SDN based testbeds for evaluating and promoting multipath TCP

Multipath TCP is an experimental transport proto- col with remarkable recent past and non-negligible future poten- tial. It has been standardized recently, however the evaluation studies focus only on a limited set of isolated use-cases and a comprehensive analysis or a feasible path of Internet-wide adoption is still missing. This is mostly because in the current networking practice it is unusual to configure multiple paths between the endpoints of a connection. Therefore, conducting and precisely controlling multipath experiments over the real “inter- net” is a challenging task for some experimenters and impossible for others. In this paper, we invoke SDN technology to make this control possible and exploit large-scale internet testbeds to conduct end-to-end MPTCP experiments. More specifically, we establish a special purpose control and measurement framework on top of two distinct internet testbeds. First, using the OpenFlow support of GÉANT, we build a testbed enabling measurements with real traffic. Second, we design and establish a publicly available large-scale multipath capable measurement framework on top of PlanetLab Europe and show the challenges of such a system. Furthermore, we present measurements results with MPTCP in both testbeds to get insight into its behavior in such not well explored environment

Enabling Multipath and Multicast Data Transmission in Legacy and Future Internet

The quickly growing community of Internet users is requesting multiple applications and services. At the same time the structure of the network is changing. From the performance point of view, there is a tight interplay between the application and the network design. The network must be constructed to provide an adequate performance of the target application. In this thesis we consider how to improve the quality of users' experience concentrating on two popular and resource-consuming applications: bulk data transfer and real-time video streaming. We share our view on the techniques which enable feasibility and deployability of the network functionality leading to unquestionable performance improvement for the corresponding applications. Modern mobile devices, equipped with several network interfaces, as well as multihomed residential Internet hosts are capable of maintaining multiple simultaneous attachments to the network. We propose to enable simultaneous multipath data transmission in order to increase throughput and speed up such bandwidth-demanding applications as, for example, file download. We design an extension for Host Identity Protocol (mHIP), and propose a multipath data scheduling solution on a wedge layer between IP and transport, which effectively distributes packets from a TCP connection over available paths. We support our protocol with a congestion control scheme and prove its ability to compete in a friendly manner against the legacy network protocols. Moreover, applying game-theoretic analytical modelling we investigate how the multihomed HIP multipath-enabled hosts coexist in the shared network. The number of real-time applications grows quickly. Efficient and reliable transport of multimedia content is a critical issue of today's IP network design. In this thesis we solve scalability issues of the multicast dissemination trees controlled by the hybrid error correction. We propose a scalable multicast architecture for potentially large overlay networks. Our techniques address suboptimality of the adaptive hybrid error correction (AHEC) scheme in the multicast scenarios. A hierarchical multi-stage multicast tree topology is constructed in order to improve the performance of AHEC and guarantee QoS for the multicast clients. We choose an evolutionary networking approach that has the potential to lower the required resources for multimedia applications by utilizing the error-correction domain separation paradigm in combination with selective insertion of the supplementary data from parallel networks, when the corresponding content is available. Clearly both multipath data transmission and multicast content dissemination are the future Internet trends. We study multiple problems related to the deployment of these methods.Internetin nopeasti kasvava käyttäjäkunta vaatii verkolta yhä enemmän sovelluksia ja palveluita. Samaan aikaan verkon rakenne muuttuu. Suorituskyvyn näkökulmasta on olemassa selvä vuorovaikutussovellusten ja verkon suunnittelun välillä. Verkko on rakennettava siten, että se pystyy takaamaan riittävän suorituskyvyn halutuille palveluille. Tässä väitöskirjassa pohditaan, miten verkon käyttökokemusta voidaan parantaa keskittyen kahteen suosittuun ja resursseja vaativaan sovellukseen: tiedonsiirtoon ja reaaliaikaiseen videon suoratoistoon. Esitämme näkemyksemme tekniikoista, jotka mahdollistavat tarvittavien verkkotoiminnallisuuksien helpon toteuttavuuden sekä kiistatta parantavat sovelluksien suorityskykyä. Nykyaikaiset mobiililaitteet monine verkkoyhteyksineen, kuten myös kotitietokoneet, pystyvät ylläpitämään monta internet-yhteyttä samanaikaisesti. Siksi ehdotamme monikanavaisen tiedonsiirron käyttöä suorituskyvyn parantamiseksi ja etenkin vaativien verkkosovelluksien, kuten tiedostonsiirron, nopeuttamiseksi. Tässä väitöskirjassa suunnitellaan Host Identity Protocol (mHIP) -laajennus, sekä esitetään tiedonsiirron vuorotteluratkaisu, joka hajauttaa TCP-yhteyden tiedonsiirtopaketit käytettävissä oleville kanaville. Protokollamme tueksi luomme myös ruuhkautumishallinta-algoritmin ja näytämme sen pystyvän toimimaan yhteen nykyisien verkkoprotokollien kanssa. Tämän lisäksi tutkimme peliteoreettista mallinnusta käyttäen, miten monikanavaiset HIP-verkkopäätteet toimivat muiden kanssa jaetuissa verkoissa. Reaaliaikaisten sovellusten määrä kasvaa nopeasti. Tehokas ja luotettava multimediasisällön siirto on olennainen vaatimus nykypäivän IP-verkoissa. Tässä työssä ratkaistaan monilähetyksen (multicast) jakelustruktuurin skaalautuvuuteen liittyviä ongelmia. Ehdotamme skaalautuvaa monilähetysarkkitehtuuria suurille peiteverkoille. Ratkaisumme puuttuu adaptiivisen virhekorjauksen (Adaptive Hybrid Error Correction, AHEC) alioptimaalisuuteen monilähetystilanteissa. Luomme hierarkisen monivaiheisen monilähetyspuutopologian parantaaksemme AHECin suorituskykyä, sekä taataksemme monilähetysasiakkaiden palvelun laadun. Valitsimme evoluutiomaisen lähestymistavan, jolla on potentiaalia keventää multimediasovelluksien verkkoresurssivaatimuksia erottamalla virhekorjauksen omaksi verkkotunnuksekseen, sekä käyttämällä valikoivaa täydentävää tiedonlisäystä rinnakkaisverkoista vastaavan sisällön ollessa saatavilla. Sekä monikanava- että monilähetystiedonsiirto ovat selvästi osa internetin kehityssuuntaa. Tässä väitöskirjassa tutkimme monia ongelmia näiden tekniikoiden käyttöönottoon liittyen

Concurrent Multipath Transfer: Scheduling, Modelling, and Congestion Window Management

Known as smartphones, multihomed devices like the iPhone and BlackBerry can simultaneously connect to Wi-Fi and 4G LTE networks. Unfortunately, due to the architectural constraints of standard transport layer protocols like the transmission control protocol (TCP), an Internet application (e.g., a file transfer) can use only one access network at a time. Due to recent developments, however, concurrent multipath transfer (CMT) using the stream control transmission protocol (SCTP) can enable multihomed devices to exploit additional network resources for transport layer communications. In this thesis we explore a variety of techniques aimed at CMT and multihomed devices, such as: packet scheduling, transport layer modelling, and resource management. Some of our accomplishments include, but are not limited to: enhanced performance of CMT under delay-based disparity, a tractable framework for modelling the throughput of CMT, a comparison of modelling techniques for SCTP, a new congestion window update policy for CMT, and efficient use of system resources through optimization. Since the demand for a better communications system is always on the horizon, it is our goal to further the research and inspire others to embrace CMT as a viable network architecture; in hopes that someday CMT will become a standard part of smartphone technology