Observing real smartphone aplplications over multipath tcp
Download as PPTX, PDF0 likes17 views
Meaning of multipath tcp and a experiment at smartphones about it.
Observing real smartphone aplplications over multipath tcp
- 1. OBSERVING REAL SMARTPHONE APPLICATIONS OVER MULTIPATH TCP ΠΡΩΤΌΚΟΛΛΑ & ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΈΣ ΔΙΑΔΙΚΤΎΟΥ Πανεπιστήμιο Αιγαίου icsd11066 :Βαγγέλης Κλιάρης icsd11084 :Γιώργος Λέρτας
- 2. Περιεχόμενα ■ Εισαγωγή ■ Τι είναι το MultipathTCP ; ■ Πως λειτουργεί το MultipathTCP στα Smartphones ; ■ Παρουσίαση του πειράματος ■ Μετρήσεις απλής διαδρομής ■ Μετρήσεις πολλαπλών διαδρομών ■ Σύναψη
- 3. Εισαγωγή ■ Στις μέρες μας οι κινητές συσκευές έχουν συχνά περισσότερες από μία διεπαφές δικτύου (network interfaces) ■ Οι φορείς εκμετάλλευσης δικτύων έχουν συνήθως εις διπλούν τουλάχιστον τις σημαντικές / κεντρικές ζεύξεις δικτύου ενώ τα δίκτυα κορμού έχουν σε γενικές γραμμές τοπολογία mesh ■ Είναι πολύ πιθανό να υπάρχουν πολλά μονοπάτια ανάμεσα σε δύο άκρα του δικτύου ■ Συνδέσεις πολλαπλών διαδρομών μπορεί να πετύχουν εξισορρόπηση του φορτίου ανάμεσα σε διαφορετικά μονοπάτια (load balancing) ■ Οι συσκευές που είναι συνδεδεμένες ταυτόχρονα σε διαφορετικά δίκτυα λέγονται Multihomed ■ Η χρήση πολλαπλών μονοπατιών ταυτόχρονα ονομάζεται Multipath ■ Χρήση του MultipathTCP στο iPhone(Siri) και Galaxy S6
- 4. Τι είναι το MultipathTCP ; ■ Επέκταση τουTCP ■ Xρήση πολλών μονοπατιών μεταξύ δύο ή περισσότερων διεπαφών ταυτόχρονα. ■ δεν χρειάζεται να γίνουν αλλαγές στις εφαρμογές που αρχικά χρησιμοποιούσαν τοTCP ενώ τώρα το MultipathTCP ■ παρέχει υπηρεσία bytestream ■ μπορεί να αναπτυχθεί σεTCP-συμβατα δίκτυα
- 5. Πως λειτουργεί το MultipathTCP στα Smartphones ; ■ το smartphone προσθέτει την επιλογή MP_CAPABLE μέσω της προεπιλεγμένη διεπαφής του (π.χ. WiFi) ■ Αυτή η επιλογή περιέχει κάποιες σημαίες (flags) και ένα κλειδί,έτσι ώστε να ανιχνεύσει εάν υποστηρίζεται το Multipath. ■ Όταν αντιλαμβάνεται πως υποστηρίζεται το MultipathTCP τότε τα κλειδιά στέλνονται μέσω του MP_CAPABLE option στα SYN πακέτα ■ Αυτή η σύνδεσηTCP ονομάζεται αρχικό μερικό ρεύμα .
- 6. Πως λειτουργεί το MultipathTCP στα Smartphones ; ■ Αν το smartphone θέλει να στείλει δεδομένα για τη σύνδεση αυτή μέσω του κυψελοειδούς interface του, στέλνει ένα νέο SYN με την επιλογή MP_JOIN πάνω από αυτό το περιβάλλον. ■ Η επιλογή αυτή περιέχει ένα 32bit διακριτικό(token) που προέρχεται από το κλειδί που ανακοινώθηκε από το διακομιστή στην επιλογή MP_CAPABLE. ■ Ο διακομιστής απαντά με ένα SYN + ACK που περιέχει την επιλογή MP_JOIN, και είναι εγκατεστημένο το δεύτερο μερικό ρεύμα. ■ Τωρα το Multipath-TCP στέλνει δεδομένα μέσω οποιαδήποτε από τις διαθέσιμες υποροές.
- 7. Πως λειτουργεί το MultipathTCP στα Smartphones ; ■ Χρειάζεται data sequence number όπου καθορίζει τη θέση ενός segment μέσα σε ένα data stream(συμφωνία για Initial Data Sequence Number / IDSN) ■ Όταν συμβούν απώλειες,μπορεί να αναμεταδώσει τα δεδομένα πάνω από ένα διαφορετικό μερικό ρεύμα. ■ Για να επιτευχθεί αυτό, η συσκευή στέλνει σε ένα άλλο μερικό ρεύμα ένα πακέτο με το ίδιο DSN που περιέχει τα δεδομένα. (επανέγχυση) ■ Ο path manger καθορίζει την στρατηγική που χρησιμοποιείται για την δημιουργία και την διαγραφή των υποροών. ■ Ο packet scheduler επιλέγει, μεταξύ των ενεργών υποροών ,το μερικό ρεύμα που θα χρησιμοποιηθεί για να στείλει τα δεδομένα.
- 8. Παρουσίαση του πειράματος Στόχος: Να γίνουν μετρήσεις και να αναλυθούν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ πραγματικού δικτύου – βαριές εφαρμογές με τη χρήση του multipath tcp Χρησιμοποιούμε: • Nexus 5 (android 4.4.4) βασισμένο σε μια backport 0.89v5 της MultipathTCP Linux Kernel • Socks proxy server ,συμβατος με multipath-Tcp συνδέσεις, ο οποίος χρησιμοποιεί ShadowSocks • Το smartphone χρησιμοποιεί το πρότυπο πελάτη Android ShadowSocks. • Αναπτύχθηκε εφαρμογή για τον έλεγχο της συσκευής και την μίμηση της αλληλεπίδρασης του χρήστη
- 9. Παρουσίαση του πειράματος Συνθήκες πειράματος: • Κάθε δοκιμή υλοποιείται ως ένα νέο πρόγραμμα • Τα προσωρινά αποθηκευμένα αρχεία(cached files)διαγράφονται κατά την έναρξη των δοκιμών • Οι δοκιμές που περιγράφονται έγιναν κατά τη διάρκεια της νύχτας για τη μείωση των παρεμβολών με άλλους χρήστες σχετικά με τα δίκτυα • Το δίκτυοWiFi παρέχεται από έναν ελεγχόμενο router με μια διεπαφή 802.11n στη ζώνη συχνοτήτων των 5 GHz, με bit rate 65 έως 72 Mb / s • Ο δρομολογητής συνδέθηκε με 100 Mb / s σύνδεση με το δίκτυο του Πανεπιστημίου • Διασφαλίσαμε ότι κανένα άλλο δίκτυοWiFi δεν εξέπεμπε στη συχνότητα αυτή στο κτίριο. • Το δίκτυο κινητής τηλεφωνίας είναι ένα εμπορικό, και ρυθμιστηκε είτε σε 3G είτε σε 4G στο smartphone
- 10. Παρουσίαση του πειράματος Σενάρια δοκιμών: • Upload (Facebook,Messenger,Dropbox,Google Drive) • Download(Firefox,Spotify,DailyMotion,YouTube) Κάθε δοκιμή διαρκεί λιγότερο από 120 s. ■ Συλλέξουμε όλα τα πακέτα που αποστέλλονται τόσο από το smartphone όσο και από τον διακομιστή SOCKS. ■ Γίνανε πάνω από 110.000 συνδέσεις και πάνω από περίπου 1400 διαφορετικές δοκιμές ■ μεταφέρθηκαν περισσότερα από 15 GB δεδομένων.
- 11. Μετρήσεις Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές μεταξύ smartphone εφαρμογών και δικτύου κάτω από διάφορες συνθήκες. Πρώτα παρατηρήθηκαν σε κανονικάTCP και έπειτα σε MultipathTCP. Μετρήσεις απλής διαδρομής: – Σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση τουTCP είναι η διάρκεια ζωής των συνδέσεων καθώς και ο αριθμός των bytes που ανταλλάσσονται. – Το Firefox είναι η εφαρμογή που χρησιμοποιεί το μεγαλύτερο αριθμό συνδέσεων(63,9%). – Οι εφαρμογές που ανταλλάσσουν το μεγαλύτερο όγκο σε bytes είναι αυτές με streaming και αποθήκευση σε cloud. Όπως Dropbox (31,75%),Youtube (29,7%), Drive (19,9%). – Μερικές από τις συνδέσεις που παρατηρούμε προκαλούνται από τη χρήση ενός proxy SOCKS. – Υπάρχουν εκατοντάδες συνδέσεις που διαρκούν πολλά δευτερόλεπτα, αλλά μεταφέρουν μόνο επτά bytes.Τα επτά bytes που ανταλλάσσονται αντιστοιχούν σε αυτά που αποστέλλονται από τον SOCKS client.
- 12. Μετρήσεις Μετρήσεις απλής διαδρομής: ■ Οι περισσότερες από τις σύντομες συνδέσεις που μεταφέρουν μόνο περίπου 100 bytes είναι τα αιτήματα DNS που αποστέλλονται σεTCP από τον SOCKS client. ■ Οι περισσότερες συνδέσειςTCP είναι σύντομες, και το μεγαλύτερο μέρος της κίνησης μεταφέρεται από ένα μικρό μέρος του συνόλου των συνδέσεωνTCP. – Στις δοκιμές, το 74% των συνδέσεων διαρκούν λιγότερο από 1 s. Στις συνδέσεις που διαρκούν περισσότερο από 1s, το 32% μεταφέρουν περισσότερα από 10 kB, ενώ το υπόλοιπο 68% ανταλλάζουν λιγότερα από 10 kB δεδομένων. ■ Οι συνδέσεις μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες: – Σύντομες συνδέσεις που μεταφέρουν μια σχετικά μικρή ποσότητα δεδομένων. – Μεγάλες συνδέσεις που μεταφέρουν τα περισσότερα από τα δεδομένα. – Μεγάλη διάρκεια ζωής συνδέσεις που μεταφέρουν μια μικρή ποσότητα δεδομένων. ■ Η RTT είναι ένας από τους βασικούς παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση των συνδέσεωνTCP. ■ Το δίκτυο 4G παρουσιάζει στο upstream διάμεση RTT στα 42,6 ms και στο downstream διάμεση RTT 38,1 ms. Στο δίκτυο WiFi, το 60% των συνδέσεων έχουν RTT μικρότερη από 15,4 ms, ενώ στο δίκτυο 3G υπάρχει bufferbloat.
- 13. Μετρήσεις Μετρήσεις πολλαπλών διαδρομών: ■ Οι μετρήσεις, έχουμε επικεντρωθεί σε μια διαμόρφωση, όπου το MultipathTCP προσπαθεί να συνενώσει τους πόρους των cellular καιWiFi διεπαφών ταυτόχρονα. ■ Αρχικά, εξετάσθηκαν οι MultipathTCP συνδέσεις χρησιμοποιώνταςWiFi και 4G διεπαφές, με το WiFi να έχει οριστεί ως default περιβάλλον εργασίας. ■ Παρατηρείτε ότι το 96% των συνδέσεων χρησιμοποιείτε μόνο τη διεπαφήWiFi, παρόλο που και τα δύο αξιοποιήθηκαν το ίδιο. Ωστόσο, φαίνεται ότι οι συνδέσεις αυτές είναι μικρές, αφού μεταφέρουν μόνο το 16,3% του συνόλου των bytes. ■ Το MultipathTCP δεν χρησιμοποιεί το δίκτυο κινητής τηλεφωνίας για αυτές τις σύντομες συνδέσεις. Οι λόγοι είναι πολλοί, ο βασικός είναι η διαμορφωμένη default διαδρομή. – Όταν εκκινείται μια σύνδεση, το MultipathTCP στέλνει το SYN μέσω της διεπαφής με την default διαδρομή. Εάν η σύνδεση MultipathTCP είναι σύντομη και μεταφέρει μόνο μερικά kilobytes ή λιγότερο, τότε τα περισσότερα από τα δεδομένα ταιριάζουν στο εσωτερικό του αρχικού παραθύρου συμφόρησης και μπορούν να αποσταλούν μέσω της διασύνδεσης LAN, ενώ το δεύτερο μερικό ρεύμα είναι εγκατεστημένο στη διεπαφή cellular.Το 71% των συνδέσεων αποστολής για την διεπαφήWiFi είναι σε αυτή την περίπτωση. ■ Το RTT μέσω της διεπαφήςWiFi είναι μικρότερο απ’ ότι μέσω της διεπαφής cellular.Τις περισσότερες φορές, εφ 'όσον το παράθυρο συμφόρηση είναι ανοιχτό κατά τη διάρκεια της διεπαφήςWiFi, ο RTT προτιμά να στείλει πακέτα μέσωWiFi.Έτσι το 84% των συνδέσεων με δύο υποροές έχουν μικρότερο μέσο όρο RTT για WiFi από ό, τι για 4G.
- 14. Μετρήσεις Μετρήσεις πολλαπλών διαδρομών: ■ Εκτελέσθηκε το ίδιο σύνολο των μετρήσεων με default διαδρομή τη διεπαφή 4G, για να επαληθευτεί ότι τα δεδομένα με τις σύντομες συνδέσεις ανταλλάσσονται μόνο μέσωWiFi. ■ Μόνο το 65% των συνδέσεων χρησιμοποιούν αποκλειστικά το δίκτυο 4G, παρόλο που είναι default επιλογή. Φαίνεται ότι πολλές συνδέσεις εξακολουθούν να χρησιμοποιούνWiFi, ακόμη και για τις συνδέσεις ανταλλαγής λιγότερες από 1 kB. ■ Εάν η σύνδεση διαρκεί περισσότερο από δύο RTTs, το Multipath TCP έχει αρκετό χρόνο για να δημιουργήσει δεύτερη μερικό ρεύμα. ■ Το πακέτο τότε θα επιλέξει τη ροή με το χαμηλότερο RTT. ■ Το 88% των συνδέσεων που χρησιμοποιούν δύο μερικά ρεύματα, έχουν έναWiFi με χαμηλότερη μέση RTT από το cellular.
- 15. Μετρήσεις Μετρήσεις πολλαπλών διαδρομών: ■ Όσο οι εφαρμογές ωθούν περισσότερα δεδομένα μέσω του MultipathTCP, η κατανομή της κυκλοφορίας των δύο διεπαφών εξαρτάται από την εξέλιξη των παραθύρων συμφόρηση. – Αν στέλνονται σε χαμηλό ρυθμό, σε περίπτωση που ένα πακέτο χαθεί, το παράθυρο συμφόρηση μειώνεται. – Αν στέλνονται σε υψηλό ρυθμό, το παράθυρο συμφόρησης δεν είναι αρκετά μεγάλο, και τα δεδομένα στελνονται κατά το δεύτερο μερικό ρεύμα. ■ Tα δεδομένα που μεταφέρονται από ένα MultipathTCP σε μία ροή μπορεί να αναμεταδοθούν σε μια άλλη ροή. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται επανεισαγωγής (reinjection) και μπορεί να περιορίσει την απόδοση των πολλαπλώνTCP σε ορισμένες περιπτώσεις. ■ Επανεισαγωγή στο upstream χρησιμοποιούν λιγότερο από 0,5% των συνδέσεων και δεν υπερβαίνει τα 5 kB σε κάθε σύνδεση. Στο downstream χρησιμοποιούν μόνο το 2% των συνδέσεων και η μεγαλύτερη επανεισαγωγή είναι 30 kB σε σύνδεση 5 MB. ■ Ένα σημαντικό όφελος των MultipathTCP είναι η ικανότητά τους να προσαρμόζονται στις διάφορες συνθήκες δικτύωσης με διαφορετικό εύρος ζώνης και καθυστερήσεις. ■ Υπάρχουν περιπτώσεις 4G που χρησιμοποιούνται περισσότερο απόWiFi κι ας έχει καλύτερη RTT, επειδή το MultipathTCP επιλέγει με βάση την καλύτερη απόδοση και όχι την ταχύτητα
- 16. Σύναψη ■ MultipathTCP είναι μια νέα επέκτασηTCP που έχει μεγάλες δυνατότητες για τα smartphones, επιτρέποντας συνδέσειςTCP για την ανταλλαγή δεδομένων με cellular και WiFi διεπαφές μαζί. ■ Σήμερα λίγα είναι γνωστά σχετικά με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των εφαρμογών σε πραγματικό smartphone και MultipathTCP. ■ Έχουν πραγματοποιηθεί μετρήσεις για να μελετηθούν οι αλληλεπιδράσεις οκτώ διαφορετικών εφαρμογών smartphone, όπου καλύπτουν αρκετές περιπτώσεις smartphone, και η πιο πρόσφατη έκδοση της εφαρμογής MultipathTCP για εκτέλεση σε Linux.Τα τρία συμπεράσματα αυτών είναι: – Όλες οι μελετημένες εφαρμογές λειτουργούν χωρίς καμία τροποποίηση με Multipath TCP. – Για τις σύντομες συνδέσεις, το MultipathTCP χρησιμοποιεί την default διαδρομή για να διαβιβάσει τα δεδομένα για τις περισσότερες συνδέσεις. – Για τις μεγάλες συνδέσεις, το MultipathTCP επιτρέπει στις εφαρμογές να συγκεντρώσουν bandwidth για τις cellular καιWiFi διεπαφές, και διατηρεί καλές επιδόσεις όταν ένας από αυτούς έχει περιορισμό bandwidth.
- 17. Βιβλιογραφία ■ Observing Real Smartphone Applications over MultipathTCP(Quentin De Coninck, Matthieu Baerts, Benjamin Hesmans, and Olivier Bonaventure) ■ MULTIPATH –TCP-SIMULATION WITH NS3(GEORGE KYRIAKOPOULOS) ■ ΠΟΛΥΔΙΑΔΡΟΜΙΚΟTCP(Σιόλος Δ. Νικόλαος ) ■ https://en.wikipedia.org/wiki/Multipath_TCP ■ https://www.multipath-tcp.org/ ■ https://en.wikipedia.org/wiki/SOCKS
- 18. Ερωτήσεις - Απορίες ;