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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA “TOR VERGATA” Facoltà di Ingegneria Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni Tesi di Laurea Magistrale DEFINIZIONE,

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1 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA “TOR VERGATA” Facoltà di Ingegneria Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni Tesi di Laurea Magistrale DEFINIZIONE, IMPLEMENTAZIONE ED ANALISI PRESTAZIONALE DI PROTOCOLLI DI TRASPORTO PER RETI CONTENT-CENTRIC Candidato: Andrea Fratini Relatore: Prof. Stefano Salsano Co-Relatori: Prof. Andrea Detti Ing. Matteo Pomposini 28 Aprile 2011

2 OBIETTIVO DELLA TESI Progettazione ed implementazione di un protocollo di trasporto per una rete content-centric Sommario  Introduzione al content-centric networking  Definizione di un nuovo protocollo di trasporto  Implementazione in NS3  Analisi prestazionale

3 EVOLUZIONE NELL’USO DI INTERNET Accesso tramite indirizzo IP a dispositivi di memoria e potenza elevata Accesso tramite Nome a Contenuti (video, foto, file musicali…)

4 TRAFFICO NELLA RETE INTERNET

5 CONTENT-CENTRIC NETWORKING MOTIVAZIONI cosa dove.  L’utente valuta il servizio in termini di cosa può ottenere, mentre lo strato IP opera in termini di dove. distribuzione dei contenuti  La distribuzione dei contenuti può essere migliorata rendendo la rete content-aware e implementando caching dei contenuti nei nodi intermedi della rete (le uniche soluzioni esistenti, come CDN, sono content-aware solo a strato applicativo e sono proprietarie) chi  L’utente vuole ricevere contenuti affidabili, ma allo stato attuale l’utente è costretto a fidarsi di chi fornisce il contenuto e non del contenuto stesso.

6 CONTENT-CENTRIC NETWORKING PRINCIPI Contenuto tale nome diventa l’indirizzo dello strato di rete  Il Contenuto desiderato è richiesto attraverso un nome che lo caratterizza, tale nome diventa l’indirizzo dello strato di rete Contenuto  Qualunque nodo intermedio che possiede una replica del Contenuto nella sua cache può rispondere ad una richiesta e fornire il dato Contenuto  La sicurezza è spostata dal canale al Contenuto

7 Necessità di un nuovo protocollo di trasporto TCP TRASPORTO CONTENT-CENTRIC F U N Z I O N A L I T A’ Sender-DrivenReceiver-Driven Comunicazione di natura End-to- End Nodi intermedi possono effettuare caching di un Contenuto e trasmetterlo direttamente. La dimensione della CongestionWindow limita il numero di Dati non riscontrati nella Rete La dimensione della finestra limita il numero di Richieste inoltrate (INTEREST) nella Rete. Il sender usa la ricezione degli ACK per incrementare la sua CongestionWindow Il receiver usa la ricezione dei Dati per incrementare la sua finestra di richieste. Dati e ACK inviati in sequenza da sender e receiver. chunks Il receiver comunica quale parti del dato (chunks) vuole.

8 Necessità di un nuovo protocollo di trasporto  Design  Implementazione  Valutazione prestazioni Packet Data Units Algoritmi di controllo di flusso e congestione

9 CONTENUTO Chunk=Parte di contenuto che identifica unità di caching della rete DATA Packet (256, 512 kB) Carrier-packets (1460 Bytes) VIDEO (1 GB) Packet Data Units DESIGN

10 Network Identifier Chunk Number INTEREST Segment info (from byte to byte) Header (Network-Identifier) (Chunk Number) (Payload Type) Header (Network-Identifier) (Chunk Number) (Payload Type) Payload Header (segment info) Path state void payload Carrier-packet Un INTEREST è l’unità dati usata per formulare la richiesta di un Contenuto. NID= Nome del contenutoNID= Nome del contenuto Chunk Number= Numero del chunk di appartenenzaChunk Number= Numero del chunk di appartenenza DESIGN

11 Header(Network-Identifier) (Chunk Number) (Payload Type) Header(Network-Identifier) (Chunk Number) (Payload Type) Carrier-packet Payload Header (segment info: da byte a byte) Path state Payload Network Identifier Chunk Number DATA Data Chunk Security Data (signature, Signed info,…) Segment DESIGN Una DATA unit è la parte di un Contenuto, identificato da:  NID= Nome del contenuto  Chunk Number= Numero del chunk di appartenenza  Security Data= Garanzia dell’autenticità e affidabilità del contenuto

12 CONTENT-CENTRIC NETWORK CONTENT-CENTRIC NETWORK Under-CONET (L2, IP*, UDP/IP) Under-CONET (L2, IP*, UDP/IP) Trasporto Ogni nodo Proprietà del protocollo content-centric La comunicazione è iniziata dal ricevitore, inviando un INTEREST contenente il nome di un contenuto di suo interesse. La comunicazione è iniziata dal ricevitore, inviando un INTEREST contenente il nome di un contenuto di suo interesse. Dopo aver ricevuto i primi bytes del primo chunk effettuerà una successiva richiesta aumentando la INTEREST WINDOW. Dopo aver ricevuto i primi bytes del primo chunk effettuerà una successiva richiesta aumentando la INTEREST WINDOW. E’ il ricevitore a decidere quando la comunicazione finisce, terminando l’invio degli INTEREST. E’ il ricevitore a decidere quando la comunicazione finisce, terminando l’invio degli INTEREST. Se il DATO richiesto non è ricevuto entro un certo tempo, è compito del ricevitore ritrasmettere il relativo INTEREST Se il DATO richiesto non è ricevuto entro un certo tempo, è compito del ricevitore ritrasmettere il relativo INTEREST RECEIVER-DRIVEN CONTROLLO DI CONGESTIONE Come in TCP, una finestra limita il numero di pacchetti inviati nella rete, MA è gestita dal ricevitore Come in TCP, una finestra limita il numero di pacchetti inviati nella rete, MA è gestita dal ricevitore Come in TCP, sono implementate le fasi di slow start e congestion avoidance, MA queste fasi sono regolate dai DATI ricevuti, non sono previsti ACK. Come in TCP, sono implementate le fasi di slow start e congestion avoidance, MA queste fasi sono regolate dai DATI ricevuti, non sono previsti ACK. RECUPERO D’ERRORE Come in TCP un errore in ricezione è dovuto alla mancata ricezione di un pacchetto, MA nel nostro caso di un DATO e non di un ACK. Come in TCP un errore in ricezione è dovuto alla mancata ricezione di un pacchetto, MA nel nostro caso di un DATO e non di un ACK. 2 casi: 1)Nessun dato è più ricevuto fino allo scadere del TIMEOUT: Scatta algoritmo di controllo: INTEREST WINDOW ridotta e inizio fase di slow-start 2)Ricezione di DATI fuori sequenza: -Il ricevitore accetta i DATI fuori sequenza. -Al terzo si attiva la fase di fast recovery, come per i 3ACK duplicati in TCP Solo gli End-node

13 Design INTEREST (0-100) DATA (0-100) End-user DATI DA 0 A 700 IN CACHE NODO SERVER Corriere.it DATA ( ) DATA ( ) INTEREST ( ) INTEREST ( ) INTEREST ( ) DATI RICHIESTI NON IN CACHE INTEREST ( ) DATA DATA

14 IMPLEMENTAZIONE  NS3 (NETWORK SIMULATOR 3) Realizzazione di entità e protocolli in C++  WIRESHARK Dissector in LUA

15 ANALISI PERFORMANCE Utilizzo efficiente della banda Work-conserving FairnessTCP-friendly

16 Benefici del caching CASO TCP Link 10 Mb/s 5 Mb/s 5 Mb/s

17 Benefici del caching CASO CONTENT-CENTRIC Link 10 Mb/s Dato in cache Content-centric Content-centricRouter

18 Conclusioni  Il nuovo approccio content-centric networking per la Future Internet permette di migliorare la distribuzione e il reperimento dei contenuti fornendo indirizzamento attraverso i nomi, caching nativo e sicurezza nel contenuto.  La definizione di un nuovo protocollo di trasporto per reti content-centric comporta il trasferimento del potere della comunicazione al ricevitore, mantenendo i vantaggi derivanti dagli algoritmi del TCP.

19 Conclusioni E’ stata effettuata l’implementazione e l’analisi prestazionale del nuovo protocollo di trasporto ottenendo i seguenti risultati: E’ stata effettuata l’implementazione e l’analisi prestazionale del nuovo protocollo di trasporto ottenendo i seguenti risultati:  Raggiungimento di un utilizzo efficiente della banda  Rispetto dei criteri di fairness  Guardando ad una graduale integrazione col TCP, il protocollo è TCP-friendly.  Uso in modo vantaggioso del caching nativo di una rete content-centric. Grazie per l’attenzione…


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