Transmission schemes that gain contents from multiple servers concurrently are highlighted due to their ability of bandwidth aggregation, resilience against dynamic server departure, and load balancing. Previous application layer approaches aggregate server bandwidth by slicing the contents into fixed size chunks and requesting each chunk to a different server. They require huge resequencing buffer in the receiver application due to the out-of-order arrival of large size chunks. Transport approaches try to reduce the size of the resequencing buffer by reducing the size of a chunk to the size of a segment. However, they lack the consideration about the overhead of the sender and, moreover, excessively increase the burden of the sender as the number of senders that participate in the connection increases. I propose a novel transport layer protocol, MTCP, which provides full aggregation of bandwidth with minimum overhead of senders while suppressing the additional overhead of a receiver. With MTCP, a receiver can choose the most appropriate chunk that should be requested to each server in a manner that achieves high locality in the senders' buffer cache and sequential arrival of chunks from all the servers as well as full aggregation of output bandwidth of servers.
다중 제공자 환경이란 콘텐트 제공을 위한 서버가 하나가 아닌 다수가 존재하는 환경이다. 이런 환경은 서버의 로드 분산 효과뿐 아니라 인터넷 상의 순간적인 사용자 증가 및 일부 서버의 문제에 능동적으로 대처가 가능하고, 네트워크 상에 고루 분포하는 각 사용자들에게 동일한 접근성을 보장해주는 장점 때문에 그 활용이 점점 더 증가하고 있다.
근래 들어 인터넷 전송 콘텐트 중 멀티미디어 및 피어-투-피어 대용량 데이터 전송의 증가는 이런 다중 제공자 중 하나의 서버 만을 이용하여 전체 콘텐트를 받기 보다는 가능한 한 많은 서버로부터 해당 콘텐트의 각 부분 부분을 동시에 받음으로써 전송 효율의 향상을 꾀하는 다중 전송에 대한 연구의 중요성을 더욱 부각시키고 있다.
이러한 다중 전송 방법이 기본적으로 갖추어야 할 요건들에는 사용자 측면에서는 전송 시 임시적으로 필요한 버퍼 공간의 최소화, 각 서버가 제공하는 전송대역의 효율적인 사용이 있고, 서버 측면에서는 콘텐트의 각 부분 요청에 대한 효율적인 I/O, 여러 사용자로부터 요청의 반복성(locality)의 보장을 통한 캐시 효과의 극대화가 있다. 어플리케이션 계층에서의 기존의 연구들은 사용자 측면에서의 요건을 제대로 충족시키지 못할 뿐 아니라, 그 충족을 위한 오버헤드 역시 너무 큰 문제가 있었다. 이를 해결하기 위하여 다중 전송을 위한 전송 계층 프로토콜에 대한 연구들이 많이 진행이 되었다.
기존의 연구들은 전송 계층 프로토콜이 갖는 기본적인 장점인 전송대역의 효율적인 사용을 기반으로 하여, 사용자 버퍼의 최소화에 초점을 맞추었다. 하지만, 사용자 측면에서의 성능 향상에만 초점을 맞추어 서버의 측면에서는 오히려 로드가 증가하는 문제가 발생하였다. 이는 다중 제공자 환경을 제안한 이유인 서버 로드의 분산에 역행하는 바람직하지 못한 방법이다.
본 논문은 사용자 측면에서의 성능 향상뿐 아니라 기존에는 간과하였던 서버의 로드 역시 감소시킬 수 있는 새로운 프로토콜 MTCP를 제안하였다. 세부적으로는 커널 수준의 직접 전송 메커니즘, 서버의 버퍼 캐시 정보의 효율적 관리, 사용자 측면에서의 효율적인 블록 요청 분산 메커니즘으로 구성이 된다. 커널 수준의 직접 전송 메커니즘은 서버의 디스크에서 네트워크로의 전송 I/O 동작을 효율적으로 하기 위한 방법으로, 기존의 어플리케이션 수준에서 이루어지던 파일 단위의 디스크 액세스를 디스크 블록 수준으로 세분화시켜 불필요한 I/O를 최소화 하였다. 서버의 버퍼 캐시 정보의 효율적인 관리 및 사용자에게로의 전달 메커니즘은 각 서버로의 블록 요청이 향상된 반복성을 갖도록 하여 각 서버의 버퍼 캐시 효율을 극대화시킨다. 마지막으로 사용자 측면에서의 효율적인 블록 요청 분산을 통하여 각 서버로부터의 블록이 사용자에게 순차적으로 도착하도록 함으로써, 필요한 임시 버퍼의 크기를 최소화시키면서도 각 서버로부터의 전송대역을 효율적으로 이용하도록 하였다.
제안한 프로토콜의 검증을 위해서 본 논문은 리눅스 운영체제 상에서 구현하고 실제 네트워크 환경에서 실험을 수행하였다. 실험 결과는 MTCP에서 제안한 새로운 방법이 사용자 측면에서는 작은 버퍼 크기와 효율적인 전송 대역을 보장하고, 서버 측면에서는 불필요한 I/O를 제거하고 버퍼 캐시의 효율을 향상 시켰음을 보여준다. 더군다나 서버의 로드가 전제 전송의 병목점이 되는 일반적인 환경에서는 서버에서의 줄어든 로드는 사용자 측면에서의 전송 속도 향상의 이득을 얻을 수 있음을 확인 할 수 있었다.
