Nebula-CDN: An Unstructured P2P Content Distribution Network

Current load-balancing and content distribution systems can efficiently handle high amounts of traffic a website encounters. However, when websites do not have the financial means of deploying multiple web-servers or acquiring services of proprietary content distribution networks such as Akamai, service interruptions are unavoidable. Recently, P2P-based approaches to content distribution have been proposed to support websites facing sporadic load. Inherent characteristics of content dissemination and scalability together with adaptation of locality-awareness allow these systems to perform on par with costly content distribution networks. Thus, implicit dissemination of key parts of a website becomes vital for load-balancing at the web-server, avoiding bottlenecks for visitors. Prevailing P2P-based caching systems, however, are either unavailable to leverage locality-awareness of participating peers or enforce structural topologies to do so. Enforcing a structural topology with such systems leads to scalability issues when participating peers exhibit dynamic behaviour, which is common with P2P systems. Hence, the system undergoes constant maintenance to achieve stability, which might not even be possible. In this thesis we outline two contributions. First, we modify Flower-CDN, a P2P content distribution network that exploits both structured and unstructured P2P features, to evaluate it with real rather than synthetic data. Second, we introduce Nebula-CDN, a locality-aware, P2P content distribution network which is completely unstructured. With Nebula-CDN, we leverage locality-awareness and efficient information dissemination by clustering geographically close peers that communicate with purely epidemic algorithms. In this thesis, the design and implementation of Nebula-CDN is assessed. Due to its design and the implemented algorithms, Nebula-CDN is better suited to handle churn without support of any underlying mechanism. Moreover, we conclude that it is able to match other content distribution networks in terms of hit-ratio and accesslatency, while keeping background bandwidth usage to a minimum.Les systèmes actuels de balancement de la charge et de distribution de contenu peuvent gérer eficacement le haut volume de requêtes reçues par les sites web. Cependant, lorsque les sites web qui n'ont pas assez de ressources financières pour déployer plusieurs serveurs ou bien acquérir des services de réseaux propriétaires de distribution de contenu tel que Akamai, les services d'interruptions sont inévitables. Récemment des approches basées sur P2P pour la distribution de contenu ont été proposées pour supporter les sites web qui reçoivent des charges sporadiques. Les caractéristiques inhérentes de la diffusion de contenu et d'extensibilité ainsi que l'adaptation de la conscience de localité permettent à ces systèmes de fonctionner d'une façon rentable avec des réseaux de distribution de contenu. Ainsi, la diffusion implicite des éléments clés d'un site web est devenu essentielle pour le balancement de la charge d'un serveur web, évitant la congestion de visiteurs. En effet, les systèmes de cache basés sur P2P, sont soit non-disponible pour as-surer une conscience de localité des noeuds participants ou pour enforcer des topologies structurelles. Enforcer une topologie strcturelle avec ces systèmes mène à des problèmes d'extension lorsque les noeuds existants manifestent un comportement dynamique, ce qui est commun pour les systèmes P2P. D'où, le système subit une maintenance constante afin d'atteindre la stabilité, ce qui ne peut même pas être possible. Dans cette thèse, nous décrivons deux contributions. Premièrement, nous modifions Flower-CDN, un réseau de distribution de contenu P2P qui exploite à la fois les caractéristiques P2P structurées et non structurées, afin de l'évaluer avec des données réelles et non-synthétiques. Deuxièmement, nous introduisons Nebula-CDN, un système conscient de la localité et un réseau de distribution de contenu P2P qui est complètement non structuré. Avec Nebula-CDN, nous exploitons la conscience de localité et la diffusion eficace d'information en distribuant géographiquement les noeuds adjacents qui communiquent avec des algorithmes purement épidémiques. Dans cette thèse, la conception et l'implémentation de Nebula-CDN est évaluée. Grâce à sa conception et ses algorithmes implémentés, Nebula-CDN est mieux adapté pour gérer la baratte sans support d'aucun sous mécanisme. De plus, nous concluons que c'est possible de correspondre autres réseaux de distribution de contenu en termes de taux et de latence d'accès, tout en maintenant l'usage de la bande passante à son minimum