ISP-Aided Neighbour Selection in Peer-to-Peer Systems

Peer-to-Peer (P2P) Systeme verursachen heutzutage mehr als die Hälfte des Internetverkehrs, und eine wachsende Anzahl von Applikationen, z.B. Bittorrent, eDonkey, Joost, Skype, GoogleTalk und P2P-TV nutzen die P2P-Methodik. P2P-Systeme errichten Overlays auf der Applikationsschicht, unabhängig von Internet-Routing und ISP-Topologien. Dies führt zu zusätzlichen Verkehr aufgrund der Messungen sowie ineffizientes Routing für P2P-Benutzer. Während auf der einen Seite die P2P-Applikationen den Broadband-Access Markt treiben, verringert sich auf der anderen Seite die Anzahl der Nutzer der traditionellen Telefonie. Außerdem verursachen P2P-Applikationen auch ein Traffic-Engineering Problem für die ISPs. In diesem Sinne ist P2P einen Dilemma für die ISPs! Einige ISPs haben reagiert, indem sie P2P-Verkehr durch Bandwidth-Shaping blockieren, dies allerdings wenig erfolgreich. Manche P2P-Applikationen versuchen die Netzwerk-Latenzzeit zu potentiellen Nachbarn zu messen, um die hoch-performanten Netzwerkpfade wählen zu können. Allerdings haben diese Schritte die Routingkonflikte zwischen ISPs und P2P-Systeme nicht lösen können. Unsere Messungsstudie und die Visualisierungs-basierte Analyse haben gezeigt, dass die P2P-Overlay-Topologie nicht mit der Topologie der Autonomous Systems (AS) im Internet korreliert, und dass eine größere Zahl von Overlay-Peerings die ISP-Grenzen mehrmals überschreiten. In dieser Arbeit stellen wir eine einfache, generische und einzigartige Lösung vor, die es ISPs und P2P-Systemen erlaubt, miteinander zu kooperieren. Wir schlagen vor, dass die ISPs einen Server betreiben, den wir Orakel nennen wollen, der P2P-Nutzeren hilft, geignete Nachbarn zu finden. Der P2P-Nutzer schickt eine Liste von potentiellen Nachbarn zum Orakel, der die Liste der IP-Addressen anhand von verschiedenen Parametern sortiert. Zum Beispiel würde ein ISP Nutzer des eigenen Netzes bevorzugen, so dass der P2P-Verkehr nicht nach draußen fließt. Weiterhin kann der ISP Nachbarn mit besserer Netzanbindung oder geringeren Delays bevorzugen, oder diejenigen die geographisch näher sind (z.B. selbe Stadt, selber PoP). Das Orakel gibt die sortierte Liste an den P2P-Nutzer zurück, der sich dann mit dem Nachbarn verbindet, der von dem Orakel empfohlen wurde. Dies führt nicht nur zu reduzierten Kosten und vereinfachtem Routing für die ISPs, sondern führt auch zu verbesserter Performanz für P2P-Nutzer im Sinne von höherer Bandbreite und geringerer Verzögerung. Hierdurch kooperieren P2P-Systeme und ISPs in einer Form von der beide profitieren. Wir haben eine umfangreiche Analyse von diesem Vorschlag für unterschiedliche Modelle von P2P-Systemen durchgeführt. Hierfür kamen Graph-Experimente, Testbed-Implementierungen, Planetlab-Installationen und Paketebene-Simulationen zum Einsatz. Die Ergebnisse der Graph-Experimente zeigen, dass P2P-Nutzer unter der Verwendung des Orakels in der Lage sind, die meisten Peerings innerhalb der ISP-Grenzen zu halten, ohne die strukturelle Eigenschaften von P2P-Overlays negativ zu beeinflussen. Eine theoretische Analyse der Netzauslastung (Congestion), die durch kürzere Netzwerkpfade von P2P-Links verursacht werden, zeigte, dass die Netzauslastung nahe an dem theoretischen Optimum liegt. Dies resultiert aus der Tatsache, dass nahezu alle Overlay-Peerings in Übereinstimmung mit den ISP-Routing-Policies gebildet wurden. Anhand von Testbed- und Planetlab-Experimenten konnte die Machbarkeit des ISP-P2P Kooperationsschemas mit realen P2P-Systemen nachgewiesen werden. Des weiteren hat das Experiment gezeigt, dass die Skalierbarkeit von P2P-Systemen sich signifikant verbessert und keine negativen Auswirkungen auf das Antwortverhalten auf Suchanfragen in P2P-Netzwerken resultieren. Die P2P-Nutzer sind so in der Lage die gewünschten Daten auf verfügbaren P2P-Knoten in geringerer Netzwerkdistanz zu finden. Durch intensive Simulationen auf Paketebene haben wir die oben genannten Ergebnisse unter Verwendung des Gnutella P2P-Protokolls mit Churn-Verhalten verifizieren können. Die Perfomanzverbesserung für ISPs und P2P-Nutzer wurde durch Metriken, wie Intra-AS Datenaustausch und Daten-Downloadzeiten, quantifiziert. Dabei wurden in der Simulation verschiedene mathematische Modelle zur Abbildung von Benutzerverhaltensmustern (z.B. Churn, Datenverfügbarkeit, Suchbegriffe) als auch unterschiedlichen ISP-P2P-Topologien angewendet, um die resultiernden Effekte auf die Endnutzer-Performanz in realistischen, best-case und ungünstigen Szenarien zu studieren. Es zeigte sich, dass sich die Vorteile des vorgeschlagenen ISP-P2P-Kooperationsschemas auf alle simulierten Szenarien auswirken. ISPs sind so in der Lage, Kostenersparnisse zu realisieren, da ein großer Anteil des P2P-Verkehrs innerhalb des eigenen Netzwerks bleibt. Zusätzlich ermöglicht das Konzept ein besseres Traffic-Engineering und bietet dem Kunden eine höhere Servicequalität. Der P2P-Nutzer profitiert von schnelleren Downloads, verbesserten Antwortverhalten auf Suchanfragen sowie einer verbesserten Skalierbarkeit des P2P-Systems durch die Reduktion von Overhead-Traffic. Wir erweiterten das ISP-P2P-Kooperationskonzept, so dass verschiedene ISPs durch den Austausch von aggregierten Netzinformationen kooperieren können. Dies ermöglicht P2P und anderen Applikationen eine Schätzung der Netzwerkpfad-Eigenschaften zu potentiellen Nachbarn, innerhalb und außerhalb des ISP-Netzes. Mit Hilfe von sehr großen Topologie-Simulationen haben wir die Vorteile der ISP-Kooperation durch den Performanzvergleich mit bandbreite-basierten P2P-Systemen aufgezeigt. Des weiteren zeigen wir auf, wie dieses Konzept zu einem Global Coordinate System ausgebaut werden kann. Letztendlich untersuchten wir die Machbarkeit des Orakel-Services, um die „Pollution“ in P2P file-sharing-systemen zu reduzieren, und gleichzeitig Netzwerklokalität aufrecht zu erhalten.

Author dc:creator

• Aggarwal, Vinay

Advisor dc:contributor.advisor

• Feldmann, Anja

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-21157
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2063

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/2360