SACSIS.TCP
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- れいな おなか
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1 HPC TCP/IP SACSIS2009
2 (2) HPC TCP/IP 1 Gbps RTT Mbps 940 Mbps 2
3 (2) HPC TCP/IP Ethernet PC TCP/IP 2 10MB Bandwidth (Mbps) x3.5 Bandwidth (Mbps) Time (msec) Time (msec) 3
4 (3) TCP/IP MPI TCP/IP TCP TCP Reno [RFC2851] TCP CUBIC Compound TCP 4
5 (4) TCP/IP TCP/IP TCP TCP/IP MPI TCP/IP 5
6 TCP/IP (5)
7 (6) TCP (Transport Control Protocol) 7
8 (7) TCP SACK ACK 8
9 (8) TCP ACK ACK ACK #5 #1 #5 #4 #3 #2 #1 #2 #3 #4 #5 #6 1 1 RTT (Round Trip Time) ACK 9
10 (9) RTO RTT α ACK ACK 3 1 RTT RTO +α #5 #4 #2 #1 #3 #2 #3 #3 RTT (Round Trip Time) #3 ACK ACK 10
11 (10) TCP ACK 1 RTT RTT #9 #8 #1 #8 #7 #6 #5 #4 #1 #2 #3 #4 #5 ACK RTT (Round Trip Time) 11
12 (11) TCP 12
13 (13) rwin ACK rwin #8 #1 #8 #7 #6 #5 #9 #2 #3 #4 #5 rwin #4#3 ACK RTT (Round Trip Time) 13
14 (-) B B/2 #5 #4 #3 #2 #1 #7... #4 #3 #2 #1 T 2T 14
15 (14) cwnd cwnd #9 #8 #1 #8 #7 #6 #5 #2 cwnd #3 #4 #5 rwin #4#3 ACK RTT (Round Trip Time) 15
16 (15) cwnd 2 cwnd w w/2 ssthresh time 16
17 (16) cwnd w cwnd cwnd w/2 ssthresh time 17
18 (12) rwin ACK TCP cwnd #9 =min(cwnd, rwin) #8 #1 #8 #2 #7 #6 #5 #3 #4 #5 cwnd ACK RTT (Round Trip Time) rwin #4#3 18
19 (17) ACK RTT ACK ACK 19
20 (17) ACK RTT ACK (1) data (2) ACK 20
21 (34) TCP/IP
22 (35) TCP RTT Mbps : 1 Gbps RTT: 100 S GbE R GbE 22
23 (36) 1Gbps 50 RTT MB : 50 : 1 Gbps 1 Gbps x 50 = 50 Mbit = 6.25 MB 2 23
24 (37) x RTT 1 Gbps 50 x 2 = 12.5 MB MB 6.25MB 6.25MB 12.5MB RTT (Round Trip Time) outof-order 24
25 (-) TCP sysctl API 25
26 (39) sysctl net.* sysctl default net.core.rmem_default net.core.rmem_max net.core.wmem_default net.core.wmem_max net.core.netdev_max_backlog 1000 net.ipv4.tcp_rmem TCP [min, default, max] 4096, 87380, net.ipv4.tcp_wmem TCP [min, default, max] 4096, 16384, net.ipv4.tcp_mem [low,pressure, high] 98304, , net.ipv4.tcp_no_metrics_save 0 net.ipv4.tcp_sack SACK 1 net.ipv4.tcp_congestion_control TCP cubic 1GB 26
27 (38) sysctl Linux procfs $ sysctl net.core.wmem_max net.core.wmem_max = # sysctl -w net.core.wmem_max= net.core.wmem_max= $ cat /proc/sys/net/core/wmem_max # echo > /proc/sys/net/core/wmem_max $ sysctl -p # /etc/sysctl.conf $ sysctl -a grep tcp # 27
28 (41) Linux tcp_wmem tcp_rmem cwnd 4MB TCP min default cwnd max net.ipv4.tcp_wmem[0] (4KB) tcp_wmem[1] (16KB) tcp_wmem[2] (4MB) 28
29 (40) API setsockopt(2) getsockopt(2) int ssiz; /* send buffer size */ cc = setsockopt(so, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &ssiz, sizeof(ssiz)); socklen_t optlen = sizeof(csiz); cc = getsockopt(so, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &csiz, &optlen); SOL_SOCKET SO_SNDBUF SOL_SOCKET SO_RCVBUF SO_SNDBUF SO_SNDBUF net.core.wmem_max 29
30 (42) setsockopt listen connect Linux 2 man tcp(7) TCP Iperf $ iperf -w 1m -c Client connecting to , TCP port 5001 TCP window size: 2.00 MByte (WARNING: requested 1.00 MByte)
31 (43) : 1 Gbps RTT: 100 TCP: CUBIC Bandwidth (Mbps) sndbuf=12.5mb Time (Second) 31
32 (44) QoS NIC 1000 Bandwidth (Mbps) sndbuf=12.5mb txqueuelen=10000 sndbuf=12.5mb Time (Second) NIC NIC: Network Interface Card 32
33 (45) tc $ tc -s qdisc show dev eth0 qdisc pfifo_fast 0: root bands 3 priomap Sent bytes pkt (dropped 72, overlimits 0 requeues 25164) rate 0bit 0pps backlog 0b 0p requeues ifconfig $ ifconfig eth0 eth0 Link encap:ethernet HWaddr 00:22:64:10:cc:9d inet addr: Bcast: Mask: inet6 addr: fe80::222:64ff:fe10:cc9d/64 Scope:Link UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1 RX packets: errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 TX packets: errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 collisions:0 txqueuelen:1000 RX bytes: (72.2 MB) TX bytes: (29.1 MB) Interrupt:17 $ ifconfig eth0 txqueuelen
34 (71) netstat -s Linux net-tools $ netstat -s [snip] Tcp: 49 active connections openings 4925 passive connection openings 56 failed connection attempts 12 connection resets received 1 connections established segments received segments send out 210 segments retransmited 1 bad segments received. 575 resets sent [snip] TcpExt: 55 resets received for embryonic SYN_RECV sockets 108 TCP sockets finished time wait in fast timer delayed acks sent Quick ack mode was activated 67 times 7961 packets directly queued to recvmsg prequeue. 43 bytes directly received in process context from prequeue packet headers predicted acknowledgments not containing data payload received predicted acknowledgments 4 times recovered from packet loss by selective acknowledgements 37 congestion windows recovered without slow start after partial ack 4 TCP data loss events 6 timeouts after SACK recovery 1 timeouts in loss state 5 fast retransmits 5 retransmits in slow start 167 other TCP timeouts [snip] 34
35 (46) TCP
36 (47) TCP cwnd cwnd cwnd 1Gbps RTT 200ms MTU 1500B RTT 27 Time 36
37 (48) PSockets GridFTP (BitTrrent Swarming) TCP TCP Friendly 37
38 (50) Inter-protocol fairness TCP Friendliness TCP Intra-protocol fairness RTT RTT Reno RTT 38
39 (49) TCP NewReno RFC 2852 HighSpeed TCP RFC 3649 Scalable TCP BIC CUBIC Linux H-TCP Vegas Westwood+ FAST Illinois YeAH Compound TCP Windows Vista RTT2 > RTT1 39
40 (51) CUBIC cwnd Wmax RTT cubic cwnd cwnd Steady state behavior Probing W max W min W cubic = C ( T 3 Wmax β C ) 3 + W max Time 40
41 (52) Compound TCP Windows Vista Reno dwnd 0 Reno loss-based (cwnd) + delay-based (dwnd) cwnd + dwnd Reno RTT = loss free period 41
42 (53) TCP TCP HPC TCP 42
43 (54) RTT RTT: 200 BW: 500 Mbps RTT: 200 S GbE R GbE ( ) 500Mbps 1Gbps 43
44 (55) Limited slow start [RFC 3742] max_ssthresh < cwnd <= ssthresh RTT cwnd max_ssthresh/2 Swift Start Packet-pair probing ACK HyStart (Hybrid slow start) RTT Linux CUBIC 44
45 TCP/IP MPI (18)
46 (19) MPI TCP MPI TCP e.g. Time Time 46
47 (20) PC 8 PCs 8 PCs Node0 Host 0 Host 0 Host 0 Catalyst 3750 WAN GtrcNET-1 Catalyst 3750 Node8 Host 0 Host 0 Host 0 Node7 Node15 CPU: Pentium4/2.4GHz Memory: DDR MB NIC: Intel PRO/1000 (82547EI) OS: Linux (Fedora Core 2) Socket buffer: 20MB 47
48 (-) 8 PCs 2 10MB 8 PCs Node0 Host 0 Host 0 Host 0 Node7 Catalyst 3750 WAN GtrcNET-1 RTT: 20 ms : 500 Mbps Catalyst 3750 Node8 Host 0 Host 0 Host 0 Node15 1 CPU: Pentium4/2.4GHz Memory: DDR MB NIC: Intel PRO/1000 (82547EI) OS: Linux (Fedora Core 2) Socket buffer: 20MB 48
49 (21) Bandwidth (Mbps) MB Time (sec) MB 500Mbps Bandwidth (Mbps) x Time (msec) 49
50 Linux RTO cwnd [RFC 2861] MPI HTTP/1.1 kernel net.ipv4. tcp_slow_start_after_idle=0 (22) cwnd ssthresh time 50
51 (23) cwnd ACK cwnd cwnd RTT (Round Trip Time) ACK 51
52 (24) ACK ACK RTT RTT cwnd cwnd RTT cwnd RTT (Round Trip Time) ACK 52
53 (25) 1000 Bandwidth (Mbps) MB Time (msec) Bandwidth (Mbps) cwnd Time (msec) 53
54 (-) 8 PCs 8 PCs Node0 Host 0 Host 0 Host 0 Node7 Catalyst 3750 WAN GtrcNET-1 RTT: 0 ms : 1 Gbps Catalyst 3750 Node8 Host 0 Host 0 Host 0 Node15 16 CPU: Pentium4/2.4GHz Memory: DDR MB NIC: Intel PRO/1000 (82547EI) OS: Linux (Fedora Core 2) Socket buffer: 20MB 54
55 (29) All-to-all MPI data A A0 A1 A2 A3 A0 B0 C0 D0 process B C D B0 B1 B2 B3 C0 C1 C2 C3 D0 D1 D2 D3 A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 A B A B A B C D 1 C D 2 C D 3 55
56 (28) Bandwidth (Mbps) Mbps KB Message size (KB) Bandwidth (Mbps) 32KB Time (msec)
57 (30) RTO RTO TCP A C A C B D B D RTO A C A C B D B D A C A C B D B D A C 57
58 (31) RTO RTO = RTT + α α } α RTT 0 RTO 200 RTO = SRTT + max(g, 4 x RTTVAR) SRTT = (1 - β) x SRTT + β x RTT RTTVAR = (1 - γ) x RTTVAR + γ x SRTT - RTT β = 1/8, γ = 1/4, G = 200 msec SRTT: Smoothed Round Trip Time RFC2988 G 1 RTT
59 (32) RTO Bandwidth (Mbps) KB w/o RTO fix w/ RTO fix Message size (KB) RTO = SRTT + max(g, 4 x RTTVAR) G = 200 G = 0 (kernel ) ip route 1000 RTO 1000 RTO Bandwidth (Mbps) Bandwidth (Mbps) Time (msec) Time (msec) 59
60 (-) Bandwidth (Mbps) KB w/o RTO fix w/ RTO fix Message size (KB) RTO RTO RTO 60
61 (33) MPI TCP/IP RTO ACK cwnd MPI TCP, ACS11,
62 (65)
63 (57) 63
64 PSPacer (58) Linux OS GPL ACS14,
65 (63) 500Mbps PSPacer PSPacer 500Mbps 65
66 (64) TCP Sender Receiver A B 1 Gbps RTT 200ms w/o PSPacer w/ PSPacer C D 535 Mbps 980 Mbps 394 Mbps 141 Mbps 490 Mbps 490 Mbps TCP Scalable TCP 66
67 (62) PSPacer 10GbE 100Mbps Iperf 5 GtrcNET (Gbps) PSPacer 10GbE HTB: Hierarchical Token Bucket Linux 0 PSPacer+ HTB (Gbps) CPU: Quad-core Xeon (E5430) x 2 NIC: Myricom Myri-10G (PCIe x 8) MTU: 9000 byte Memory: 4GB DDR
68 (66) ip $ ip route show cached to from dev eth1 cache mtu 9000 rtt 187ms rttvar 175ms ssthresh 1024 cwnd 637 advmss 8960 hoplimit 64 # sysctl -w net.ipv4.tcp_no_metrics_save=1 net.ipv4.tcp_no_metrics_save=1 68
69 (67) GbE MTU 1500B Mbps (Gb MTU 9000B Mbps ping -M do IP Don t fragment bit on $ ping -M do -s PING ( ) 9000(9028) bytes of data. From icmp_seq=1 Frag needed and DF set (mtu = 9000) From icmp_seq=1 Frag needed and DF set (mtu = 9000) From icmp_seq=1 Frag needed and DF set (mtu = 9000) $ ping -M do -s PING ( ) 8972(9000) bytes of data bytes from : icmp_seq=1 ttl=64 time=3.76 ms 8980 bytes from : icmp_seq=2 ttl=64 time=0.127 ms 8980 bytes from : icmp_seq=3 ttl=64 time=0.133 ms NG OK 69
70 (68) Infiniband Myrinet IEEE 802.3x PAUSE $ sudo ethtool -A eth0 tx on rx on $ sudo ethtool -a eth0 Pause parameters for eth1: Autonegotiate:off RX: off TX: off Lossless Ethernet 70
71 (69) TCP/IP
72 (70) Rough consensus, running code RFC Reno [RFC 2851] net/ipv4 180 regression BIC init_ssthresh ABC 72
73 (72) Web100 Pittsburgh Supercomputing Center (PSC) procfs netstat -s [RFC 4898] 73
74 (72) TCP Probe KProbes TCP procfs 74
75 (73) TCP Probe cwnd ssthresh 75
76 (76) 1. RTT 4MB 2. setsockopt listen connect TCP 5. 76
77 (77) 1. tcp_slow_start_after_idle RTO RTO
78
79 TCP RFC2851 (standard) RFC2852 (experimental) ARPANET TCP IP (1970 ) (1986) RFC793 (standard) NewReno Reno Tahoe TCP(v4) NCP TCP Vegas IPv4 ScalableTCP HSTCP CUBIC BIC HTCP CompoundTCP FAST TCP 79
80 RFC Spec. sysctl default TCP (RFC 793) - - Window scaling (RFC 1323) tcp_window_scaling 1 TImestamps option (RFC 1323) tcp_timestamps 1 TIME-WAIT Assassination Hazards (RFC 1337) tcp_rfc SACK (RFC 2018, 3517) tcp_sack 1 Control block sharing (RFC 2140) tcp_no_metrics_save 0 MD5 signature option (RFC 2385) - - Initial window size (RFC 2414) - - Congestion control (RFC 2581) - - NewReno (RFC 3782) - - Cwnd validation (RFC 2861) tcp_slow_start_after_idle 1 D-SACK (RFC 2883) tcp_dsack 1 Limited transmit (RFC 3042) - - Explicit congestion notification (RFC 3168) tcp_ecn 0 Appropriate Byte Counting (RFC 3465) tcp_abc 0 Limited slow start (RFC 3742) tcp_max_ssthresh 0 FRTO (RFC 4138) tcp_frto 0 Forward ACK tcp_fack 1 Path MTU discovery tcp_mtu_probing 0 80
81 URL Project BIC/CUBIC FAST TCP Westwood+ Scalable TCP HighSpeed TCP H-TCP TCP-Illinois Compound TCP TCP Vegas TCP Westwood Circuit TCP TCP Hybla TCP Low Priority UDT XCP Web100 TCP Probe iproute2 URL
17 TCP (ACK:ACKnowledge) (RTT:Round Trip Time) TCP (Transmission Control Protocol) PSPacer (Precise Software Pacer) JGN2 TCP FAST TCP UDP PSPacer
TCP 18 2 27 17 TCP (ACK:ACKnowledge) (RTT:Round Trip Time) TCP (Transmission Control Protocol) PSPacer (Precise Software Pacer) JGN2 TCP FAST TCP UDP PSPacer 1 1 2 TCP 2 2.1..................................
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