Making broadband access networks transparent to researchers, developers, and users

Abstract

Broadband networks are used by hundreds of millions of users to connect to the Internet today. However, most ISPs are hesitant to reveal details about their network deployments,and as a result the characteristics of broadband networks are often not known to users,developers, and researchers. In this thesis, we make progress towards mitigating this lack of transparency in broadband access networks in two ways. First, using novel measurement tools we performed the first large-scale study of thecharacteristics of broadband networks. We found that broadband networks have very different characteristics than academic networks. We also developed Glasnost, a system that enables users to test their Internet access links for traffic differentiation. Glasnost has been used by more than 350,000 users worldwide and allowed us to study ISPs' traffic management practices. We found that ISPs increasingly throttle or even block traffic from popular applications such as BitTorrent. Second, we developed two new approaches to enable realistic evaluation of networked systems in broadband networks. We developed Monarch, a tool that enables researchers to study and compare the performance of new and existing transport protocols at large scale in broadband environments. Furthermore, we designed SatelliteLab, a novel testbed that can easily add arbitrary end nodes, including broadband nodes and even smartphones, to existing testbeds like PlanetLab.

Breitbandanschlüsse werden heute von hunderten Millionen Nutzern als Internetzugang verwendet. Jedoch geben die meisten ISPs nur ungern über Details ihrer Netze Auskunft und infolgedessen sind Nutzern, Anwendungsentwicklern und Forschern oft deren Eigenheiten nicht bekannt. Ziel dieser Dissertation ist es daher Breitbandnetze transparenter zu machen. Mit Hilfe neuartiger Messwerkzeuge konnte ich die erste groß angelegte Studie über die Besonderheiten von Breitbandnetzen durchführen. Dabei stellte sich heraus, dass Breitbandnetze und Forschungsnetze sehr unterschiedlich sind. Mit Glasnost habe ich ein System entwickelt, das mehr als 350.000 Nutzern weltweit ermöglichte ihren Internetanschluss auf den Einsatz von Verkehrsmanagement zu testen. Ich konnte dabei zeigen, dass ISPs zunehmend BitTorrent Verkehr drosseln oder gar blockieren. Meine Studien zeigten dar überhinaus, dass existierende Verfahren zum Testen von Internetsystemen nicht die typischen Eigenschaften von Breitbandnetzen berücksichtigen. Ich ging dieses Problem auf zwei Arten an: Zum einen entwickelte ich Monarch, ein Werkzeug mit dem das Verhalten von Transport-Protokollen über eine große Anzahl von Breitbandanschlüssen untersucht und verglichen werden kann. Zum anderen habe ich SatelliteLab entworfen, eine neuartige Testumgebung, die, anders als zuvor, beliebige Internetknoten, einschließlich Breitbandknoten und sogar Handys, in bestehende Testumgebungen wie PlanetLab einbinden kann.