[论文解读] 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 11

一句话总结

本文提出 mHTTP，一种仅在接收端实施的机制，使 HTTP 客户端能够通过多种网络路径同时从多个服务器下载文件块——无需修改服务器、网络或应用程序。通过利用 HTTP 范围请求和修改后的套接字接口，mHTTP 将大文件下载时间减少高达 50%，同时保持小文件的性能表现。

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.

研究动机与目标

• 应对基于 HTTP 的网络流量中对更快大文件下载的需求，此类流量占互联网总流量的 60% 以上。
• 克服现有多路径解决方案（如 MPTCP）和特定应用工具的局限性，后者需要修改服务器或应用程序。
• 利用多接口设备的现有路径多样性以及 CDN 中的全局内容复制，提升端到端下载性能。
• 设计一种仅面向接收端、对应用透明的解决方案，仅需修改客户端套接字接口。
• 通过不超出单条路径 TCP 带宽使用量的方式，确保向后兼容性和网络公平性。

提出的方法

• 实现 multiHTTP：一种修改后的套接字 API，将大文件拆分为块，并向多个服务器独立发起 HTTP 范围请求。
• 使用 multiDNS：一种修改后的 DNS 解析器，从多个 DNS 查询或响应（包括 eDNS）中收集 IP 地址，以发现多个服务器位置。
• 在客户端重新组合下载的块，并将它们作为单一数据流交付给应用程序。
• 仅限制对套接字接口的修改，避免对内核或应用程序级别的更改。
• 支持单服务器和多服务器场景，可作为 HTTP 流量中 MPTCP 的替代方案。
• 每条接口的连接数限制为一个，并将总带宽使用量限制为单路径 TCP 流量的两倍，以确保公平性。

实验结果

研究问题

• RQ1 仅在接收端的机制是否能有效利用互联网中所有类型的路径多样性用于 HTTP 流量？
• RQ2 与单路径 HTTP 和 MPTCP 相比，mHTTP 在多大程度上能减少大文件的下载时间？
• RQ3 mHTTP 是否会对小文件下载性能产生负面影响，而小文件在 Web 流量中非常常见？
• RQ4 mHTTP 在真实环境下的表现如何，包括测试平台和实际网络环境中的测量结果？
• RQ5 mHTTP 是否能在避免发送端和接收端内核级修改的前提下，实现与 MPTCP 相当的性能？

主要发现

• mHTTP 有效利用了互联网中所有类型的路径多样性，包括多接口设备和全局复制的内容。
• 对于大文件下载，与单路径 HTTP 相比，mHTTP 最多可将下载时间减少 50%。
• mHTTP 对小文件下载性能无负面影响，保持与现有 HTTP 行为的兼容性。
• 在单服务器场景下，mHTTP 对于大文件的性能与 MPTCP 相当，尤其在块大小为 1024 KB 时表现更优。
• mHTTP 是 MPTCP 在 HTTP 流量中的可行替代方案，其性能增益与 MPTCP 相当，但部署复杂度显著降低。
• 该协议通过将每条接口的连接数限制为一个、总带宽使用量限制为单路径 TCP 流量的两倍，维持了网络公平性。