[論文レビュー] Multi-Source Multi-Path HTTP (mHTTP): A Proposal

Juhoon Kim, Ramin Khalili+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2013

Network Traffic and Congestion Control参考文献 30被引用数 11

ひとこと要約

本論文では、サーバー、ネットワーク、アプリケーションの変更なしに、複数のネットワーク経路を用いて受信側で複数のサーバーから同時にファイルのチャンクをダウンロードできる受信者側メカニズムmHTTPを提案する。HTTP範囲リクエストと変更済みソケットインタフェースを活用することで、mHTTPは大容量オブジェクトのダウンロード時間を最大50％短縮するが、小容量オブジェクトのパフォーマンスには影響を与えない。

ABSTRACT

Today, most devices have multiple network interfaces. Coupled with wide-spread replication of popular content at multiple locations, this provides substantial path diversity in the Internet. We propose Multi-source Multipath HTTP, mHTTP, which takes advantage of all existing types of path diversity in the Internet. mHTTP needs only client-side but not server-side or network modifications as it is a receiver-oriented mechanism. Moreover, the modifications are restricted to the socket interface. Thus, no changes are needed to the applications or to the kernel. As mHTTP relies on HTTP range requests, it is specific to HTTP which accounts for more than 60% of the Internet traffic. We implement mHTTP and study its performance by conducting measurements over a testbed and in the wild. Our results show that mHTTP indeed takes advantage of all types of path diversity in the Internet, and that it is a viable alternative to Multipath TCP for HTTP traffic. mHTTP decreases download times for large objects up to 50%, whereas it does no harm to small object downloads.

研究の動機と目的

• インターネットトラフィックの60％以上を占めるHTTPベースのウェブトラフィックにおける大容量オブジェクトの高速ダウンロードニーズに対応する。
• MPTCP やアプリケーション固有のツールなど、サーバーやアプリケーションの変更を必要とする既存のマルチパスソリューションの制限を克服する。
• マルチインターフェースデバイスからの既存のパスダイバーシティと、CDNにおけるグローバルにレプリケートされたコンテンツを活用し、エンドツーエンドのダウンロードパフォーマンスを向上させる。
• クライアント側のソケットインタフェースの変更のみを要する、受信者指向かつアプリケーション非依存のソリューションを設計する。
• 1つのインターフェースあたりの通常のTCP帯域幅を超えないようにすることで、後方互換性とネットワークの公平性を確保する。

提案手法

• 大容量ファイルをチャンクに分割し、複数のサーバーに対して独立したHTTP範囲リクエストを発行するように変更されたソケットAPI「multiHTTP」を実装する。
• 複数のDNSクエリや応答（eDNSを含む）からIPアドレスを収集することで、複数のサーバーの場所を発見するように変更されたDNSリゾルバ「multiDNS」を用いる。
• クライントでダウンロードされたチャンクを再構成し、アプリケーションに単一のストリームとして提供する。
• カーネルやアプリケーションレベルの変更を避けるために、ソケットインタフェースへの変更に限定する。
• 単一サーバーおよび複数サーバーの両方のシナリオをサポートし、HTTPトラフィックにおけるMPTCPの代替として利用可能である。
• 1つのインターフェースあたりの接続数を1つに制限し、合計帯域幅を単一パスTCPフローの2倍に制限することで、公平性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 受信者側のみのメカニズムは、インターネット上のすべての種類のパスダイバーシティ（HTTPトラフィックにおいて）を効果的に活用できるか？
• RQ2 mHTTPは、単一パスHTTPおよびMPTCPと比較して、大容量ファイルのダウンロード時間をどの程度短縮できるか？
• RQ3 mHTTPは、ウェブトラフィックで一般的な小容量オブジェクトのダウンロードパフォーマンスに悪影響を及えるか？
• RQ4 mHTTPは、テストベッドおよび実世界の環境での測定において、実際の条件下でどの程度のパフォーマンスを示すか？
• RQ5 mHTTPは、送信者および受信者のカーネルレベルの変更なしに、MPTCPと同等のパフォーマンスを達成できるか？

主な発見

• mHTTPは、マルチインターフェースデバイスやグローバルにレプリケートされたコンテンツを含む、インターネット上のすべての種類のパスダイバーシティを効果的に活用できた。
• 大容量オブジェクトのダウンロードにおいて、mHTTPは単一パスHTTPと比較して最大50％のダウンロード時間を短縮した。
• mHTTPは小容量オブジェクトのダウンロードにおいてもパフォーマンス劣化を示さず、従来のHTTP動作と互換性を保った。
• 単一サーバー環境では、mHTTPは大容量ファイルにおいてMPTCPと同等のパフォーマンスを達成した。特に1024 KBのチャンクサイズでは顕著であった。
• mHTTPは、MPTCPの代替として実用的であり、大幅に低い導入複雑性で同等のパフォーマンス向上を実現した。
• mHTTPは、1つのインターフェースあたり1つの接続に制限し、合計帯域幅を単一パスTCPフローの2倍に制限することで、ネットワークの公平性を維持した。