Enabling DTN-based web access : the server side

Abstract

Verkkoympäristö, jossa modernit protokollat joutuvat toimimaan ei ole enää vain staattinen ja yhtenäinen Internet. Verkkopalvelujen kysynnän kasvaessa Internet levittäytyy entistä monimuotoisempiin ympäristöihin, kuten mobiileihin ad-hoc-verkkoihin. Näissä ympäristöissä toimivat verkot eivät välttämättä täytä tiettyjä ehtoja, jotka ovat edellytyksenä nykyisten Internet-protokollien käytölle. Tällöin näiden protokollien käyttö voi olla vaikeaa tai jopa mahdotonta. Delay-tolerant Networking (DTN) on eräs lähestymistapa, jolla voidaan ratkaista haastavien verkkoympäristöjen aiheuttamia ongelmia. Tämän diplomityön ensimmäinen tavoite on mahdollistaa WWW:n käyttö DTN-verkoissa. Käytännössä tämä tarkoittaa HTTP-protokollan sovittamista DTN:n kuljetuskerrosprotokollan ("bundle protocol") päälle.

DTN-ympäristössä yhteydet voivat olla katkonaisia ja tiedonsiirtoviiveet pitkiä, minkä vuoksi on tärkeää välttää turhaa edestakaista viestiliikennettä kommunikoivien noodien välillä. Normaalisti HTTP toimii siten, että se hakee WWW-sivuun liittyvät resurssit yksitellen. Tämä aiheuttaa turhaa liikennettä, joten HTTP ei suoraan sovellu DTN-ympäristöön. Työssä määritellään käsite "resource bundling", jonka avulla HTTP voidaan sovittaa paremmin DTN-yhteensopivaksi. Perusidea on koota WWW-sivun resurssit yhteen pakettiin, jolloin sivun noutamiseen tarvittavien edestakaisten protokollaviestien määrä saadaan minimoitua.

Työn toinen tavoite on toteuttaa WWW-palvelinohjelma, joka tukee työssä määriteltyä "resource bundling"-konseptia. Palvelin pohjautuu kahteen vapaan lähdekoodin ohjelmakomponenttiin, jotka ovat vastuussa alemman tason protokollaoperaatioista sekä HTTP-palvelimen perustoiminnoista. Integroimalla nämä komponentit ja kehittämällä resurssien käsittelyyn liittyvä korkeamman tason logiikka, työssä toteutetaan natiivi DTN-pohjainen WWW-palvelin. Työssä myös suoritetaan mittauksia, joilla varmistetaan palvelimen soveltuvuus sen todelliseen käyttöympäristöön ja lisäksi todetaan, että suunniteltu järjestelmä todella parantaa WWW:n käyttömahdollisuuksia haastavissa verkko-olosuhteissa.

The networking landscape in which modern protocols must operate is no longer just the static, homogeneous Internet. As the demand for ubiquitous connectivity grows, the Internet stretches out to increasingly diverse environments, such as mobile ad-hoc networks. In these environments, certain assumptions that current Internet protocols rely on may not hold, thus making these protocols inefficient or even useless. Delay-tolerant Networking (DTN) is one approach to solving the problems that arise in such settings. In this thesis, our first objective is to conceptualize the mechanisms needed to enable web access in a DTN environment. More specifically, the goal is to run the Hypertext Transfer Protocol (HTTP) on top of the DTN transport protocol (i.e., the bundle protocol).

In a DTN environment, where connectivity may be intermittent and transmission delays long, it is important to avoid unnecessary round-trips between the communicating nodes. Consequently, HTTP is not directly applicable to DTN due to its conversational style of operation in which the resources of a web page are fetched one at a time. We adapt HTTP to the DTN environment by introducing the concept of resource bundling, which means that web resources are grouped together into larger aggregates in order to minimize the number of round-trips required to retrieve a web page.

The second objective of the thesis is to implement the resource bundling concept in a web server application. The server builds on two major open source software components that handle the low-level bundle protocol operations and form the basis of the HTTP server logic. We integrate these pieces and extend them with the high-level resource bundling logic to produce a native DTN web server. We also perform measurements on the server, verifying its adeptness for real-world deployment and proving that the resource bundling concept truly has a positive impact on the web browsing experience in challenged network environments.