End-to-end network path status information are indispensable for the performance of application layer Internet services, such as the overlay network services, peer-to-peer systems and content distribution, as well we for the network management and administrations by network operators. These systems can benefit from the end-to-end network status information such as bottleneck link capacity, available bandwidth, latency, and loss rates, if they are effectively obtained by the end hosts. These QoS metrics monitoring for the application layer services can be conducted via the end-to-end network measurements. To support the standard QoS metrics in such application layer approaches, efficient network measurement methodologies are critical elements of their foundational infrastructure. In these situations, the most critical QoS metrics are often the network bandwidths: bottleneck link bandwidth or capacity and the available bandwidth. As part of our integrated QoS metrics monitoring scheme, we propose network measurements methodology that is capable of estimating both of the end-to-end bottleneck link capacity and available bandwidth using a single measurement framework with a small set of measured data.
This dissertation claims that our proposed methodology can simultaneously and efficiently estimate the bottleneck link capacity and available bandwidth on the end-to-end network paths, based on a new, novel design of the packet-pair probing technique, with high accuracy, relatively low probing overhead, and near deterministic short measurement time. These claims are supported by the integrated technique presented in this thesis: SigProbe, which can be conveniently used by the end users in a cooperative way between end hosts. The proposed methodology utilizes various geometric properties including the signatures, which emerge from the novel packet-pair based scheme, for filtering or shaping the distorted data toward the theoretical ones, resulting in the claimed performance and capabilities. Based on these attractive properties and capabilities, regular end users can effectively improve or optimize the performance of their network applications and the various application-layer services.
종단간 네트워크 경로 상태 정보는 네트워크 운영자에 의한 네트워크 관리뿐만 아니라, 오버레이 네트워크 서비스, P2P 시스템 및 컨텐트 배포 등과 같은 응용계층 인터넷 서비스의 성능을 위해서도 필수 불가결하다. 이들 시스템들은 병목 링크 대역 용량, 가용 대역, 지연 및 손실률과 같은 종단간 네트워크 상태 정보들이 종단 호스트에 의해 효과적으로 얻어질 수 있다면, 그로부터 유익한 성능 개선을 꾀할 수 있게 된다. 응용계층 서비스를 위한 이들 QoS 요소들의 감시는 종단간의 네트워크 측정을 통해 수행될 수 있다. 이들 응용계층 서비스 접근 방식에서의 QoS 요소들을 지원하기 위해서는 효율적인 네트워크 측정 방법론이 그들 하부구조의 핵심적인 요소들이다. 이러한 상황에서, 가장 중요한 QoS 요소들은 흔히 병목 링크 대역과 가용 대역이다. 통합 QoS 요소 감시 방식 설계구조의 일부로서, 본 논문은 단일 측정 프레임워크에서 작은 측정 데이터로도 종단간 병목 링크 대역과 가용 대역을 모두 측정할 수 있는 방법론을 제안한다.
본 학위 논문은 제안한 방법론이 새로운 설계의 패킷-페어 탐사 기법에 기반하여, 종단간의 네트워크 경로의 병목 링크 대역과 가용 대역을 동시에 그리고 효율적으로 측정하면서, 높은 정확도, 낮은 오버헤드 그리고 결정적인 시간에 가까운 짧은 시간으로 수행할 수 있음을 주장한다. 이러한 주장은 본 학위 논문에서 제시한 통합 테크닉 SigProbe에 의해 뒷받침되며, 이 테크닉은 종단 호스트들 사이에서 편리하게 사용될 수 있다. 제안한 방법론은 새로운 신개념의 패킷-페어 구조로부터 드러난 시그너춰를 포함한 다양한 기하학적 특성들을 활용하여, 왜곡된 데이터를 필터링하여 이론적인 데이터로 변형되도록 셰이핑 함으로써, 위에서 주장된 성능과 능력으로 귀결됨을 나타내었다. 이들 매력적인 특성들과 능력들을 기반으로, 정규 사용자들은 그들의 네트워크 응용이나 응용계층 서비스의 성능을 효과적으로 향상하거나 최적화 하도록 꾀할 수 있다.
