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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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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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Conclusion
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3. QUIC et PEP
La première version de Quick User Datagram Protocol (UDP) Internet Connections (QUIC) est standardisée par les RFC 8999, 9000 et 9001. Par ailleurs, QUIC a été mesuré comme prenant une part non négligeable du volume transmis dans un accès broadband, notamment du fait des acteurs le mettant en œuvre que sont Google ou Facebook. Il s’avère donc nécessaire d’appréhender les performances du protocole QUIC dans un contexte de déploiement qui n’a pas été, a priori, considéré dans son design. Cette section propose une description de QUIC et des enjeux liés à son déploiement dans les communications satellitaires.
3.1 Introduction à QUIC
Pour mettre en place rapidement des connexions sécurisées et pour déployer rapidement de nouvelles versions des fonctions de la couche transport, Google, filiale de Alphabet, déploie QUIC en 2012, protocole en espace utilisateur (dans le navigateur) reposant sur UDP, afin de remplacer les fonctions de TCP et de TLS, tel qu’illustré au tableau 1. Ainsi, l’utilisation du protocole QUIC implique directement la mise en œuvre d’une connexion sécurisée : le mode « HTTPS » serait donc activé par défaut (en opposition à HTTP) et cela pourrait contribuer à l’augmentation du nombre de connexions sécurisées.
Avec QUIC, la communication sécurisée de bout-en-bout est garantie.
Malgré son importante flexibilité, il est compliqué de déployer de nouvelles versions de TCP mieux adaptées aux nouvelles caractéristiques de la navigation web. En effet, le contenu des pages web évolue rapidement et la version de TCP utilisée dépend de la version du noyau de la machine exploitée, puisque TCP est implanté dans le noyau du système d’exploitation, tandis que QUIC est développé en espace utilisateur. Un nombre important d’ordinateurs utilise d’anciennes versions de Windows et il semble que de nombreux serveurs ne soient pas régulièrement mis à jour, comme illustré par les faibles valeurs de fenêtre de congestion initiale de TCP ...
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QUIC et PEP
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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