Improving multipath TCP performance in SDN networks

Dissertant

Abu Muhsin, Ahmad

Thesis advisor

Awad, Abd al-Karim
Jubran, Muhammad

University

Birzeit University

Faculty

Faculty of Engineering and Technology

Department

Electrical Engineering

University Country

Palestine (West Bank)

Degree

Master

Degree Date

2021

Arabic Abstract

في الوقت الحاضر أجهزة المضيفين النهائيين مجهزة بواجهات متعددة مثل الهواتف الذكية و خوادم مركز البيانات، حيث يمكن للهاتف الذكي الاتصال بالانترنت من خلال واجهة الواي فاي او من خلال واجهة الجيل الثالث أو الرابع و لكن ليس كلاهما في وقت واحد.

يعد البروتوكل الناقل متعدد المسارات تقنية و اعدة تتيح للأجهزة التي لديها أكثر من واجهة استخدامهم في نفس الوقت، كما يعتبر البروتوكل الناقل متعدد المسارات أحد الإنجازات الأخيرة لفريق عمل هندسة الإنترنت IETF، حيث تم اقترحه كامتداد للبروتوكول الناقل العادي TCP و تتمثل اهدافه الرئيسية في تقدم أداء أفضل، و إنتاجية أفضل، و تقيلل انهيار الشبكة و ذلك من خلال تقسيم التتدفق إلى تدفقات فرعية متعددة ليتم إرسالها بعد ذلك عبر العديد من المسارات.

تعد إدارة الشبكات التقليدية معقدة و الذي يؤدي الى تقلل تطور البنية التحتية للشبكات حيث يحتاج مشغلوا الشبكة إلى تكوين كل جهاز شبكة على حدة.

الشبكات المعرفة بالبرمجيات SDN تفصل مستوى التحكم CP عن مستوى البيانات DP و تحول أجهزة الشبكة الى أجهزة بسيطة تقوم بإعادة توجيه البيانات، اضافة الى ذلك نقلت منطق التحكم إلى وحدة تحكم مركزية منطقيا، تقوم وحدة التحكم بتوجيه أجهزة مستوى البيانات من خلال واجهة برمجة التطبيقات API و الحفاظ على رؤية للشبكة البروتوكل الناقل متعدد المسارات له تأثير إيجابي على التدفقات الطويلة مثل نقل البيانات ذات الأحجام الكبيرة و ذلك من حيث الإنتاجية، و لكن قد يقلل من كفاءة التدفقات القصيرة مثل تطبيقات الويب و التي تعتبر حساسة للكمون، اضافة الى ان البروتوكل الناقل متعدد المسارات هو بروتوكول طرف إلى طرف حيث لا يمكنه مراقبة حالة الطبقات الدنيا في الشبكة.

بحثت هذه الأطروحة في تأثير البروتوكل الناقل متعدد المسارات على التدفقات الطويلة و التدفقات القصيرة في الشبكات التجانسة و غير التجانسة، و أثبتت أن فجوة النطاق الترددي بين المسارات هو عامل مهم يؤثر على أداء التدفقات القصيرة و يجب مراعاته عند توجيه التدفقات الفرعية الخاصة في البروتوكل الناقل متعدد المسارات لمعالجة المشاكل التي تم ذكرها أعلاه، اقترحت هذه الأطروحة بنية جديدة مدعومة من قبل الشبكات العرفة بالبرمجيات بهدف تحسين أداء البروتوكل الناقل متعدد المسارات على التدفقات القصيرة.

تتكون البنية المقترحة من وحدتين : وحدة الطبولوجيا و وحدة التوجيه حيث ان وظيفة وحدة الطبولوجيا هي حساب جميع المسارات المنفصلة بين المضيفين و حساب النطاق الترددي للمسارات و يكمن دور وحدة التوجيه هي اختيار أفضل المسارات المنفصلة بناء على أقل فجوة في عرض النطاق الترددي بين المسارات.

أظهرت نتائج نهجنا تحسين أداء البروتوكل الناقل متعدد المسارات على التدفقات القصيرة بالمقارنة مع الطريقة المنفصلة

English Abstract

Nowadays, the end hosts are equipped with multiple interfaces such as smartphones and the data center servers, where the smartphone can access the Internet through either WiFi interface or 3G/4G interface but not both simultaneously.

Multipath TCP (MPTCP) is a promising technology that allows the devices that have more than an interface to utilize them at the same time.

One of the recent achievements of the Internet Engineering Task Force (IETF) is MPTCP.

It proposed an extension of regular TCP and its major purposes are offering better performance, throughput, and resilience to failures by dividing the flow into multiple subflows which will be then sent over many paths.

The management of traditional networks is complicated.

This decreases the development of the networking infrastructure where network operators need to configure each network device individually.

Software-defined networking (SDN) decouples the control plane (CP) from the data plane (DP) and shift network devices to be just simple forwarding devices.

Moreover, it shifts the control logic to a logically centralized controller.

The controller guides the data plane components through an application programming interface (API), as well as maintains a global view of the network.

MPTCP has a positive impact on long flows in terms of throughput like transferring data with big sizes.

However, MPTCP may degrade the efficiency of short flows which are sensitive to latency as web transfer applications.

Moreover, MPTCP is an end-toend protocol that cannot observe the state of lower layers in the network.

This thesis investigates the impact of MPTCP on long flows and short flows in homogenous and heterogeneous networks, and it shows that a bandwidth gap between paths is a critical factor influencing the performance of the short flows and must be considered when routing the MPTCP subflows.

To address the problems introduced above, this thesis propose a new architecture supported by SDN to improve the performance of MPTCP for short flows.

The proposed architecture includes two modules: The topology module and the forwarding module, where the function of the topology module is to consider the bandwidth of all disjoint paths between hosts.

While in forwarding module the best disjoint paths are selected based on the least bandwidth gap between paths.

Our performance results showed an improvement of MPTCP performance for short flows compared to the disjoint approach.

Main Subjects

Electronic engineering

No. of Pages

61

Table of Contents

• APA
• MLA
• AMA

Language

English

Data Type

Arab Theses

Record ID

BIM-1412984