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RÉSUMÉ
Les systèmes exploitant des satellites en orbite géostationnaire voient leur débit augmenter pour fournir des offres comparables à celles des systèmes terrestres. Cette augmentation du débit, combinée avec la latence intrinsèque de ces systèmes, impacte les contrôles de congestions comme TCP. Afin d’exploiter pleinement la capacité disponible, ces systèmes coupent les connexions TCP en sous-segments pour utiliser un contrôle de congestion adapté sur le segment satellite. Le déploiement de QUIC de bout-en-bout remet en cause ces adaptations, tant il est basé sur UDP. Cet article analyse ainsi les enjeux relatifs au déploiement de QUIC de bout-en-bout dans les réseaux satellitaires.
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Systems exploiting satellites in geostationary orbit see their throughput increased to provide offers comparable to those of terrestrial systems. This increase in throughput, combined with the intrinsic latency of these systems, impacts congestion controls such as TCP. In order to make full use of the available capacity, these systems split the TCP connections into sub-segments to use suitable congestion control on the satellite segment. The end-to-end deployment of QUIC calls into question these adaptations, as it is based on UDP. This article therefore analyzes the issues relating to the end-to-end deployment of QUIC in satellite networks.
Auteur(s)
-
Nicolas KUHN : Ingénieur de recherche - Centre National d’Études Spatiales (CNES), Toulouse, France
INTRODUCTION
Les protocoles déployés dans les extrémités comme TCP ne peuvent que difficilement être pertinents pour chacune des liaisons disponibles dans l’Internet, leur diversité allant du « très haut débit faible latence » pour les datacenters au « haut débit latence élevée » des systèmes satellites. Ainsi, de nombreux systèmes d’accès déploient des Performance Enhancing Proxy (PEP) qui isolent différents sous-segments du chemin de bout-en-bout afin d’adapter les protocoles aux spécificités des liaisons exploitées. Ces solutions peuvent être appliquées à différents niveaux de la pile protocolaire et le sont généralement au niveau de la couche transport dans les SATellite COMmunication (SATCOM), et en particulier en adaptant le protocole Transmission Control Protocol (TCP).
Avec un PEP TCP, les pertes de paquet sont réparties sur trois sous-segments et le contrôle de congestion peut être adapté sur la liaison satellite. Cela peut se traduire par une réduction par moitié du temps de chargement d’une page web. Le déploiement de QUIC de bout-en-bout remet en cause ces adaptations. En effet, avec QUIC, les fonctionnalités auparavant réparties entre Hypertext Transfer Protocol (HTTP) 1/1.1/2, Transport Layer Security (TLS) et TCP évoluent vers HTTP3, QUIC et UDP. Le protocole UDP n’étant pas en mode connecté, il n’est pas possible de découper la communication de bout-en-bout comme avec TCP.
Cet article revient sur les principales caractéristiques des systèmes exploitant des satellites en orbite géostationnaire. Les implications de ces spécificités sur un contrôle de congestion seront présentées et les principales solutions proposées dans les proxys TCP décrites. Les enjeux que vont rencontrer les applicatifs exploitant QUIC dans un contexte de communication par satellite sont présentés. Une analyse des forces et faiblesses du protocole QUIC dans un contexte de communications par satellite est proposée et les pistes d’adaptation discutées. Bien qu’appliquées aux systèmes exploitant des satellites en orbite géostationnaire, les analyses présentées dans cet article peuvent être considérées pour tout autre cas d’application où le déploiement de PEP s’avère pertinent.
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KEYWORDS
TCP | QUIC | SATCOM
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Introduction aux accès SATCOM
En anglais
5. Glossaire et sigles
User Datagram Protocol (UDP)
UDP est décrit dans la RFC 768. Ce protocole unidirectionnel ne garantit pas une transmission fiable des données transmises et son débit de transfert de données est décidé par l’émetteur.
Transmission Control Protocol (TCP)
TCP est décrit dans la RFC 793. Ce protocole bidirectionnel représente une part importante du trafic Internet et permet une transmission fiable de bout-en-bout des informations tout en visant un partage équitable de la ressource entre les utilisateurs par son contrôle de congestion.
Quick User Datagram Protocol (UDP) Internet Connections (QUIC)
QUIC est décrit dans les RFC 8999, RFC 9000 et RFC 9001. Ce protocole repose sur UDP au niveau de la couche transport. Introduit en 2012 et standardisé en 2021, il introduit un contrôle de congestion en espace utilisateur pour des solutions adaptées aux besoins applicatifs et un chiffrement natif des en-têtes de paquet et des données utilisateurs pour plus de confidentialité.
Proxy d’Amélioration de Performances ; Performance Enhancing Proxy (PEP)
Les Proxy d’Amélioration de Performances, ou Performance Enhancing Proxy (PEP), sont décrits dans la RFC 3135. Ils peuvent être introduits au niveau de la couche application ou de la couche transport. Ils permettent de découper les flots de bout-en-bout en sous-flots dont les caractéristiques peuvent adaptés aux domaines traversés. Attention à ne pas confondre les Performance Enhancing Proxy avec les Policy Enforcement Point.
Service par contournement ; Over-The Top (OTT)
« Un service par contournement est un service de livraison d'audio, de vidéo et d'autres médias sur Internet sans la participation d'un opérateur de réseau traditionnel dans le contrôle ou la distribution du contenu. » Source Wikipedia.
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Glossaire et sigles
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AHMED (T.), DUBOIS (E.), BAPTISTE (J.), FERRÚS (R.), GÉLARD (P.), KUHN (N.) - Software-defined satellite cloud RAN. « International journal of satellite communications and networking ». - 2 Gener, vol. 36, p. 108-133 (2017).
-
(2) - KUHN (N.), MICHEL (F.), THOMAS (L.), et al - QUIC : Opportunities and threats in SATCOM. - Int J Satell Commun Network ; p. 1-13. doi :10.1002/sat.1432 (2021).
-
(3) - DEUTSCHMANN (J.), HIELSCHER (K.), GERMAN (R.) - Satellite Internet Performance Measurements. - International Conference on Networked Systems (NetSys), p. 1-4, doi :10.1109/NetSys.2019.8854494 (2019).
-
(4) - BORDER (J.), SHAH (B.), SU (C.), TORRES (R.) - Evaluating QUIC’s Performance Against Performance Enhancing Proxy over Satellite Link. - IFIP Networking Conference, p. 755-760 (2020).
-
(5) - BRISCOE (B.) et al - Reducing Internet Latency : A Survey of Techniques and Their Merits. - In IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 18, no. 3, p. 2149-2196,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
User Datagram Protocol. - RFC 768 - 1980
-
Transmission Control Protocol. - RFC 793 - 1981
-
Ongoing TCP Research Related to Satellites. - RFC 2760 - 2000
-
Performance Enhancing Proxies Intended to Mitigate Link-Related Degradations. - RFC 3135 - 2001
-
Increasing TCP's Initial Window. - RFC 3390 - 1998
-
Framework for TCP Throughput Testing. - RFC 6349 - 2011
-
Increasing TCP's Initial Window. - RFC 6928 - 2013
-
Version-Independent Properties of QUIC. - RFC 8999 - 2021
-
QUIC : A UDP-Based Multiplexed and Secure Transport. - RFC 9000 - 2021
-
...
ANNEXES
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
IETF QUIC Working Group
https://datatracker.ietf.org/wg/quic/about/
IETF MASQUE Working Group
https://datatracker.ietf.org/wg/masque/about/
EToSat Mailing List
https://www.ietf.org/mailman/listinfo/Etosat
HAUT DE PAGE1.2 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Centre National d’Etudes Spatiales (CNES)
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