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Autor(en): Maihöfer, Christian
Titel: Skalierbare und zuverlässige Gruppenkommunikation im Internet
Sonstige Titel: Scalable and reliable internet multicast communication
Erscheinungsdatum: 2002
Dokumentart: Dissertation
URI: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-13993
http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/2526
http://dx.doi.org/10.18419/opus-2509
Zusammenfassung: Multicast erlaubt die bandbreitenschonende Auslieferung einer Nachricht an eine Gruppe von Empfängern. Anwendungen wie Informations- und Softwareverteilung an große Empfängergruppen, Audio- und Videokonferenzen, verteiltes Rechnen und verteilte Spiele lassen sich mit einem Multicast-Dienst effizient realisieren. Eine Reihe von Anwendungen erfordert dabei eine zuverlässige Nachrichtenauslieferung, die über den im Internet verfügbaren unzuverlässigen IP-Multicast-Dienst hinausgeht. Aufbauend auf IP-Multicast wird eine zuverlässige Nachrichtenauslieferung mittels Empfangsbestätigungen und Übertragungswiederholungen durch nicht-hierarchische oder hierarchische Transportprotokolle erreicht. Wie sich im Verlauf der Arbeit zeigen wird, erlauben lediglich hierarchische Transportprotokolle die skalierbare Realisierung eines zuverlässigen Multicast-Diensts zur Gruppenkommunikation. Diese ordnen alle Gruppenmitglieder in eine Hierarchie ein, die Kontrollbaum genannt wird. Durch den Kontrollbaum können notwendige Übertragungswiederholungen lokal begrenzt werden und müssen nicht mehr notwendigerweise vom ursprünglichen Sender durchgeführt werden. Die Verteilung dieser Last auf andere Gruppenmitglieder ermöglicht einen mit der Mitgliederzahl skalierbaren Dienst. Die Voraussetzung für den praktischen Einsatz ist ein skalierbares Verfahren zum Aufbau der Kontrollbäume. Mit dem Token-Repository-Service (TRS) wird in dieser Arbeit ein effizientes Verfahren zum Aufbau der Kontrollbäume vorgestellt. Drei Realisierungsvarianten des TRS-Diensts, TRS-R, TRS-K und TRS-M, erlauben unterschiedlichste Anforderungen zu berücksichtigen. Das wesentliche Entwurfskriterium aller Varianten ist eine skalierbare und effiziente Realisierung. Vergleichende Berechnungen und Simulationen mit alternativen Ansätzen unterstreichen nicht nur die Tragfähigkeit des TRS-Diensts. Dieser stellt momentan die einzige skalierbare Lösung zum Aufbau von Kontrollbäumen dar. Aufgrund der Unabhängigkeit des TRS-Diensts von einem Multicast-Routing-Protokoll ist es zudem die einzige Lösung, die durchgängig im gesamten Internet eingesetzt werden kann. Zur Erleichterung der Auswahl eines geeigneten zuverlässigen Multicast-Transportprotokolls und zur optimalen Konfiguration eines ausgewählten Transportprotokolls mit dem TRS-Dienst wird eine ausführliche probabilistische Analyse durchgeführt. Ausgangspunkt der Analyse ist nicht die Untersuchung konkreter Protokolle, sondern die Identifizierung wichtiger generischer Protokollklassen und deren anschließende Beurteilung. Dabei ergeben sich bedeutende Unterschiede bezogen auf den Bandbreitenbedarf, den Durchsatz und die Nachrichtenverzögerungen. Die Evaluation zeigt vielfache Vorteile für hierarchische Verfahren. Diese bieten nicht nur Skalierbarkeit, auch bezüglich des verursachten Nachrichtenaufwands, des Durchsatzes und der erzielbaren Nachrichtenverzögerung sind sie durch eine Verteilung der Last und kürzere Kommunikationswege gegenüber nicht-hierarchischen Protokollen im Vorteil. Als ein wesentlicher Parameter zur Konfiguration hierarchischer Transportprotokolle wird der Verzweigungsgrad des Kontrollbaums identifiziert werden. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren ermöglicht es der TRS-Dienst den Verzweigungsgrad flexibel zu konfigurieren. Die Analysen und Simulationen zeigen, dass bei einer geeigneten Wahl des Verzweigungsgrads der Durchsatz und die Verzögerung des zuverlässigen Transportprotokolls beträchtlich verbessert werden kann. Zusammenfassend erlaubt es der vorgestellte Token-Repository-Service durch seinen skalierbaren Kontrollbaumaufbau erstmals, zuverlässige Multicast-Kommunikation auch für große Gruppen zu etablieren. Durch die flexible Wahl des Verzweigungsgrads der entstehenden Kontrollbäume ist zudem eine beträchtliche Leistungsoptimierung des zuverlässigen Transportprotokolls sowie eine entscheidende Verringerung der Netzbelastung mit dem TRS-Dienst möglich.
Multicast allows the bandwidth efficient transmission of messages to a group of receivers. Applications like information and software distribution to large receiver groups, audio and video conferences, distributed computing and network games profit from the low bandwidth consumption of a multicast service. A number of these applications require a reliable multicast service, which is not provided by the best effort IP multicast service currently available in the Internet. A reliable multicast service based on IP multicast introduces acknowledgements und retransmissions. Reliable multicast protocols can be flat or hierarchical approaches. This thesis shows that only hierarchical transport protocols allow the scalable realization of a reliable multicast service. Hierarchical transport protocols organize all group members into a hierarchy, called control tree. The control tree allows that necessary retransmissions are done locally and releases the initial sender from performing all retransmissions. The distribution of the retransmission load between all group members guarantees that the multicast services scales with the number of group members. However, the prerequisite for using hierarchical multicast transport protocols is an efficient and scalable approach for establishing the control trees. With the Token Repository Service (TRS) an efficient approach for establishing control trees is presented in this thesis. Three realization schemes of the TRS service, TRS-R, TRS-K and TRS-M allow to consider various requirements. The most important design criterion of all schemes is a scalable and efficient approach. Comparative analysis and simulation results show that the TRS service is the only service that scales for large receiver groups and a large number of multicast groups. Moreover, as the TRS service is independent of the underlying multicast routing protocol, it is currently the only service that can be used throughout the Internet.
Enthalten in den Sammlungen:05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik

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