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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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QUIC et PEP
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2. Performance Enhancing Proxy
Cette section présente les principaux impacts de ces caractéristiques sur une transmission exploitant le protocole TCP et les solutions mises en œuvre pour les atténuer.
Cette section considère que le lecteur connaît les principales caractéristiques du protocole TCP. Si ce n’est pas le cas, la lecture des articles de référence sur le sujet ([TE 7 570] et [TE 7 572]) est recommandée. Aussi, l’article [TE 7 573] présente une analyse des impacts des liaisons sur TCP ; bien que ce protocole ait évolué depuis, cet article complète les explications proposées ici.
2.1 Impact d’une liaison SATCOM sur TCP
Comme l’illustre la RFC 2760, les liaisons SATCOM ont des impacts importants sur le protocole TCP. Cette section propose une description de ces phénomènes.
HAUT DE PAGE2.1.1 Établissement de connexion
La figure 5 présente les différents échanges qui interviennent dans le téléchargement d'une simple page HTML. Par ailleurs, cette figure illustre qu'une page web contient souvent des informations réparties sur plusieurs serveurs, ce qui augmente le temps de chargement complet de la page.
Dans un cas d’accès à Internet avec un RTT de 80 ms, cela se traduit par un temps total d’au moins 240 ms pour que la donnée utile commence à être transmise. Dans le cas d’un système d’accès à Internet par satellite avec un RTT de 600 ms, ce temps est de 1 800 ms.
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Performance Enhancing Proxy
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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