Untersuchung und Weiterentwicklung von Mehrpfade-Mechanismen mit Schwerpunkt auf der OSI-Transportschicht

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Carmelita Görg (†); Professor Dr.-Ing. Erwin P. Rathgeb
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246965231

Die Verbindung von Endsystemen und Netzkomponenten über mehrere Netzpfade (Multi-Homing) ist ein klassischer Ansatz zur Erhöhung der Verfügbarkeit der Konnektivität. Mit der Verfügbarkeit mehrerer Netzzugänge in modernen Endgeräten und der Standardisierung von Transportprotokollen mit Unterstützung für Multi-Homing, wie Multipath-TCP und SCTP, wird dieses Verfahren auch für den Endbenutzer attraktiv. Neben der reinen Redundanz für den Fehlerfall ergibt sich die Fragestellung, ob auch eine gleichzeitige Nutzung mehrerer Pfade möglich ist um den Datendurchsatz zu erhöhen. Dieser als Concurrent Multipath Transfer (CMT) bezeichnete Ansatz erfordert einerseits Anpassungen bei wichtigen Protokollfunktionen und beeinflusst andererseits die Nutzung der Ressourcen im Netz in einer Weise, die bei einer Einzelpfadübertragung nicht auftritt. Durch die gleichzeitige Nutzung mehrerer Pfade ergeben sich einerseits neue Freiheitsgrade, andererseits erhöht sich die Komplexität. Dies und die in diesem Kontext nicht ausreichend verstandenen Abhängigkeiten zwischen den verwendeten Mechanismen führen zu einem grundlegenden Forschungsbedarf.Der Fokus bisheriger Ansätze liegt auf der grundlegenden Funktionalität und nicht auf deren optimaler Nutzung. Es wird auf bekannte Mechanismen zurückgegriffen, die aber auf eine optimale Übertragung auf einem einzelnen Pfad ausgerichtet sind. Sowohl die Auswahl geeigneter Mechanismen für die optimale Übertragung auf mehreren Pfaden als auch geeignete Erweiterungen oder ggf. Neudefinitionen solcher Mechanismen sind bisher nicht ausreichend untersucht. Unter anderem sind Algorithmen für die Pfadauswahl und die Aufteilung der Datenströme auf die Pfade notwendig, um die vorhandenen Ressourcen im Sinne der Anforderungen der Anwendung optimal nutzen zu können. Außerdem müssen grundlegende Definitionen, z.B. bezüglich des fairen Anteils an Übertragungsressourcen, angepasst oder neu gestaltet werden. Dabei muss auch die für Protokolle typische, oft implizite Kopplung verschiedener Funktionen, z.B. Überlaststeuerung und Fairness, neu bewertet werden. Diese protokollübergreifend gültigen Erkenntnisse haben erhebliche Einflüsse auf das Design von CMT-fähigen Transportprotokollen.Ein Ziel dieses Projektes ist es, die neuen Freiheitsgrade und die damit verbundenen grundlegenden Fragestellungen einer durchgängigen CMT-Nutzung systematisch zu untersuchen. Ausgangspunkt dazu sind die aktuell diskutierten Vorschläge und die in diesem Zusammenhang von den Antragstellern bereits gewonnenen Erkenntnisse. Eine mathematische Modellierung des Optimierungsproblems für die Ressourcennutzung soll dabei wichtige Erkenntnisse liefern. Ergebnis des Projekts soll ein weitgehend generischer Designansatz für CMT-fähige Protokolle sein, der den neuen Anforderungen und Möglichkeiten gerecht wird. Der konkrete Nutzen soll durch eine möglichst weitgehende Anwendung dieses Ansatzes bei der Weiterentwicklung der aktuellen Protokollvorschläge dargelegt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen