Evaluation and Optimisation of Multi-Path Transport using the Stream Control Transmission Protocol : Evaluierung und Optimierung von Multi-Path-Transport mit dem Stream Control Transmission Protocol

Essen (2012), XXII, 239 S.
Buch / Monographie / Fach: Informatik
Fakultät für Wirtschaftswissenschaften » Fachgebiet Informatik » Technik der Rechnernetze
Duisburg, Essen, Univ., Habil.-Schr., 2012
Abstract:
Das Stream Control Transmission Protocol (SCTP), welches im RFC 4960 spezifiziert wurde, ist ein fortgeschrittenes Transport-Layer-Protokoll mit Unterstützung für Multi-Homing. Dies bedeutet, dass aus Redundanzgründen SCTP-Endpunkte an mehrere Netzwerke gleichzeitig angeschlossen sein können. Allerdings wird für die Übertragung von Benutzerdaten immer nur ein einziger der möglichen Pfade verwendet. Alle anderen Pfade verbleiben als Ersatz und werden nur für Wiederholungen (engl. retransmissions) verwendet. Das Vorhandensein von mehreren Pfaden legt natürlich nahe, Lastverteilung (engl. load sharing) auf den Pfaden einzusetzen. Eine Erweiterung von SCTP -- welche als Concurrent Multipath Transfer (CMT) bezeichnet wird -- realisiert eben diese Funktionalität. Dieser Ansatz funktioniert gut für gleichartige (engl. similar) Pfade, das heißt Pfade mit ähnlichen Charakteristika wie Bandbreiten, Verzögerungen und Bitfehlerraten. Auf ungleichartigen (engl. dissimilar) Pfaden jedoch zeigen sich erhebliche Performanzprobleme. In dieser Habilitationsschrift werden zunächst die Schwierigkeiten von CMT-basierter Lastverteilung auf ungleichartigen Pfaden gezeigt. Dabei werden die Ursachen der Probleme aufgezeigt sowie Lösungen vorgeschlagen. Diese Lösungen werden sowohl durch Simulationen als teilweise auch in einem realistischen Internet-Testbettaufbau bewertet, um ihre Leistungsfähigkeit zu verdeutlichen. Im Besonderen wird dabei gezeigt, dass eine Kombination von mehreren Mechanismen notwendig ist, um CMT mit der erwarteten Leistung innerhalb eines großen Bereiches von Netzwerk- und Systemparametern zu betreiben. Des Weiteren wird die Fairness von CMT-basiertem Transport -- im Wettbewerb mit klassischen, Nicht-CMT-Datenströmen, analysiert. Die Verwendung von reinem CMT führt zu einer übermäßig aggressiven Bandbreitenbelegung auf sogenannten gemeinsamen Engpässen (engl. shared bottlenecks). Als Gegenmaßnahme wird die Idee des Resource Poolings aufgegriffen. Zu diesem Zweck werden zwei neue sowie ein angepasster Ansatz zur Überlastkontrolle -- alle basierend auf dem Resource-Pooling-Prinzip -- eingeführt und sowohl in Szenarien mit gleichartigen als auch ungleichartigen Pfaden untersucht, um zu zeigen wie CMT fair im Internet eingesetzt werden kann. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind zudem in den laufenden IETF-Standardisierungsprozess von SCTP und seinen Erweiterungen eingeflossen.