Published January 1, 2020 | Version v1
Publication Metadata-only

Solving MTU Mismatch and Broadcast Overhead of NDN over Link-layer Networks

Creators

  • 1. Mahasarakham University
  • 2. University of Leeds

Description

Named Data Networking (NDN) [1,2] is one of the future internet architectures using the data centric network model.It is a proposal of the Information Centric Network (ICN) architecture, defined by the Internet Research Task Force (IRTF) [3].NDN is expected to be more efficient for data distribution.For NDN deployment, it can be implemented on top of the current Transmission Control Protocol/ Internet Protocol (TCP/IP) stack, or deployed directly over a linklayer network without the TCP/IP protocol stack.NDN over the TCP/ IP stack would make NDN possible while the old internet is still running.However, NDN over the link-layer will cut off TCP/IP overhead.Several protocols for NDN or ICN over the link-layer have been proposed, such as Link-layer Protocol for NDN (NDNLP) [4], Fragmentation with Integrity Guarantees and Optional Authentication (FIGOA) [5], ICN "Begin-End" Hop-by-Hop Fragmentation (BEF) [6], and On-broadcast Self-learning (OBSL) [7].However, they still face two major challenges, namely broadcast overhead and Maximum Transmission Unit (MTU) mismatch.First, the previously proposed NDNLPs have mainly relied on a broadcast scheme that could drastically increase network overhead.Although a mechanism to create unicast faces over an NDN link layer has been recently proposed [7], it still needs a manual configuration.There has been so far no proper mechanism to manage unicast faces.Second, NDN over link-layer networks should also support a heterogeneous network environment.In such an environment, MTU mismatch is a serious problem, causing transmission failure.In this paper, a Neighborhood Discovery Protocol for NDN, named NDN-NDP, has been proposed to solve the previously described problems.The NDN-NDP focuses on creating and managing unicast link-layer faces to reduce the number of broadcast packets.In addition, an Adaptive MTU (aMTU) has also been designed into NDN-NDP to solve the MTU mismatch problem.Our NDN-NDP has been implemented by extending Named Forwarding Daemon (NFD) modules [8].Performance evaluation has been done using a Common Open Research Emulator (CORE) [9] and a test-bed.Experimental results have demonstrated that NDN-NDP can solve the MTU mismatch issue.It also reduces delay and the number of unsatisfied interest packets.Furthermore, NDN-NDP can increase network throughput.So, NDN-NDP effectively enhances the NDN over link-layer networks.The rest of this paper is structured as follows.Section 2 summarizes NDN concepts and mechanisms.Problems and motivations are discussed in Section 3. Section 4 explains the design and implementation of our NDN-NDP.In Section 5, the experiments on MTU mismatch problems are presented.The experiments on broadcast overhead problem are discussed in Section 6.In Section 7, we discuss and compare our NDN-NDP with related work.In the last section, the conclusions of this work are given. NDN CONCEPTS AND MECHANISMSIn this section, we briefly introduce an overview of NDN architecture [1,2], including NDN model, NFD, face system, and NDN over link-layer networks.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

شبكة البيانات المسماة (NDN) [1،2] هي واحدة من بنى الإنترنت المستقبلية التي تستخدم نموذج الشبكة المركزية للبيانات. إنه اقتراح لبنية شبكة المعلومات المركزية (ICN)، التي حددتها فرقة عمل أبحاث الإنترنت (IRTF) [3]. من المتوقع أن تكون NDN أكثر كفاءة لتوزيع البيانات. بالنسبة لنشر NDN، يمكن تنفيذها فوق مكدس بروتوكول التحكم في الإرسال/بروتوكول الإنترنت (TCP/IP) الحالي، أو نشرها مباشرة عبر شبكة طبقة الوصلات بدون مكدس بروتوكول TCP/ IP. NDN ممكن في حين أن الإنترنت القديم لا يزال يعمل. ومع ذلك، فإن NDN عبر طبقة الارتباط ستقطع النفقات العامة لـ TCP/IP. تم اقتراح بروتوكولات متعددة لـ NDN أو ICN عبر طبقة الارتباط، مثل بروتوكول طبقة الارتباط لـ NDN (NDNLP) [4]، والتجزئة مع ضمانات النزاهة والمصادقة الاختيارية (FIGOA) [5]، و ICN "البداية والنهاية" تجزئة القفزة تلو القفزة (BEF) [6]، والتعلم الذاتي عبر البث (OBSL) [7]. ومع ذلك، فإنها لا تزال تواجه تحديين رئيسيين، وهما عدم تطابق البث العام ووحدة الإرسال القصوى (MTU). أولاً، اعتمدت NDNLPs المقترحة سابقًا بشكل أساسي على مخطط البث التي يمكن أن تزيد بشكل كبير من النفقات العامة للشبكة. على الرغم من اقتراح آلية لإنشاء وجوه أحادية البث عبر طبقة ارتباط NDN مؤخرًا [7]، إلا أنها لا تزال بحاجة إلى تكوين يدوي. لم يكن هناك حتى الآن آلية مناسبة لإدارة وجوه أحادية البث. ثانيًا، يجب أن تدعم شبكات NDN عبر طبقة الارتباط أيضًا بيئة شبكة غير متجانسة. في مثل هذه البيئة، يمثل عدم تطابق وحدة الإرسال الكبرى مشكلة خطيرة، مما يتسبب في فشل الإرسال. في هذه الورقة، تم اقتراح بروتوكول اكتشاف الحي لـ NDN، المسمى NDN - NDP، لحل المشاكل الموصوفة سابقًا. يركز NDN - NDP على إنشاء وإدارة وجوه طبقة الارتباط أحادية الإرسال لتقليل عدد حزم البث. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم وحدة MTU التكيفية (aMTU) أيضًا في NDN - NDP لحل مشكلة عدم تطابق MTU. تم تنفيذ NDN - NDP من خلال توسيع وحدات إعادة التوجيه المسماة (NFD) [8]. تم إجراء تقييم الأداء باستخدام محاكي بحث مفتوح مشترك (CORE) [9] وسرير اختبار. أظهرت النتائج التجريبية أن NDN - NDP يمكن أن تحل مشكلة عدم تطابق MTU. كما أنه يقلل من التأخير وعدد حزم الفائدة غير الراضية. علاوة على ذلك، يمكن لـ NDN - NDP زيادة إنتاجية الشبكة. لذا، فإن NDN - NDP يعزز بشكل فعال NDN عبر شبكات طبقة الارتباط. يتم تنظيم بقية هذه الورقة على النحو التالي. يلخص القسم 2 مفاهيم وآليات NDN. تتم مناقشة المشاكل والدوافع في القسم 3. يشرح القسم 4 تصميم وتنفيذ NDN - NDP الخاص بنا. في القسم 5، يتم عرض التجارب على مشاكل عدم تطابق MTU. تتم مناقشة التجارب على مشكلة البث العام في القسم 6. في القسم 7، نناقش ونقارن NDN - NDP الخاص بنا مع العمل ذي الصلة. في القسم الأخير، يتم تقديم استنتاجات هذا العمل. مفاهيم NDN و MECHANISMS في هذا القسم، نقدم بإيجاز نظرة عامة على بنية NDN [1،2]، بما في ذلك نموذج NDN و NFD ونظام FACE و NDN عبر شبكات طبقة الارتباط.

Translated Description (French)

Le Named Data Networking (NDN) [1,2] est l'une des futures architectures Internet utilisant le modèle de réseau centré sur les données. Il s'agit d'une proposition de l'architecture Information Centric Network (ICN), définie par l'Internet Research Task Force (IRTF) [3]. Le NDN devrait être plus efficace pour la distribution des données. Pour le déploiement du NDN, il peut être mis en œuvre au-dessus de la pile actuelle du protocole de contrôle de transmission/protocole Internet (TCP/IP), ou déployé directement sur un réseau de couche de liaison sans la pile du protocole TCP/IP. Le NDN sur la pile TCP/ IP rendrait Plusieurs protocoles pour NDN ou ICN sur la couche liaison ont été proposés, tels que Link-layer Protocol for NDN (NDNLP) [4], Fragmentation with Integrity Guarantees and Optional Authentication (FIGOA) [5], ICN "Begin-End" Hop-by-Hop Fragmentation (BEF) [6] et On-broadcast Self-learning (OBSL) [7]. Cependant, ils sont toujours confrontés à deux défis majeurs, à savoir la surcharge de diffusion et l'inadéquation de l'unité de transmission maximale (MTU). Premièrement, les NDNLP proposés précédemment se sont principalement appuyés sur un schéma de diffusion qui pourrait augmenter considérablement les frais généraux du réseau.Bien qu'un mécanisme pour créer des faces de diffusion individuelle sur une couche de liaison NDN ait été récemment proposé [7], il a encore besoin d'une configuration manuelle.Il n'y a eu jusqu'à présent aucun mécanisme approprié pour gérer les faces de diffusion individuelle.Deuxièmement, NDN sur les réseaux de couche de liaison devrait également prendre en charge un environnement réseau hétérogène.Dans un tel environnement, le décalage MTU est un problème grave, causant des échecs de transmission.Dans ce document, un protocole de découverte de voisinage pour NDN, nommé NDN-NDP, a été proposé pour résoudre les problèmes décrits précédemment.Le NDN-NDP se concentre sur la création et la gestion de faces de couche de liaison monodiffusion pour réduire le nombre de paquets de diffusion.En outre, une MTU adaptative (aMTU) a également été conçue dans NDN-NDP pour résoudre le problème de mésappariement de MTU.Notre NDN-NDP a été mis en œuvre en étendant les modules Named Forwarding Daemon (NFD) [8] .L' évaluation des performances a été effectuée à l'aide d'un émulateur de recherche ouvert commun (CORE) [9] et d'un banc d'essai.Les résultats expérimentaux ont démontré que NDN-NDP peut résoudre le problème de mésappariement de MTU.Il réduit également le retard et le nombre de paquets d'intérêt insatisfaits.En outre, NDN-NDP peut augmenter le débit du réseau.Par conséquent, NDN-NDP améliore efficacement le NDN sur les réseaux de couche de liaison. Le reste de cet article est structuré comme suit. La section 2 résume les concepts et les mécanismes du NDN. Les problèmes et les motivations sont discutés dans la section 3. La section 4 explique la conception et la mise en œuvre de notre NDN-NDP. Dans la section 5, les expériences sur les problèmes de non-concordance MTU sont présentées. Les expériences sur le problème des frais généraux de diffusion sont discutées dans la section 6. Dans la section 7, nous discutons et comparons notre NDN-NDP avec les travaux connexes. Dans la dernière section, les conclusions de ce travail sont données. CONCEPTS NDN ET MECHANISMESDANS cette section, nous présentons brièvement un aperçu de l'architecture NDN [1,2], y compris le modèle NDN, la NFD, le système de visage et le NDN sur les réseaux de couche de liaison.

Translated Description (Spanish)

Named Data Networking (NDN) [1,2] es una de las futuras arquitecturas de Internet que utiliza el modelo de red centrada en datos. Es una propuesta de la arquitectura Information Centric Network (ICN), definida por Internet Research Task Force (IRTF) [3]. Se espera que la NDN sea más eficiente para la distribución de datos. Para la implementación de NDN, se puede implementar sobre la pila actual de Protocolo de control de transmisión/Protocolo de Internet (TCP/IP), o desplegarse directamente sobre una red de capa de enlace sin la pila de protocolo TCP/IP. La NDN sobre la pila TCP/ IP haría NDN posible mientras la antigua Internet aún se está ejecutando. Sin embargo, la NDN a través de la capa de enlace cortará la sobrecarga de TCP/IP. Se han propuesto varios protocolos para NDN o ICN a través de la capa de enlace, como el Protocolo de capa de enlace para NDN (NDNLP) [4], la Fragmentación con Garantías de Integridad y Autenticación Opcional (FIGOA) [5], la Fragmentación Salto por Salto (BEF) [6] y el Autoaprendizaje en Difusión (OBSL) [7] de ICN. Sin embargo, todavía enfrentan dos desafíos principales, a saber, la sobrecarga de transmisión y el desajuste de la Unidad de Transmisión Máxima (MTU). En primer lugar, las NDNLP propuestas anteriormente se han basado principalmente en un esquema de transmisión que podría aumentar drásticamente la sobrecarga de la red. Aunque recientemente se ha propuesto un mecanismo para crear caras de unidifusión sobre una capa de enlace NDN [7], todavía necesita una configuración manual. Hasta ahora no ha habido un mecanismo adecuado para administrar caras de unidifusión. En segundo lugar, las redes de capa de enlace NDN también deberían admitir un entorno de red heterogéneo. En tal entorno, el desajuste de MTU es un problema grave que causa fallas de transmisión. En este documento, se ha propuesto un Protocolo de descubrimiento de vecindario para NDN, llamado NDN-NDP, para resolver los problemas descritos anteriormente. El NDN-NDP se centra en crear y administrar caras de capa de enlace de unidifusión para reducir el número de paquetes de difusión. Además, también se ha diseñado una MTU adaptativa (aMTU) en NDN-NDP para resolver el problema de desajuste de MTU. Nuestro NDN-NDP se ha implementado ampliando los módulos de demonio de reenvío con nombre (NFD) [8]. La evaluación del rendimiento se ha realizado utilizando un emulador de investigación abierto común (CORE) [9] y un banco de pruebas. Los resultados experimentales han demostrado que NDN-NDP puede resolver el problema de desajuste de MTU. También reduce el retraso y el número de paquetes de interés insatisfechos. Además, NDN-NDP puede aumentar el rendimiento de la red. Por lo tanto, NDN-NDP mejora de manera efectiva la NDN a través de redes de capa de enlace. El resto de este documento está estructurado de la siguiente manera. La Sección 2 resume los conceptos y mecanismos de la NDN. Los problemas y motivaciones se discuten en la Sección 3. La Sección 4 explica el diseño y la implementación de nuestro NDN-NDP. En la Sección 5, se presentan los experimentos sobre los problemas de desajuste de MTU. Los experimentos sobre el problema de sobrecarga de transmisión se discuten en la Sección 6. En la Sección 7, discutimos y comparamos nuestro NDN-NDP con el trabajo relacionado. En la última sección, se dan las conclusiones de este trabajo. CONCEPTOS DE NDN Y MECHANISMSEn esta sección, presentamos brevemente una descripción general de la arquitectura de NDN [1,2], incluido el modelo de NDN, NFD, el sistema Face y NDN a través de redes de capa de enlace.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
حل عدم تطابق MTU وبث النفقات العامة لـ NDN عبر شبكات طبقة الارتباط
Translated title (French)
Résolution de la discordance MTU et des frais généraux de diffusion du NDN sur les réseaux de couche liaison
Translated title (Spanish)
Resolver el desajuste de MTU y la sobrecarga de transmisión de NDN a través de redes de capa de enlace

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3011927069
DOI
10.2991/ijndc.k.200213.001

Is supplement to
https://openalex.org/W4285325335 (Other)
https://openalex.org/W4249987491 (Other)
https://openalex.org/W41342988 (Other)
https://openalex.org/W2547969910 (Other)
https://openalex.org/W2406352538 (Other)
https://openalex.org/W2374193949 (Other)
https://openalex.org/W2372799376 (Other)
https://openalex.org/W2294481557 (Other)
https://openalex.org/W2199447435 (Other)
https://openalex.org/W2176489598 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1554812912
  • https://openalex.org/W1873905283
  • https://openalex.org/W1966455382
  • https://openalex.org/W1972079310
  • https://openalex.org/W1979908518
  • https://openalex.org/W2014952121
  • https://openalex.org/W2023366662
  • https://openalex.org/W2119811250
  • https://openalex.org/W2138999131
  • https://openalex.org/W2155903900
  • https://openalex.org/W2170780561
  • https://openalex.org/W2398317697
  • https://openalex.org/W2511442295
  • https://openalex.org/W2606654806
  • https://openalex.org/W2754127851
  • https://openalex.org/W2783634327
  • https://openalex.org/W4240755715
  • https://openalex.org/W4299687996