Zu Anwendungsbereichen der Netzwerkdiversität für zukünftige Internetprotokolle

In den vergangenen Jahrzehnten hat sich das Internet von einem Forschungsnetzwerk hin zu einer wichtigen, von der Allgemeinheit genutzten Infrastruktur entwickelt. Dabei hat es sich in nahezu allen Bereichen einschließlich seiner Größe, Topologie und Nutzungsweise entscheidend verändert. Die permanent steigende Anzahl von Nutzern und Endgeräten eröffnet Räume für unterschiedliche Aspekte von Netzwerkdiversität. So können sich Endnutzer über verschiedene Netzwerkprovider mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, über diverse Geräte, die mit multiplen Netzwerkschnittstellen ausgestattet sind und in zwei verschiedenen Adressräumen (IPv4 und IPv6) mit dem Internet verbinden. Diversität findet sich überall im Internet, jedoch inwieweit sie sich nutzen lässt, um das Internet zu verbessern, ist noch weitgehend unklar. In letzter Zeit traten im Internet Skalierungsprobleme auf, die mit der großen Anzahl von Endgeräten, mit der Erschöpfung des Internet-Adressraums und der Fülle von Routinginformationen im Kern des Internets zusammenhängen. Gleichzeitig erzeugt die konstant steigende Menge an digitalen Inhalten eine signifikante Diskrepanz zwischen der Nachfrage nach hoher End-to-End-Leistung und den gegenwärtigen Fähigkeiten der Internet-Infrastruktur. Da diese Probleme die zukünftige Entwicklung des Internets hemmen, sollen sie Thema dieser Dissertation sein. Zunächst führen wir eine Studie zur Annahme von IPv6 im heutigen Internet durch. Hierzu analysieren wir einen großen Datensatz, welcher an einem großen Internet-Knoten (IXP) aufgezeichnet wurde. Obwohl das Ergebnis einen starken Anstieg von IPv6-Datenverkehr in den letzten Jahren aufzeigt, ist das Gesamtniveau der IPv6-Nutzung weiterhin marginal. Demnach werden die beiden Internetprotokolle eine Zeitlang weiterhin nebeneinander bestehen. Um das Skalierungsproblem anzugehen, das durch die enorme Anzahl von Routing-Einträgen im Kern des Internets verursacht wird, untersuchen wir danach mit dem Locator/ID Separation Protocol (LISP) die vielversprechendste Lösung. Dabei steht die Bewertung der Leistung, der Sicherheitsaspekte und der Ausfallsicherheit von LISP im Mittelpunkt. Vorhergehende Studien haben durch die Analyse aktuellen Datenverkehrs gezeigt, dass der Großteil der Daten im Internet HTTP-basiert ist (> 60 % [67]) und dass Inhaltsanbieter ihre Inhalte auf verteilte Server replizieren [91]. Um die End-to-End-Leistung zu erhöhen, schlagen wir mit Multi-Source Multipath HTTP (mHTTP) eine leicht anwendbare Lösung vor, die den Datentransfer verbessert, indem unterschiedliche Aspekte von Netzwerkdiversität verwendet werden.In the past few decades, the Internet has evolved from a research network to an important infrastructure used by everyone. This means it has changed in almost all aspects including size, topology, and usage. Indeed, due to the ever-increasing number of users and capabilities of end-devices, various types of network diversity have been created in the Internet. For example, users can connect to the Internet through different service providers in various access speeds using miscellaneous devices equipped with multiple network interfaces via two different address spaces (IPv4 and IPv6). Such diversity can be found almost everywhere in the Internet. However, to what extent this diversity can be used to improve the Internet is largely uncharted. Recently, several scalability issues emerged in the Internet, i. e., those related to the large number of network-enabled devices. The exhaustion of the Internet address space is one, the plethora of the routing information within the core Internet is another one. Moreover, the constantly increasing volume of digital content causes significant mismatch between the demand for the high end-to-end performance and the actual capabilities of the Internet infrastructure. These problems hinder the future evolution of the Internet; hence, they are the topics of this thesis. First, we conduct an assessment study of IPv6 adoption in today’s Internet by analyzing a rich set of Internet traffic data collected from a large Internet eXchange Point (IXP). Although the result shows a sharp increase of IPv6 traffic in recent years, the level of IPv6 deployment is still marginal. Thus, the two Internet protocols have to coexist for a while. Next, to cope with scalability issue caused by the enormous number of routing entries in the core of the Internet, we closely examine the most promising solution for this problem, the Locator/ID Separation Protocol (LISP). In particular, our work focuses on evaluating the performance, security overhead, and resilience of LISP. By analyzing recent Internet traffic, previous studies found that a major portion of Internet traffic is delivered by HTTP (> 60 % [67]) and most of the content providers replicate their content on multiple servers [91]. To this end, we confront the challenge of end-to-end performance by suggesting an easily deployable solution, the Multi-source Multipath HTTP (mHTTP), for improving the HTTP performance based on utilizing various types of network diversity