|
Multicast erlaubt die bandbreitenschonende Auslieferung einer
Nachricht an eine Gruppe von Empfängern. Anwendungen wie
Informations- und Softwareverteilung an große Empfängergruppen,
Audio- und Videokonferenzen, verteiltes Rechnen und verteilte Spiele
lassen sich mit einem Multicast-Dienst effizient realisieren. Eine
Reihe von Anwendungen erfordert dabei eine zuverlässige
Nachrichtenauslieferung, die über den im Internet verfügbaren
unzuverlässigen IP-Multicast-Dienst hinausgeht. Aufbauend auf
IP-Multicast wird eine zuverlässige Nachrichtenauslieferung mittels
Empfangsbestätigungen und Übertragungswiederholungen durch
nicht-hierarchische oder hierarchische Transportprotokolle erreicht.
Wie sich im Verlauf der Arbeit zeigen wird, erlauben lediglich
hierarchische Transportprotokolle die skalierbare Realisierung eines
zuverlässigen Multicast-Diensts zur Gruppenkommunikation. Diese
ordnen alle Gruppenmitglieder in eine Hierarchie ein, die
Kontrollbaum genannt wird. Durch den Kontrollbaum können notwendige
Übertragungswiederholungen lokal begrenzt werden und müssen nicht
mehr notwendigerweise vom ursprünglichen Sender durchgeführt
werden. Die Verteilung dieser Last auf andere Gruppenmitglieder
ermöglicht einen mit der Mitgliederzahl skalierbaren Dienst. Die
Voraussetzung für den praktischen Einsatz ist ein skalierbares
Verfahren zum Aufbau der Kontrollbäume.
Mit dem Token-Repository-Service (TRS) wird in dieser Arbeit ein
effizientes Verfahren zum Aufbau der Kontrollbäume vorgestellt.
Drei Realisierungsvarianten des TRS-Diensts, TRS-R, TRS-K und TRS-M,
erlauben unterschiedlichste Anforderungen zu berücksichtigen. Das
wesentliche Entwurfskriterium aller Varianten ist eine skalierbare
und effiziente Realisierung. Vergleichende Berechnungen und
Simulationen mit alternativen Ansätzen unterstreichen nicht nur die
Tragfähigkeit des TRS-Diensts. Dieser stellt momentan die einzige
skalierbare Lösung zum Aufbau von Kontrollbäumen dar. Aufgrund der
Unabhängigkeit des TRS-Diensts von einem
Multicast-Routing-Protokoll ist es zudem die einzige Lösung, die
durchgängig im gesamten Internet eingesetzt werden kann.
Zur Erleichterung der Auswahl eines geeigneten zuverlässigen
Multicast-Transportprotokolls und zur optimalen Konfiguration eines
ausgewählten Transportprotokolls mit dem TRS-Dienst wird eine
ausführliche probabilistische Analyse durchgeführt. Ausgangspunkt
der Analyse ist nicht die Untersuchung konkreter Protokolle, sondern
die Identifizierung wichtiger generischer Protokollklassen und deren
anschließende Beurteilung. Dabei ergeben sich bedeutende
Unterschiede bezogen auf den Bandbreitenbedarf, den Durchsatz und
die Nachrichtenverzögerungen. Die Evaluation zeigt vielfache
Vorteile für hierarchische Verfahren. Diese bieten nicht nur
Skalierbarkeit, auch bezüglich des verursachten
Nachrichtenaufwands, des Durchsatzes und der erzielbaren
Nachrichtenverzögerung sind sie durch eine Verteilung der Last und
kürzere Kommunikationswege gegenüber nicht-hierarchischen
Protokollen im Vorteil.
Als ein wesentlicher Parameter zur Konfiguration hierarchischer
Transportprotokolle wird der Verzweigungsgrad des Kontrollbaums
identifiziert werden. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren
ermöglicht es der TRS-Dienst den Verzweigungsgrad flexibel zu
konfigurieren. Die Analysen und Simulationen zeigen, dass bei einer
geeigneten Wahl des Verzweigungsgrads der Durchsatz und die
Verzögerung des zuverlässigen Transportprotokolls beträchtlich
verbessert werden kann. Zusammenfassend erlaubt es der vorgestellte
Token-Repository-Service durch seinen skalierbaren
Kontrollbaumaufbau erstmals, zuverlässige Multicast-Kommunikation
auch für große Gruppen zu etablieren. Durch die flexible Wahl des
Verzweigungsgrads der entstehenden Kontrollbäume ist zudem eine
beträchtliche Leistungsoptimierung des zuverlässigen
Transportprotokolls sowie eine entscheidende Verringerung der
Netzbelastung mit dem TRS-Dienst möglich.
|