Evaluation of QUIC-Tunneling

Abstract

Seit 2021 ist QUIC offiziell standardisiert. Aufgrund des zunehmenden Interesse der führenden IT-Unternehmen wächst der Anteil der Nutzung von QUIC innerhalb des Internetverkehrs. Derzeit werden weitere Anwendungsszenarien, die QUIC einbeziehen, entwickelt, diskutiert und gegebenenfalls zusätzlich standardisiert. Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei dem Einsatz von QUIC zusammen mit der Datagramm-Erweiterung zur Bereitstellung eines IP-Tunnels. Eine der möglichen Anwendungsbereiche ist es, veraltete Software durch QUIC-Tunneling mit moderner Technik zu betreiben. In dieser Arbeit wird das Verhalten von TCP-Verbindungen innerhalb eines QUICTunnels untersucht. Zum Aufbau eines QUIC-Tunnels wird eine Client/Server Anwendung entsprechend den RFCs der IETF-Gruppe masque implementiert. Eine experimentelle Umgebung mit drei Containern ist entwickelt, um eine QUIC-Tunnelverbindung aufzubauen. Unter Verwendung von iPerf3 werden TCP-Streams mit Congestion Control Algorithmen wie BIC, CUBIC, Vegas, BBR, Reno und Westwood übertragen. Die Parameter der TCP-Streams sind in dieser Arbeit erfasst und ausgewertet. Des Weiteren werden mehrere TCP-Streams zeitlich parallel über den QUIC-Tunnel übertragen und auf Fairness geprüft. Die Übertragung von TCP durch einen QUIC-Tunnel gelang ohne jegliche Störung. Die Analyse identifizierte Engpässe wie die TUN-Empfangs-Warteschlange, den Datagramm-Sendebuffer sowie den UDP-Empfangsbuffer innerhalb der Tunnelanwendung. Es wurden keine erwähnenswerte Ungleichheiten hinsichtlich Fairness beobachtet.

In 2021, the work on the standardisation of QUIC is completed. Due to the increasing interest of the leading IT companies, the share of the use of QUIC within the internet traffic is growing. Currently, further application scenarios that involve QUIC are being developed, discussed and, if necessary, standardised. Special attention is given to the use of QUIC together with datagram extension to provide an IP tunnel. One of the possible implementation is to operate outdated applications by QUIC-tunneling with modern technology. This paper investigates the behaviour of TCP connections within a QUIC tunnel. To establish a QUIC tunnel, a client/server application is implemented according to the RFCs of the IETF group masque. An experimental environment with three containers is developed to establish a QUIC tunnel connection. By using iPerf3, TCP streams with congestion control algorithms as BIC, CUBIC, Vegas, BBR, Reno and Westwood are transmitted. The parameters of the TCP streams are captured and evaluated in this paper. Further, investigations of several TCP streams, which are transmitted simultaneously via the QUIC tunnel, are assessed for fairness. The transmission of TCP through a QUIC tunnel succeeded without any interference. The analysis identified bottle necks such as TUN receive queue, datagram send buffer as well as UDP receive buffer within the tunnel application. No particular unfairness was observed.