Application Layer Multicast in constrained network topologies

Abstract

Application Layer Multicast (ALM) erlaubt die Realisierung von Multicast Übertragung unabhängig vom physikalischen Netzwerk. Die Daten werden von einem Sender an eine Gruppe von Empfängern übertragen. Dabei ist die Multicasting Funktionalität als Anwendungssoftware implementiert. Übertragene Daten werden nicht an jeden Empfänger einzeln gesendet, sondern erst bei einer Gabelung des Übertragunsweges kopiert und entsprechend an alle Empfänger gesendet.<br />Diese Arbeit präsentiert Managed Scribe als Erweiterung des Scribe ALM Protokolls. Managed Scribe wurde für den flexiblen Einsatz in eingeschränkten Netzwerktopologien entwickelt. Speziell im Umfeld der Basisnetze des Internets erlaubt der Einsatz von neuen Übertragungstechnologien eine enorme Reduzierung der notwendigen Ressourcen. Managed Scribe bietet die Möglichkeit, bestehende Altlasten der Client/Server-Infrastruktur durch aktuelle Peer-to-Peer Technologien zu ersetzen. Darüber hinaus erlauben die dynamischen Eigenschaften einen konfigurationsarmen Einsatz von intelligenter Infrastruktur. Gerade in Situationen die keine Vorhersage über das Verhalten von Benutzern zulassen, erlaubt der minimale Konfigurationsaufwand den einfachen Einsatz, wodurch Ressourcenknappheit schnell ausgeglichen werden kann.<br />Die Managed Scribe Implementierung verwendet ein rollenbasiertes System zur Einteilung der teilnehmenden Knoten in Sender, Vermittler oder Empfänger. Die Rolle jedes Teilnehmers ist konfigurierbar, wodurch ein Wechsel der entsprechenden Rolle selbst während der Programmausführung möglich ist. Darüber hinaus erlaubt die dynamische Implementierung der Lastverteilung den administrativen Eingriff in die Verteilung der Netzwerk Bandbreiten. Diese Flexibilität qualifiziert Managed Scribe zum Einsatz für eine Vielzahl von Anwendungen. Diese reichen von push Video-on-Demand bis zu verteilten Konferenz Anwendungen. Ereignisorientierte Simulationen werden verwendet um die Managed Scribe Implementierung zu evaluieren. Die im Zuge dieser Arbeit ausgeführten Simulationen zeigen die korrekte Funktionsweise, die effiziente Erzeugung von Multicast Pfaden und die effiziente Funktionsweise der Lastverteilung.<br />Managed Scribe hat das Potential die verwendete Bandbreite des Internets zu senken. Diese Arbeit zeigt, dass es möglich ist durch die Kombination von Pastry und Scribe skalierbare und effiziente Multicast Kommunikation durchzuführen. Diese Arbeit bietet die Grundlage für Anwendungen, die auf Multicast Kommunikation basieren und darüber hinaus Kontrolle über die auftretenden Baumstrukturen benötigen.<br />

Application Layer Multicast (ALM) performs multicast delivery, independently from the physical network topology. It realizes the transmission of information from a source to a group of receivers. The data is only duplicated if the path to different end users split.<br />Thereby, the multicasting protocol is implemented as application software.<br />I propose Managed Scribe as extension of the Scribe ALM protocol to enable dynamic multicast delivery in constrained network topologies.<br />Such topologies are available in the Internet Service Provider (ISP) domains for content distribution. Especially, in the domain of Internet backbone networks, the rise of new transmission techniques allows tremendous resource savings. Managed Scribe offers the opportunity to replace the legacy client/server-infrastructure by state of the art peer-to-peer technology. Moreover, the dynamic nature allows a plug and play placement of additional peer nodes. In scenarios of unpredictable user behavior, minimal configuration effort leads to easy bottleneck removal. As a result, it offers minimized resource usage during the transmission process.<br />The implemented Managed Scribe system uses a role-based model to categorize participating nodes as source, proxy or client. The role of each participant is configurable and, therefore, in flexible scenarios a node is even able to change its role during the runtime. Furthermore, the dynamic load balancing implementation allows the administration to regulate the bandwidth distribution within the network. This flexibility makes Managed Scribe feasible for a wide range of target applications, ranging from push-video on demand services, towards multi-user conference applications.<br />A discrete event simulator is used to show the correct operation of the prototype, the efficient multicast pathway creation and the efficient operation of the load-balancing algorithm.<br />Manages Scribe has high potential to decrement the overall bandwidth consumption of the Internet. This thesis proves the feasibility of using the combination of Pastry and Scribe to achieve scalable and efficient multicast communication. This work is the basis for the implementation of applications that are based on multicast communication with the need of certain control over the tree structures.<br />