Development of a system compliant with the Application-Layer Traffic Optimization Protocol

Abstract

With the ever-increasing Internet usage that is following the start of the new decade, the need to optimize this world-scale network of computers becomes a big priority in the technological sphere that has the number of users rising, as are the Quality of Service (QoS) demands by applications in domains such as media streaming or virtual reality. In the face of rising traffic and stricter application demands, a better understand ing of how Internet Service Providers (ISPs) should manage their assets is needed. An important concern regards to how applications utilize the underlying network infras tructure over which they reside. Most of these applications act with little regard for ISP preferences, as exemplified by their lack of care in achieving traffic locality during their operation, which would be a preferable feature for network administrators, and that could also improve application performance. However, even a best-effort attempt by applications to cooperate will hardly succeed if ISP policies aren’t clearly commu nicated to them. Therefore, a system to bridge layer interests has much potential in helping achieve a mutually beneficial scenario. The main focus of this thesis is the Application-Layer Traffic Optimization (ALTO) work ing group, which was formed by the Internet Engineering Task Force (IETF) to explore standardizations for network information retrieval. This group specified a request response protocol where authoritative entities provide resources containing network status information and administrative preferences. Sharing of infrastructural insight is done with the intent of enabling a cooperative environment, between the network overlay and underlay, during application operations, to obtain better infrastructural re sourcefulness and the consequential minimization of the associated operational costs. This work gives an overview of the historical network tussle between applications and service providers, presents the ALTO working group’s project as a solution, im plements an extended system built upon their ideas, and finally verifies the developed system’s efficiency, in a simulation, when compared to classical alternatives.

Com o acrescido uso da Internet que acompanha o início da nova década, a necessidade de otimizar esta rede global de computadores passa a ser uma grande prioridade na esfera tecnológica que vê o seu número de utilizadores a aumentar, assim como a exigência, por parte das aplicações, de novos padrões de Qualidade de Serviço (QoS), como visto em domínios de transmissão de conteúdo multimédia em tempo real e em experiências de realidade virtual. Face ao aumento de tráfego e aos padrões de exigência aplicacional mais restritos, é necessário melhor compreender como os fornecedores de serviços Internet (ISPs) devem gerir os seus recursos. Um ponto fulcral é como aplicações utilizam os seus recursos da rede, onde muitas destas não têm consideração pelas preferências dos ISPs, como exemplificado pela sua falta de esforço em localizar tráfego, onde o contrário seria preferível por administradores de rede e teria potencial para melhorar o desempenho aplicacional. Uma tentativa de melhor esforço, por parte das aplicações, em resolver este problema, não será bem-sucedida se as preferências administrativas não forem claramente comunicadas. Portanto, um sistema que sirva de ponte de comunicação entre camadas pode potenciar um cenário mutuamente benéfico. O foco principal desta tese é o grupo de trabalho Application-Layer Traffic Optimization (ALTO), que foi formado pelo Internet Engineering Task Force (IETF) para explorar estandardizações para recolha de informação da rede. Este grupo especificou um protocolo onde entidades autoritárias disponibilizam recursos com informação de estado de rede, e preferências administrativas. A partilha de conhecimento infraestrutural é feita para possibilitar um ambiente cooperativo entre redes overlay e underlay, para uma mais eficiente utilização de recursos e a consequente minimização de custos operacionais. É pretendido dar uma visão da histórica disputa entre aplicações e ISPs, assim como apresentar o projeto do grupo de trabalho ALTO como solução, implementar e melhorar sobre as suas ideias, e finalmente verificar a eficiência do sistema numa simulação, quando comparado com alternativas clássicas.