congestion control [SCWA99,RFC2581].
この文書で提案された変更の追加のセキュリティへの影響は、TCPの現在の脆弱性に比べて、最小限です。潜在的なセキュリティ上の問題は、「偽」の重複ACKが実際にTCP受信機で受信した新しいデータを認識しない重複ACKである「false」の重複ACK、からエンドツーエンドの輻輳制御の転覆から来ます。偽の重複ACKは、自身がネットワーク内で重複している重複ACKから、またはエンドツーエンドの輻輳制御[SCWA99、RFC2581]を覆すために偽の重複ACKを送信するTCP受信機を動作不良による可能性があります。
When the TCP data receiver has agreed to use the SACK option, the TCP data sender has fairly strong protection against false duplicate ACKs. In particular, with SACK, a duplicate ACK that acknowledges new data arriving at the receiver reports the sequence numbers of that new data. Thus, with SACK, the TCP sender can verify that an arriving duplicate ACK acknowledges data that the TCP sender has actually sent, and for which no previous acknowledgment has been received, before sending new data as a result of that acknowledgment. For further protection, the TCP sender could keep a record of packet boundaries for transmitted data packets, and recognize at most one valid acknowledgment for each packet (e.g., the first acknowledgment acknowledging the receipt of all of the sequence numbers in that packet).
TCPデータ受信がSACKオプションを使用することに合意した場合には、TCPデータの送信者が偽の重複ACKに対してかなり強力な保護を持っています。特に、SACK、受信機に到着する新しいデータを認識し、重複ACKとその新しいデータのシーケンス番号を報告します。このように、SACKで、TCPの送信者が到着し、重複ACKがTCP送信者が実際に送信されたデータを認識し、そのため以前の肯定応答がその確認の結果、新たにデータを送信する前に、受信していないことを確認することができます。さらに保護のため、TCPの送信者は送信されたデータパケットのためのパケット境界の記録を保持することができ、およびパケットごとに最大1つの有効な承認を認識し（例えば、そのパケット内のシーケンス番号のすべての受信を確認する最初の承認）。
One could imagine some limited protection against false duplicate ACKs for a non-SACK TCP connection, where the TCP sender keeps a record of the number of packets transmitted, and recognizes at most one acknowledgment per packet to be used for triggering the sending of new data. However, this accounting of packets transmitted and acknowledged would require additional state and extra complexity at the TCP sender, and does not seem necessary.
一つは、TCPの送信者が送信したパケットの数の記録を保持し、新たなデータの送信をトリガするために使用されるパケットごとに最大1つの受信確認を認識非SACK TCP接続のための偽の重複ACKに対するいくつかの限られた保護を想像できます。しかし、パケットのこの会計処理は、送信およびTCPの送信側で追加の状態や余分な複雑さを必要とする認知、および必要に応じていないようです。
The most important protection against false duplicate ACKs comes from the limited potential of duplicate ACKs in subverting end-to-end congestion control. There are two separate cases to consider: when the TCP sender receives less than a threshold number of duplicate ACKs, and when the TCP sender receives at least a threshold number of duplicate ACKs. In the latter case a TCP with Limited Transmit will behave essentially the same as a TCP without Limited Transmit in that the congestion window will be halved and a loss recovery period will be initiated.
偽の重複ACKに対する最も重要な保護は、エンドツーエンドの輻輳制御を破壊するに重複ACKの限られた可能性から来ています。検討するために2つの別々のケースがあります：TCPの送信者は重複ACKのしきい値数未満を受信したとき、およびTCPの送信者は、重複ACKの少なくともしきい値数を受信したとき。輻輳ウィンドウが半分になり、損失の回復期間が開始されるという点で、後者の場合には限定送信してTCPは限定送信せずにTCPと本質的に同じように動作します。
When a TCP sender receives less than a threshold number of duplicate ACKs a misbehaving receiver could send two duplicate ACKs after each regular ACK. One might imagine that the TCP sender would send at three times its allowed sending rate. However, using Limited Transmit as outlined in section 2 the sender is only allowed to exceed the congestion window by less than the duplicate ACK threshold (of three segments), and thus would not send a new packet for each duplicate ACK received.
TCPの送信者が重複ACKのしきい値数未満を受信すると、誤動作の受信機は、それぞれ通常のACKの後に2つの重複ACKを送信することができます。一つは、TCPの送信側が3倍に許さ送信レートで送信することを想像するかもしれません。しかしながら、概説したようにセクション2に送信者を限定送信を使用することのみ（三つのセグメントの）重複ACK閾値よりも小さいことによって、輻輳ウィンドウを超えることが許され、したがって、ACKが受信された各重複のために新たなパケットを送信しないであろう。
Acknowledgments
謝辞
Bill Fenner, Jamshid Mahdavi and the Transport Area Working Group provided valuable feedback on an early version of this document.
ビルフェナー、ジャムシードMahdaviと交通地域ワーキンググループは、この文書の初期のバージョンに貴重なフィードバックを提供します。
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Acknowledgement
謝辞
Funding for the RFC Editor function is currently provided by the Internet Society.
RFC Editor機能のための基金は現在、インターネット協会によって提供されます。