Development of an adaptable multicast overlay network

Abstract

Multicast is a group communication paradigm created in order to reduce, as much as possible, the amount of data generated to the network. However, limited deployment of IP Multicast protocols has motivated an interest in alternative approaches which implement a similar process of Multicast at an application-level (using solely end-systems and not the routers). In this context, different methodologies are presented, entitled Application-Layer Multicast or Overlay Multicast, which may vary in the way they operate. This dissertation’s objective is to develop and experiment a prototype of an overlay multicast system. This system should be easily configurable and adaptable in order to assume different strategies when establishing the multicast distribution tree. It is also expected to explore and integrate collaborative mechanisms between the overlay network and the Internet Service Providers (ISP). With the presented context, the first step to take is an investigation on the state of the art, where technologies relevant to this work will be presented. After this initial step, the developed system’s architecture will be described, one which enables different ways of building and maintaining the multicast distribution tree. The envisioned system can operate independently, integrating mechanisms where the distribution tree relies solely on peer decisions, which will be firstly addressed. Then, this work will move on to collaborative mechanisms between the overlay’s management (the central node) and the Internet Service Providers. Based on the proposed system architecture, several mechanisms are explored, not only focusing on alternative ways to build distribution trees, but also mechanisms allowing for some traffic engineering objectives involving the Internet Service Providers. Using the CORE network emulator, all the proposed mechanisms are tested, and results are analyzed to corroborate the system’s correct operation.

O multicast é um paradigma de comunicação em grupo que tem como objetivo reduzir, tanto quanto possível, a quantidade de tráfego gerada para a rede. No entanto, a implantação limitada de protocolos IP Multicast tem motivado o interesse em abordagens alternativas que implementam processos de distribuição Multicast na camada aplicacional (ou seja, usando apenas os sistemas/aplicações finais e não os routers). Neste contexto, surgem as soluções denominadas por Application-Layer Multicast ou Overlay Multicast, podendo estas apresentar algumas variantes na sua operação. Nesta dissertação, tem-se como objetivo o desenvolvimento e experimentação de um protótipo de um sistema de Overlay Multicast. Este sistema deverá ser capaz de ser facilmente (re)configurado para assumir diferentes estratégias no estabelecimento da árvore de distribuição Multicast, e integrar mecanismos de colaboração entre a rede Overlay e os Internet Service Providers. No contexto apresentado, o primeiro passo consiste na investigação do estado da arte, onde tecnologias relevantes ao atual trabalho serão apresentadas. Após este passo inicial, a arquitectura do sistema será apresentada, uma arquitectura que considera diferentes maneiras de construir e manter a árvore de distribuição multicast. O sistema proposto pode operar de forma independente, contemplando mecanismos onde a árvore de distribuição depende apenas das decisões dos vários peers, sendo que estes serão os primeiros mecanismos a serem apresentados. De seguida, o sistema direcciona-se para mecanismos colaborativos entre a gestão da rede overlay e o ISP, de maneira a incluir conhecimento acerca da topologia da rede que nenhuma outra entidade seria capaz de providenciar. Com base na arquitectura do sistema proposto, vários mecanismos são explorados, não só mecanismos que se concentram em formas alternativas de construir a árvore de distribuição, mas também mecanismos que permitem cumprir os objetivos de engenharia de tráfico dos ISPs. Por fim, utilizando o emulador de redes CORE, todas as soluções serão testadas, e os seus resultados analisados por forma a validar a correta operação de todo o sistema.