SPAD: a distributed middleware architecture for QoS enhanced alternate path discovery

In the next generation Internet, the network will evolve from a plain communication medium into one that provides endless services to the users. These services will be composed of multiple cooperative distributed application elements. We name these services overlay applications. The cooperative application elements within an overlay application will build a dynamic communication mesh, namely an overlay association. The Quality of Service (QoS) perceived by the users of an overlay application greatly depends on the QoS experienced on the communication paths of the corresponding overlay association. In this paper, we present SPAD (Super-Peer Alternate path Discovery), a distributed middleware architecture that aims at providing enhanced QoS between end-points within an overlay association. To achieve this goal, SPAD provides a complete scheme to discover and utilize composite alternate end-to end paths with better QoS than the path given by the default IP routing mechanisms

Distributed discovery and management of alternate paths with enhanced quality of service in the internet

La convergence de récentes avancées technologiques permet l'émergence de nouveaux environnements informatiques pervasifs, dans lesquels des terminaux en réseaux coopèrent et communiquent de manière transparente pour les utilisateurs. Ces utilisateurs demandent des fonctionalités de plus en plus avancées de la part de ces terminaux. Etant données les limites intrinsèques des terminaux mobiles, ces fonctionalités, au lieu d'être directement implémentées dans les terminaux, sont appelées à être fournies par des fournisseurs de services situés à la périphérie du réseau. Ce derniers devient alors une source illimitée de services, et non plus seulement un medium de communication. Ces services, ou applications d'overlays, sont formés de plusieurs éléments applicatifs distribués qui coopèrent et communiquent entre eux via un réseau de recouvrement dynamique particulier, une association d'overlay. La Qualité de Service (QdS) perçue par les utilisateurs d'une application d'overlay dépend de la QdS existant au niveau des chemins de communications qui forment l'association d'overlay correspondante. Cette thèse montre qu'il est possible de fournir de la QdS à une application d'overlay en utilisant des chemins Internet alternatifs, résultant de la composition de chemins distincts. De plus, cette thèse montre également qu'il est possible de découvrir, sélectionner, et composer d'une manière distribuée ces chemins élémentaires, au sein d'une communauté comprenant un nombre important d'entités paires (telles que les précédents fournisseurs de services). Les principales contributions de cette thèse sont : i) une description et une analyse des caractéristiques de QdS de ces chemins alternatifs composés, ii) une architecture originale appelée SPAD (Super-Peer based Alternate path Discovery), qui permet la découverte et la sélection de manière distribuée de ces chemins alternatifs. SPAD est un système complètement décentralisé, qui peut être facilement et incrémentalement déployé sur l'Internet actuel. Il permet aux utilisateurs situés à la périphérie du réseau de découvrir et d'utiliser directement des chemins alternatifs. ABSTRACT : The convergence of recent technology advances opens the way to new ubiquitous environments, where network-enabled devices collectively form invisible pervasive computing and networking environments around the users. These users increasingly require extensive applications and capabilities from these devices. Recent approaches propose that cooperating service providers, at the edge of the network, offer these required capabilities (i.e services), instead of having them directly provided by the devices. Thus, the network evolves from a plain communication medium into an endless source of services. Such a service, namely an overlay application, is composed of multiple distributed application elements, which cooperate via a dynamic communication mesh, namely an overlay association. The Quality of Service (QoS) perceived by the users of an overlay application greatly depends on the QoS on the communication paths of the corresponding overlay association. This thesis asserts and shows that it is possible to provide QoS to an overlay application by using alternate Internet paths resulting from the compositions of independent consecutive paths. Moreover, this thesis also demonstrates that it is possible to discover, select and compose these independent paths in a distributed manner within an community comprising a limited large number of autonomous cooperating peers, such as the fore-mentioned service providers. Thus, the main contributions of this thesis are i) a comprehensive description and QoS characteristic analysis of these composite alternate paths, and ii) an original architecture, termed SPAD (Super-Peer based Alternate path Discovery), which allows the discovery and selection of these alternate paths in a distributed manner. SPAD is a fully distributed system with no single point of failure, which can be easily and incrementally deployed on the current Internet. It empowers the end-users at the edge of the network, allowing them to directly discover and utilize alternate paths

Testing the performance of a commercial active network measurement platform

Diplomityössä testataan ja mitataan yhden kaupallisen aktiivimittausalustan suorituskyky ja tarkkuus. Myös alustan kyky havaita tiettyjä tapahtumia tietoverkoissa testataan. Testeissä on mukana kaksi erityyppistä alustaan kuuluvaa mittalaitetta: alhaisen suorituskyvyn Brix 100 Verifier ja tehokkaampi Brix 1000 Verifier. Testauksen tuloksena voidaan sanoa, että molemmat mittalaitetyypit soveltuvat hyvin kiertoaikaviiveen mittaamiseen. Yhdensuuntaisen viiveen mittaukseen Brix 100 ei sovellu etenkään mitattaessa alhaisia viivetasoja (∼1ms). Ulkoista synkronisointilähdettä, kuten GPS-kelloa, käytettäessä Brix 1000 -mittalaitetta voidaan käyttää myös yhdensuuntaisen viiveen mittaamiseen. Mittausalusta havaitsee verkossa tapahtuvat kuormitustilanteet ja reititinviat, mutta se ei kykene havaitsemaan lyhyitä alle sekunnin mittaisia katkoja. Työn teoriaosassa esitellään joitain tunnettuja aktiivimittausmekasimeja ja -metodeja sekä pureudutaan aktiivimittauksiin ja niiden ongelmakohtiin yleisellä tasolla. Lisäksi työssä esitellään tunnettuja akateemisia aktiivimittaukseen liittyviä projekteja.In this thesis, a commercial active network measurement platform is tested for performance and accuracy. The platform is also tested for ability to detect certain events in networks. Two types of measurement probes are tested: the low performance Brix 100 Verifier and the high performance Brix 1000 Verifier. It is found that both platform's measurement probe types are accurate when measuring round-trip delay, but do not perform nearly as well when measuring one-way delay. External synchronization, such as GPS, helps the Brix 1000 Verifier to reach sub-millisecond measurement accuracy. As Brix 100 Verifiers do not support external synchronization, their accuracy is suitable only for measuring one-way delays larger than a few milliseconds. The platform is able to detect sudden high load levels and router failures in a network, but fails to detect short (sub-second) link breaks. In the theory part of this thesis, some well known active measurement methods and mechanisms are presented. Also, challenges related to active measurement are discussed and some of the recent major academic active measurement projects are introduced