Uydu ağlarında kullanılan geleneksel TCP protokollerinin uzun gecikme süreleri ve yüksek bit hata oranları nedeniyle düşük performans göstermesi, yeni tıkanıklık denetimi algoritmalarının geliştirilmesini gerekli kılmıştır. Bu bağlamda geliştirilen TCP-Peach, uydu IP ağlarında uçtan uca bağlantı verimini artırmak amacıyla önerilen bir tıkanıklık kontrol protokolüdür. TCP-Peach, Sudden Start ve Rapid Recovery adlarında iki yeni algoritmanın yanı sıra geleneksel TCP mekanizmaları olan Congestion Avoidance ve Fast Retransmit algoritmalarını içerir. Yenilikçi yapısının temelinde “dummy segment” adı verilen, yeni bilgi taşımayan, düşük öncelikli TCP segmentleri yer almaktadır.
Uydu Ağlarında TCP'nin Sorunları
Uydu haberleşme sistemleri, yüksek gecikme süreleri ve hata oranları nedeniyle geleneksel TCP algoritmalarının performansını olumsuz yönde etkiler. Özellikle, Slow Start algoritması bağlantının başlangıcında ağ kaynaklarının verimli kullanılmasını engeller. Uydu ağlarında RTT (Round-Trip Time) değerlerinin yüksek olması nedeniyle, TCP’nin başlangıçta hedef bit hızına ulaşması uzun zaman alır. Ayrıca, TCP protokolü başlangıçta tüm segment kayıplarını tıkanıklıkla ilişkilendirdiğinden, bağlantı hatası nedeniyle oluşan segment kayıplarında da iletim oranını azaltarak gereksiz performans düşüşlerine neden olur.
TCP-Peach Mimarisi
TCP-Peach dört temel algoritmadan oluşur: Sudden Start, Rapid Recovery, Congestion Avoidance ve Fast Retransmit. Sudden Start ve Rapid Recovery algoritmaları TCP-Peach’e özgüdür. Bu algoritmaların yenilikçi yanı, dummy segment adı verilen özel TCP segmentlerini kullanmalarıdır. Dummy segmentler, ağdaki boş kaynakları test etmek amacıyla gönderilir; taşıdıkları veri gerçek değildir ve göndericiye, ağda hâlâ kullanılabilir bant genişliği olup olmadığını bildirir.
TCP-Peach mimarisi. (YZ ile çizilmiştir)
Dummy Segmentler
Dummy segmentler, en son gönderilen veri segmentinin bir kopyası olup alıcıya yeni bilgi taşımaz. Gönderici tarafından oluşturulur ve düşük öncelikli IP paketleri ile iletilir. Bu segmentlerin ağda önceliği düşüktür; dolayısıyla bir yönlendirici tıkanıklık yaşadığında, bu segmentler öncelikli olarak atılır. Bu mekanizma sayesinde dummy segmentlerin iletimi, gerçek veri segmentlerinin iletimini etkilemez. Eğer dummy segmentlerin ACK'leri alınırsa, bu durum ağda kullanılabilir kaynak olduğuna işaret eder ve gönderici iletim hızını artırabilir.
Sudden Start Algoritması
Sudden Start algoritması, TCP'nin klasik Slow Start algoritmasının yerine kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Yeni bir bağlantının başında, gönderici bir veri segmenti gönderir ve ardından belirli zaman aralıklarıyla dummy segmentler gönderir. Bu sayede, bir RTT süresince çok sayıda dummy segmentin alıcının geri dönüşüyle birlikte, iletim hızı hızlı bir biçimde artırılır. ACK'lerin dummy segmentler için dönmesi, göndericinin iletim oranını artırmasına olanak tanır. Eğer alıcı dummy segmentleri tanımıyor ve uygun şekilde cevaplamıyorsa, TCP-Peach, TCP-Reno gibi davranmaya geri döner.
Rapid Recovery Algoritması
Rapid Recovery algoritması, geleneksel TCP'nin Fast Recovery algoritmasının yerine kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Segment kaybı algılandığında, gönderici önce segmenti yeniden iletir ve ardından dummy segmentler gönderir. Bu segmentlerin ACK'leri Congestion Avoidance aşamasında gelir. İlk başta gönderilen dummy segmentlerin ACK'leri, ağda halen tıkanıklık olduğunun göstergesi olarak kabul edilir ve iletim oranı artırılmaz. Fakat, sonraki dummy segmentlerin ACK’leri geldikçe, gönderici iletim oranını artırarak segment kaybı öncesi duruma hızla geri döner.
TCP-Peach Sudden Start algoritması ile iletim hızı artışı. (YZ ile çizilmiştir)
TCP-Peach+ Varyantı
TCP-Peach protokolü, TCP-Peach+ adlı gelişmiş sürüm ile daha da iyileştirilmiştir. TCP-Peach+ içinde Jump Start ve Quick Recovery adında iki yeni algoritma bulunmaktadır. Jump Start, Sudden Start algoritmasının yerini alır ve dummy segmentler yerine NIL (Non-Intrusive Low-priority) segmentleri kullanır. Bu segmentler, dummy segmentlerden farklı olarak yeni bilgi taşıyabilir ve hata düzeltmede de kullanılabilir. Quick Recovery algoritması ise, segment kayıplarının çoklu olduğu durumlarda daha kararlı ve hızlı toparlanma sağlar.
Diğer TCP Varyantları ile Karşılaştırma
TCP-Peach, TCP Tahoe, Reno, New Reno ve Westwood gibi klasik ve modern TCP varyantlarına göre uydu ağları gibi yüksek gecikmeli ve hata oranı yüksek ortamlarda daha başarılıdır. Özellikle başlangıç ve hata toparlama süreçlerinde dummy segment kullanımı sayesinde, ağın durumunu etkili şekilde değerlendirme ve buna uygun iletim ayarlamaları yapabilmektedir.
