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Peers treffen Multi-Peers:
Videoverteilung im Internet
Kolloquium “Zur Wellenmechanik der Pixel” - 25. Januar 2008
Thomas C. Schmidt, Matthias Wählisch {t.schmidt, waehlisch}@ieee.org
HAW Hamburg & link-lab
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Audio + Video im Internet?Eine lange Geschichte:
1981 – Packet Video Protocol (PVP), ISI/USC
1990 – Internet Stream Protocol II – IPv5 (RFC 1190)
1991 – Erste Videokonferenz im DARTnet
1992 – Casner/Deering (ACM SIGCOMM CCR):
„At the March, 1992 meeting of the Internet Engineering Task Force (IETF) in San Diego, live audio from several sessions of the meeting was "audiocast" using multicast packet transmission from the IETF site over the Internet to participants at 20 sites on three continents spanning 16 time zones.“
Ist das Internet geeignet für synchrone A/V-Ströme?
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Agenda
Internet
Wie sieht es eigentlich aus?
Mobilität im Internet
Was können Anwender erwarten?
Gruppenkommunikation
Und wenn der Teilnehmer weiterläuft?
Conferencing „ohne“ das Internet
Peer-to-Peer Multicast / Broadcast?
Resümee
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Perspektivwechsel
Quelle: CAIDA.org
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Im gegenwärtigen Internet sind nur Vorwärtsmessungen möglich:
o Mehrfache traceroute Scans von unterschiedlichen Quellen
o Errechnung der jeweiligen Pfade zwischen Routern
o Zwei große Projekte - Skitter (CAIDA, San Diego) - DIMES (Tel Aviv University)
Quellpunkte kritisch
Abenteuer: Die Entdeckung des Internets
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Ist das Internet ein Zufallsgraph?
o Strukturuntersuchung: Knotengrade
o Ein Maß für - Konnektivität - Robustheit - Verkehrs- ströme
- Bildungs- mechanismen
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GradkorrelationSkitter DIMES
Assortativity CoefficientsSkitter: 0,011DIMES: 0,091
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Räumliche Grad-Autokorrelation
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Diskussion: Entdeckung des Internets
o Das Internet hat viele regionale Vermaschungen- Nur durch viele, global verteilte Monitorpunkte sichtbar
o Es hat beinahe skaleninvariante Eigenschaften- Potenzgesetze gelten nicht uneingeschränkt
o Das Internet ist kein Zufallsgraph- Korrelationen mittlerer Reichweite
- Schwach abhängige Knotengradveränderungen: Ähnliche Vermaschung nächster Nachbarn Antikorrelation zwischen Autonomen Systemen
o Was bedeutet dies für Internetmobilität?
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Mobilität - Schnelles Handover: Fast MIPv6 (RFC 4068)
FMIPv6 unterstützt prädiktives und reaktives Handover
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Analytische Packetverlust-Funktion
L2 Delay: 50 ms
Traffic:
CBR at 1 Pkt/10 ms
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FMIPv6 Performanz: Packetverlust in realistischer Simulation
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Was kann ein Nutzer erwarten?
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Handover-Verhalten zwischen Access-Routern
Problem: Wie korreliert geographische Nachbarschaft mit topologischer Distanz an den Rändern des Internets?
Methode: - Bildung von regionalen Clustern im Zugangsbereich
- Evaluiere Access-Router Abstände durch Scanning in den traceroute Metriken RTT und Hops
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Vorgehen
o Cluster mithilfe von GeoIP Datenbank (MaxMind)
o Scans von Quellen in Berlin, Hamburg, San Diego, Shanghai und öffentlichen traceroute Angeboten
o Zufallsmengen von 500 IP-Bereichen aus jedem regionalen Cluster
o Vergleich mit geographisch unkorrelierten Mengen
o Vergleich mit CAIDA Daten:- Vom gleichen Zeitraum (Oktober 2006)
- Tracepaths minimiert über alle 18 Monitorpunkte (CAIDA Scan-Quellen)
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RTT Verteilung - Scans
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RTT Verteilung - Caida
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Folgerungen für die Handover Performanz
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Zwischenresümee
o FMIPv6 beschleunigt Netzwechsel
o Prädiktive verlustlose Handovers sind realitätsfern
o An den Rändern des Internets sind geographische und topologische Distanz korreliert
o Ein ‚walking User‘ kann in seiner Umgebung ein beschleunigtes Handover-Verhalten erwarten
o Generalitätsvermutung: - 25 ms in 802.11 (= ½ Layer 2 Handoff) ist a priori beste
Handover Antizipationszeit
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Gruppenkommunikation
o Gruppenkonferenzen:- Zentralisiert (MCU): teuer, langsam & unflexibel
- Punkt-zu-Punkt Vermaschung: n2 Komplexität
- Leichtgewichtig mit Multicast Verteildienst
o Verteilung in die Breite – IPTV/Audiocast:- Benötigt Multicast oder (teure) Content-Replikatoren
- Geschäftsmodell: Netz- versus Content-Provider
o Internet Multicast:- Routing bildet gruppenspezifische Verteilbäume im Internet
- Hohe Skalierbarkeit, aber geringe Verbreitung
- Problem: Mobilitätsunterstützung komplex und ungelöst
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o Multicast Empfängermobilität:- Problem beim Teilnehmer: Kontinuierlicher Empfang- Problem im Netz: Daten müssen Mobile folgen - Performanz: Was passiert im Netzwerk?
o Multicast Sendermobilität:- Komplex, verändert die Baumwurzel- Abhängig vom Routing- Aber: Kürzeste-Wege-Bäume sind selbstähnlich- Distanz der Wurzel-Router (DR) ist Komplexitätsmaß
Multicast Mobilität
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Evolution von VerteilbäumenReceiver Networks
pDR
Persistent Subtrees• Self-similar subsets• Identical stochastic
properties
nDR
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Simulationsstudie: Baumkoinzidenz für mobile Empfänger
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Simulationsstudie: Baumkoinzidenz für mobile Sender
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Zwischenresümee
o Mobile Multicast stellt hohe Anforderungen an die Internet Infrastruktur
o Die Internet-Topologie wirkt im Mittel ausgleichend
o Lösungen hoch gefragt in IETF/IRTF - IPTV erzeugt hohen Marktdruck
o Providerunterstützung wird benötigt- Gegenwärtig ein Deployment-Problem
o Geht effiziente Gruppenkommunikation auch ohne Unterstützung der Internet Infrastruktur?
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Internet – Kontroverse der Offenheit
“IP was the first "overlay network" designed from scratch to bring heterogeneous networks into a common, world-wide "network of networks" […] Through a series of tragic events the Internet is gradually being taken back into the control of providers who view their goal as limiting what end users can do, based on the theory that any application not invented by the pipe and switch owners is a waste of resources. ”
David Reed, May ‘07
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Peer-to-Peer Idee: Verteilte Indexierung
o Ursprüngliche Ideen für verteilten gemeinsamen Speicher (1987 ff.)
o Knoten werden in einem Adressraum (Hash) strukturierto Daten werden in den selben Adressraum abgebildeto Zwischenknoten erhalten Routing-Informationen über
Zielknoten- Effizientes Auffinden der Ziele- Zuverlässiges Auffinden vorhandener Ziele
H(„my data“)= 3107
2207
29063485
201116221008709
611
?
H(„my data“)= 3107
2207
29063485
201116221008709
611
?
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Distributed Hash Tables (DHTs)
- Kommunikationsaufwand: O(log(N)) Hops
- Knotenzustände: O(log(N)) Routeneinträge
H(„my data“)= 3107
2207
7.31.10.25
peer-to-peer.info
12.5.7.31
95.7.6.10
86.8.10.18
planet-lab.orgberkeley.edu
29063485
201116221008709
611
89.11.20.15
?
Routing in O(log(N)) Schritten vom Knoten zu
den Daten
Knoten speichern O(log(N)) routing Informationen zu anderen Knoten
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Multicast auf DHTs
Zwei Ansätze etabliert:
o Fluten einer Teilgruppe (CAN Multicast)- Erfordert Teilgruppenerzeugung
- Daten können mehrfach ausgeliefert werden
o Verteilbäume (analog zu IP Multicast)- Shared Trees: singuläre Wurzel
- Source Specific Trees: Quellspezifisch, nicht allgemeingültig
- Beide Ansätze lassen Schlüsselraum „ungenutzt“
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Idee: Hybrid Shared Tree
o Hybride Architektur - Intra-domain: IP-Layer Multicast - Inter-domain: Overlay Multicast
o Routing im Schlüssel- raum: Entlang Präfix-Bäumen
o Basis: Pastry
o Einfacher Broadcast möglich
Internet Backbone
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abcf432 32.4.3.1abde004 141.4.50.3cadb341 154.39.8.8
abde004 141.4.50.3acf43de 21.7.2.4cadb341 154.39.8.8
abcf432 32.4.3.1abde004 141.4.50.3acf43de 21.7.2.4
DHT Overlay
Multicast Domain
Multicast Domain
Multicast Domain
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Verteilbaum im Präfixraum
o Ein Präfixbaum pro Multicast-Gruppe
o Blätter sind Teilnehmer
o Innere Knoten: Längste gemeinsame Präfixe
o Knoten teilen Präfix- bereiche mit Blättern
o Routing: Bi-direktionaler Shared Tree
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HST Routing: Verteilung gemäß Präfixbaum über dem Overlay
o Quelloptimale Shared Trees
o Routing zu Präfixnachbarn
- Daten fließen abwärts
o Underlay-Adressen aus Pastry Routing Tabelle
o Simple: Broadcast – Multicast über vollen Präfixbaum, signalisierungsfrei
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Broadcast ohne Flußkontrolle
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Backpressure Broadcast Flußkontrolle
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Resümee
o Das Internet ist ein virtueller Ort der Ideen
o Z.B. Next Generation Internet Mobilität
o Z.B. Multicast für mobile Teilnehmer
o Aber: Ideen können sich im Overlay verstecken
o Z.B.: Hybrid Shared Tree Multicast / Broadcast- ‚Unsichtbare‘ adaptive Verteilungsschicht
- Analytische ‚starke‘ Leistungscharakteristiken (Log-Bounds)
- Simulationen in Bearbeitung
- Flußkontrolle optimierbar für Videokodierung (SVC)
o Viel Raum für Neues: Ein Grund zum Weitermachen!
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