Analysis of ALTO protocol over P2P networks

Abstract

Günümüzde eş görevli (P2P) ve içerik dağıtım ağlarında (CDN) en önemli problem uygulamaların servis kalitesini ve servis sağlaycıların ekonomilerini kötü yönde etkilemesinedeniyle en iyi eş ya da düğümün seçilmesi problemidir. Bu nedenle son yıllarda bu problemi çözmek ya da iyileştirebilmek adına araştırmalar yapılmakta, ceşitli öneriler sunulmaktadr. Ancak bu uygulamalar açık sistemler arabağlaşım (OSI) modeline göre 7. katmanda calıştıkları için, üzerinde çalıştıkları ağın bilgilerine sahip değildirler. Dolayısıyla, uygulamalar ile servis sağlayıcılar arasnda bir işbirliği olmadan en uygun çözümü bulmak çok zor hatta imkansızdr. Tüm bu nedenlerden ve ayrıca bu uygulamaların internet üzerinde en çok trafik yaratan uygulamalar olmasından dolayı İnternet Mühendisliği Çalışma Grubu (IETF), Uygulama Katmanı Trafik Eniyilemesi (ALTO) protokolü adı verilen ve, uygulamalar ile servis sağlayıcılar arasnda bir arayüz tanımlayan bir protokol oluşturmaya başlamştır. Bu protokolle birlikte uygulamalar ile servis sağlayıcılar, ALTO Sunucusu olarak adlandırılan ortakbir arayüzde haberleşme ve bilgi paylaşma imkanı bulacak ve paylaşılan bu bilgilerle potansiyel eşler arasındaki maliyetler hesaplanarak, rastgele bir eş eşleştirmeden dahaiyi ve hatta en iyi eş eşleştirme yapılabilecektir.Bu tezde servis sağlayıcılar için, literatürde var olan ve yeni önerilen maliyet hesaplama metodları geliştirerek, bir ALTO Sunucusu gerçeklenmiştir. Bu maliyet hesaplamayöntemleri ile hem uygulamaların performanslarının iyileştirilmesi, hem de servis sağlayıcıların ağ kaynaklarının daha verimli kullanılması amaçlanmıştır. Geliştirilen bu ALTO Sunucusu sırasıyla, BitTorrent benzeri bir dosya paylaşım uygulamasında, P2P Gerçek-Zamanlı Ölçeklenebilir Video Dağıtımuygulamasında ve son olarak OpenFlow Kontrolör ile kontrol edilen Yazılım Tabanlı Ağ (SDN) üzerinde gerçeklenen CDN uygulaması üzerinde analiz edilmiştir. Benzetim sonuçları göstermiştir ki, ALTO servisinin bu uygulamalar için aktif hale getirilmesi servis sağlaycılar arası trafiği önemli ölçüde azaltmış, aynı zamanda uygulamaların performanslarını da korumuştur.

Currently, for distributed applications such as Peer-to-Peer (P2P) and Content Delivery Networks (CDNs), the most important challenge is to determine the optimal peer or node selection process, since it sometimes causes low Quality of Experienceand affects the economics of the Internet Service Providers (ISPs) negatively. Therefore, in recent years significant research has been conducted in this area. However, since these protocols operate on Layer 7 (Application Layer) according to the Open Systems Interconnection (OSI) model, they are network-oblivious. Therefore, without a co-operation between service or network providers (i.e. ISPs) and applications, obtaining an optimal solution is not easy or even possible. Since P2P applications are one of the most widely used applications on the Internet, Internet Engineering Task Force (IETF) has started to work on a protocol, commonly referred to as theApplication Layer Traffic Optimization (ALTO) Protocol, in order to enable a standartized interface between applications and network providers. With this protocol, both applications and service providers have a chance to interact using a commoninterface via the ALTO Server and share the necessary information in order to calculate the costs of communication between peers, so that a better-than-random peer or node selection is possible.In this thesis, we implement an ALTO Server for several ISPs, describe several(either novel or from the literature) cost calculation methods and try to improve the performance of the communication network from the perspectives of both applications and service providers. We analyse the implemented ALTO Server using a P2P BitTorrent-Like file sharing application, a P2P real-time scalable video streaming application and a CDN application running on a Software DefinedNetwork (SDN) with an OpenFlow Controller. Simulation results and demos show that, with carefully designed peer selection algorithms used in the ALTO Service, the performance of theapplications can be sustained (even can be improved), while the inter-ISP traffic rates can be reduced dramatically.