Capitolo 5

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Capitolo 5

Analisi dei risultati

5.1 – Analisi al variare di ifqlength

Nel primo studio di simulazione si è analizzato l’andamento dei tempi medi di download, riferiti ai singoli domini, al variare del parametro ifqlength. Tale parametro, come già detto nel paragrafo 3.1.1, rappresenta la dimensione del buffer dei nodi wireless (compresi gli Access Point) ed è stato considerato pari a 10000, 1000, 100, 50 e 30 pacchetti. I risultati ottenuti evidenziano, innanzitutto, un diverso comportamento per i domini cablati e per quelli wireless. Più precisamente per i domini wireless è possibile notare come il tempo medio di download, al variare di ifqlength, segua un andamento simile in tutti gli scenari considerati. Tale caratteristica è una diretta conseguenza del fatto che tale parametro agisce solamente sul buffer dei nodi wireless. Poiché tra questi, coloro che giocano un ruolo chiave nel settaggio di questo parametro sono gli Access Point, nei paragrafi successivi ogni riferimento a ifqlength riguarderà il loro buffer. Considerando i soli domini wireless, è possibile vedere dalle figure 5.1 – 5.5, come, in tutti gli scenari simulati, l’andamento del tempo medio di download decresce al diminuire del parametro ifqlength andandosi a stabilizzare quando la dimensione del buffer è compresa tra i 100 e i 30 pacchetti. Ciò significa che i tempi di download maggiori si sperimentano per elevati valori della dimensione del buffer.

Intuitivamente, ad un aumento della dimensione della coda negli AP dovrebbe seguire un miglioramento delle prestazioni del sistema. Ciò significa che i tempi di download dei domini wireless dovrebbero risultare più bassi rispetto al caso in cui gli AP hanno buffer più piccoli in quanto, aumentandone la dimensione, diminuisce la probabilità di perdere pacchetti. Tuttavia, se da un lato ciò rappresenta un vantaggio, dall’altro un aumento della dimensione del buffer provoca un aumento del ritardo di coda, con il conseguente incremento del Round Trip Time complessivo sperimentato dalle connessioni TCP. Tutto questo va a danneggiare le connessioni TCP caratterizzate da un tempo di vita molto breve. La soluzione migliore consiste nel considerare un valore del buffer che sia una via di mezzo tra la necessità di massimizzare il throughput delle

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2 connessioni TCP che hanno un tempo di vita lungo (buffer grandi) e la necessità di minimizzare il RTT per le connessioni TCP con tempo di vita breve (buffer piccoli). Si è scelto quindi di considerare, nelle simulazioni successive, un valore del parametro ifqlength pari a 100 pacchetti, che corrisponde anche al valore implementato nella maggior parte delle schede 802.11b presenti in commercio.

Figura 5.1 – 1 seed in ogni dominio

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Figura 5.3 – 8 seed nel dominio wireless 1

Figura 5.4 – Flash-crowd: 1 seed nel dominio cablato 6

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4 Dalla figura 5.5 notiamo che la situazione peggiore corrisponde al caso flash-crowd nel quale si sperimentano dei tempi medi di download più alti rispetto agli altri casi. In questa condizione, infatti, soltanto un peer possiede il file completo che può inviare agli altri nodi del sistema. Un’analisi dettagliata sui tempi medi di download in tutti gli scenari simulati verrà svolta nel paragrafo 5.3.

Nelle figure 5.6 – 5.10 è, invece, mostrato l’andamento dei tempi medi di download dei domini cablati al variare del parametro ifqlength. I grafici mostrano che non è possibile individuare un comportamento uniforme nei cinque scenari simulati, come invece accade per i domini wireless.

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5.2 – Analisi degli algoritmi di selezione dei chunks

Come accennato nel paragrafo 5.1 nelle successive simulazioni considereremo una dimensione del buffer degli Access Point (e in generale di tutti i nodi wireless) pari a 100 pacchetti, valore che rappresenta quello più comunemente implementato nelle schede 802.11b attualmente in commercio. In questo paragrafo si è voluto analizzare il confronto tra i tempi medi di download di tutti i peers della rete considerando le due strategie di selezione dei chunks implementate dal protocollo BitTorrent:

1. Strict-Priority/Random First 2. Rarest-First

Nel codice impiegato la strategia di default è Strict-Priority/Random First mentre la strategia Rarest-First deve essere selezionata esplicitamente tramite script OTcl. Intuitivamente, quest’ultima, dovrebbe portare ad un peggioramento delle prestazioni del sistema rispetto all’uso della strict-priority. Ciò è confermato dai risultati ottenuti attraverso le simulazioni effettuate e che vengono riassunti dalle figure successive. Nelle figure 5.11 – 5.13 consideriamo dapprima i tre scenari di simulazione relativi alla diversa distribuzione degli 8 seeds all’interno della rete. I tre casi mostrati sono rispettivamente:

• 1 seed all’interno di ogni dominio;

• 8 seeds distribuiti all’interno dei 5 domini wireless (due nei domini 1, 3 e 5; un seed nei domini 2 e 4);

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Per ogni dominio si è calcolato l’aumento percentuale del tempo medio di donwload che si sperimenta nel caso in cui si utilizzi la strategia Rarest-First.

Dai risultati ottenuti si osserva che, per i domini wireless, gli aumenti sono compresi tra lo 0,7% (sperimentato dal dominio 1 nel caso illustrato in figura 5.11) e il 5,4% (dello stesso dominio nel caso di figura 5.13). Per i domini cablati, invece, gli aumenti variano tra l’1,4% (dominio 7 in figura 5.12) e il 16% (domino 6 figura 5.13).

Nelle figure 5.14 – 5.15 è mostrato, invece, come, nel caso flash-crowd, tali differenze risultino molto più accentuate.

Il caso peggiore risulta essere quello che vede l’unico seed della rete all’interno del dominio cablato (figura 5.14). In questa situazione, infatti, i domini wireless sperimentano un aumento medio del tempo di download pari all’11,8% mentre per i domini cablati l’aumento è mediamente pari al 67,5% con picchi fino al 113% (dominio 6).

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Figura 5.15 – Flash-crowd: 1 seed nel dominio wireless 1

Considerando, invece, l’unico seed della rete posizionato all’interno del dominio wireless (figura 5.15), l’aumento del tempo di download risulta meno evidente rispetto

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10 al caso precedente. Per i domini wireless, infatti, tale aumento è mediamente pari al 2,38% mentre per i domini cablati sale fino al 13,6% con picchi del 18% (domino 6 di figura 5.15). In conclusione si può affermare che l’uso di una strategia di tipo strict-priority per la selezione dei chunks porta ad ottimizzare i tempi medi di download, in tutti gli scenari di simulazione considerati, rispetto alla scelta di una strategia di tipo rarest-first.

Si osserva, infine, che la situazione peggiore si ha nel caso flash-crowd considerando il seed all’interno del dominio cablato. In questo caso, infatti, alcuni nodi (dominio 6) riescono a terminare il download del file condiviso in un tempo che supera di due volte quello relativo allo stesso scenario nel caso in cui si utilizzi una strategia di tipo strict-priority.

5.3 – Analisi del throughput e del tempo di download con

ifqlength 100

In questo paragrafo si analizza, inizialmente, l’andamento del tempo medio di download dei peers della rete considerando la dimensione del buffer degli Access Point pari a 100 pacchetti e una strategia di selezione dei chunks di tipo strict-priority. Tali impostazioni, come abbiamo visto nei paragrafi precedenti, consentono di ottimizzare le prestazioni complessive offerte dal sistema.

Analizzeremo dapprima il caso in cui si considerano 8 seeds distribuiti in maniera diversa nei domini e successivamente verrà considerata la situazione flash-crowd relativa alla presenza di un solo seed all’interno nel sistema.

5.3.1 – Distribuzione di 8 seeds nella rete

I risultati presentati in questo paragrafo mostrano come, nei tre scenari considerati, i peers appartenenti ai domini cablati (dominio 6, 7 e 8) riescano a scaricare il file in un tempo minore rispetto a quello impiegato dai nodi wireless. Il motivo di questo comportamento è da ricercarsi nell’algoritmo di unchoking implementato dal protocollo BitTorrent. Tale algoritmo spinge i peers del sistema a “sbloccare” quei nodi che

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11 offrono le migliori prestazioni in termini di capacità di download e che hanno contribuito maggiormente alla diffusione del file condiviso. Inoltre, in tutti e tre gli scenari considerati in questo paragrafo, la tendenza generale consiste nella capacità, dei domini più numerosi, di scaricare il file condiviso nella rete in un tempo medio che risulta minore rispetto a quello impiegato dai domini più piccoli. Intuitivamente tale caratteristica è dovuta al fatto che i domini più numerosi contengono, potenzialmente, un numero maggiore di seeds che permettono, quindi, una più rapida diffusione del file condiviso. Questo comportamento è confermato dalle figure 5.16 – 5.18 nelle quali il dominio 6, costituito da 300 nodi, riesce a terminare il download del file in un tempo minore, seguito poi dai domini 7 (200 nodi) e 8 (100 nodi) mentre, i domini wireless, costituiti da soli 20 nodi, terminano il download per ultimi.

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Figura 5.17 – 8 seed nei domini wireless

Confrontando in dettaglio i tempi medi per ogni dominio, nei tre scenari considerati, si nota che la situazione più critica risulta essere quella in cui gli 8 seeds sono collocati

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13 tutti all’interno di un unico domino wireless (figura 5.18). In questa situazione, infatti, i tempi medi di download risultano essere maggiori per ogni dominio tranne quello in cui sono posizionati i seeds. Va osservato però che con questa distribuzione, all’interno del domino 1, sono presenti solamente 12 leechers che devono scaricare il file mentre gli altri domini wireless ne comprendono 20. La causa di ciò è da ricercarsi nell’AP1 che si trova a dover gestire i flussi in upload dello 8 stazioni mobili che possiedono il file, risultando essere il bottleneck della rete. La situazione migliore, invece, risulta quella che prevede un seed in ogni dominio della rete (figura 5.16). In queste condizioni, tuttavia, si può osservare come il dominio 1 (20 nodi) impieghi circa il 140% in più di tempo rispetto al dominio 6 (300 nodi) per completare il download.

Al fine di dimostrare le migliori prestazioni dei domini cablati rispetto a quelli wireless è stato calcolato l’andamento del throughput, in entrambe le direzioni, sui links che collegano il router centrale W0(0) ai routers e agli AP degli altri domini (figura 4.1). Ciò è riportato nelle figure seguenti nelle quali si considera anche, per ogni caso illustrato, l’andamento del throughput relativo ai primi 50 secondi di simulazione in modo da comprendere al meglio le interazioni tra i vari domini della rete.

Nelle legende delle figure seguenti si è indicato con rate_0_X.dat il throughput sperimentato sul collegamento tra W0(0) e il router (o AP) del dominio X. Viceversa con rate_X_0.dat si è indicato il throughput nella direzione opposta.

In particolare, nel caso in cui si consideri il throughput verso W0(0) (figure 5.19, 5.23 e 5.27), si nota come i domini wireless contribuiscano in maniera minima alla diffusione del file nella rete. Considerando, invece, il throughput in uscita da W0(0) (figure 5.21, 5.25 e 5.29) si può notare come il traffico nella rete si sposti prima verso i domini cablati e una volta completato il download del file, verso i domini wireless.

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5.3.2 – Flash-Crowd

In questo paragrafo si ripete l’analisi fatta in precedenza considerando questa volta la situazione flash-crowd. Si considerano i seguenti casi:

• il seed è presente all’interno di un dominio cablato (dominio 6); • il seed è presente all’interno di un dominio wireless (dominio 1);

L’analisi fatta in questi due casi rispecchia quanto detto nel paragrafo 5.3.1. Anche in questi scenari, infatti si riscontrano le caratteristiche viste nell’analisi precedente:

• i domini cablati risultano favoriti grazie all’implementazione dell’algoritmo di unchoking;

• il tempo medio di download cresce al diminuire della dimensione dei domini;

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I grafici 5.31 e 5.32 dimostrano che, tra i due scenari, la situazione più critica si ha quando il seed è collocato nel domino wireless. In questo caso i domini wireless terminano il download del file in un tempo medio pari a 688,56 secondi generando un incremento del 9,8% rispetto al tempo medio impiegato dagli stessi domini nel caso in cui il seed sia posizionato all’interno di un dominio cablato. Il peggioramento delle prestazioni è ancora più evidente se si confronta il tempo medio di download dei domini cablati nei due scenari considerati. Il dominio 6, ad esempio, sperimenta un miglioramento delle prestazioni, nel caso in cui il seed sia presente nel dominio cablato, pari a circa 85% mentre per i domini 7 e 8 tale percentuale scende, rispettivamente, al 43% e al 28,7%. Si riporta, infine, l’andamento del throughput sugli stessi links specificati nel paragrafo precedente dimostrando come, anche in questo caso, il ruolo dominante sia rappresentato dai domini cablati. Anche in questo caso, infatti, il traffico della rete si sposta prima in direzione dei domini cablati e solo dopo che quest’ultimi hanno completato il download si osserva un aumento del throughput sui quei links che vanno da W0(0) verso i nodi wireless.

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Figura 5.33 – 1 seed nel dominio cablato 6

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Figura 5.35 – 1 seed nel dominio cablato 6

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5.4 – Conclusioni

Riassumiamo in questo paragrafo le conclusioni derivate dagli studi di simulazione svolti. In dettaglio, i risultati tratti dalla simulazione dell’applicazione BitTorrent in un ambiente wired-wireless conducono alle seguenti considerazioni di carattere generale:

1. le prestazioni (intese come il tempo impiegato a completare il download dell’intero file condiviso) dei nodi wireless peggiorano all’aumentare del parametro ifqlength;

2. il valore di ifqlength che ottimizza il compromesso tra la necessità di massimizzare il throughput e l’esigenza di minimizzare il RTT è di 100 pacchetti;

3. la strategia di selezione dei pieces che risultata vincente è quella Strict priority/Random first;

4. le prestazioni dei singoli domini migliorano all’aumentare del numero di nodi che li costituiscono;

5. le prestazioni dei nodi wireless risultano peggiori rispetto a quelle dei nodi wired in tutti gli scenari di simulazione considerati;

6. le prestazioni peggiori si sono ottenute durante la simulazione dello scenario flash-crowd e specificatamente nel caso in cui il seed è all’interno del dominio wireless.