Kezdetben az irodai, a vállalati hálózatok és nem utolsó sorban, maga az Internet is csupán adatátvitelre (pl. FTP, e-mail) voltak tervezve, ahol az IP csomagkésleltetés lényegtelennek minősült. Legtöbb esetben a „legjobb szándékú” (Best-effort) kézbesítési szolgáltatás kielégítőnek bizonyult, adatvesztés esetében a TCP protokoll gondoskodott az ismételt adatátvitelről. Később, a multimédiás alkalmazások elterjedése következtében (hangátvitel, videokonferencia) ezek számára külön telefonhálózatokat, illetve videó kommunikációs hálózatokat hoztak létre. Napjainkban az irodai és a vállalati hálózatok átalakulóban vannak konvergált infokommunikációs hálózatokká, melyek egyetlen fizikai topológián keresztül biztosítják ugyanazon szolgáltatásokat. A konvergált infokommunikációs hálózatok számos előnye mellet megjelenik egy óriási hátrány, mégpedig a közös hálózati erőforrásokért (pl. forgalomirányítók puffereiért) való versengés, ami előbb vagy utóbb torlódáshoz (congestion) vezet. A torlódás az az állapot, amikor túl sok csomag van jelen a hálózatban (vagy annak egy részében), ami miatt a teljesítőképesség visszaesik, a csomagküldés pedig késleltetést szenved. A torlódás következményei a csomagkésleltetés, a késleltetés ingadozás (dzsitter) és ami a legsúlyosabb, a csomageldobás. Nem minden alkalmazás érzékeny e problémákra. Például az FTP teljesen immunis a csomagkésleltetésre vagy a dzsitterre, míg a multimédiás alkalmazások (videó átvitel, hangátvitel) nagyon is érzékenyek. Ennélfogva a torlódáskezelési algoritmusok vizsgálata és elemzése nagyon kurrens tudományterület. Az utóbbi években számos dolgozat jelent meg, melyekben a torlódáskezelési algoritmusok hatékonyságvizsgálatával foglalkoztak, s matematikai modelleken alapuló szimulációs szoftver segítségével (OPNET) határozták meg a legfontosabb paramétereket. Minden esetben arra a végkövetkeztetésre jutottak, mely szerint a WFQ algoritmus a leghatékonyabb sorkezelési mechanizmus a multimédiás alkalmazások, kiváltképpen a hangátvitel számára. Célom volt a korábbi tudományos munkákban vizsgált torlódáskezelési algoritmusok mellett (FIFO, PQ, WFQ) további algoritmusok tanulmányozása (CQ, CBWFQ és LLQ ) és hatékonyságelemzése az OPNET IT Guru Academic Edition szimulációs szoftver segítségével, valamint valós mérési laborkörnyezet kialakításával. Továbbá meg szerettem volna vizsgálni, hogy létezik-e az interaktív hangátvitel számára a WFQ-nál hatékonyabb torlódáskezelési algoritmus. Disszertációm második felében az MPT több utas átvitelt biztosító szoftver hatékonyságelemzésével foglalkoztam, melynek fejlesztéséhez az alábbi tények járultak hozzá. Napjainkban az Internet kommunikációs környezete csupán egyetlen adat utat tesz lehetővé az adat továbbítás számára egy adott kommunikációs viszonyon belül. Az egyetlen adatútvonal-megközelítés még elfogadható azon rendszerek esetében, melyek csupán egyetlen hálózati interfésszel rendelkeznek vagy egyetlen „kimeneti ponttal” kapcsolódnak az Internetre. Másfelől, a legtöbb napjainkban használt eszköz rendelkezik több gyárilag beépített hálózati interfésszel, mint például RJ-45-ös csatlakozóval a vezetékes hálózat számára, rádiófrekvenciás interfésszel, amely a vezeték nélküli Wi-Fi hálózati csatlakozást teszi lehetővé, valamint mobil telefon adatátvitel csatlakozó interfésszel (pl. 3G, HSDPA vagy LTE). Az egyetlen útvonalon alapuló kommunikációs technológia nem képes kihasználni az eszközök többinterfészes előnyeit. A kommunikációs teljesítmény (pl. adatátviteli teljesítmény) jelentősen növelhető lenne, ha a hálózati környezet egy adott kommunikációs viszonyon belül támogatná a több adatútvonal használatát. Az IETF RFC 6824 „TCP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses” dokumentum (MPTCP, melyet 2013 januárjában publikáltak), napjainkban egy nagyon felkapott kutatási terület, amely a jelenlegi TCP implementációk kiterjesztésével foglalkozik a több utas kommunikáció támogatása céljából. Az MPTCP számos előnye mellett rendelkezik egy néhány hátránnyal is:

• Hatékony működés eléréséhez az Alkalmazási réteg vagy az operációs rendszer különböző hangolására lehet szükség.

• A Szállítási rétegben működik.

• Csak a TCP szállítási protokollt támogatja, ami például a multimédiás alkalmazások használatakor jelenthet gondot.

Disszertációmban egy új architektúrát vezettem be, amely egy nagyon könnyen használható kiterjesztést nyújt a jelenlegi TCP/IP protokollverem számára, lehetővé téve a kommunikációs végpontok közötti többes útvonalak használatát. Az új több utas környezetet egy MPT nevű szoftverkönyvtárban (és szoftver eszközben) implementáltuk a Debreceni Egyetem Informatikai Karán. Az MPT modellezési háttere és architektúrája teljes mértékben különbözik az MPTCP-től, ugyanis az MPT támogatást nyújt az alkalmazások számára úgy a TCP, mint az UDP szállítási protokollok felett, valamint a harmadik rétegben (Hálózati réteg) működik, míg az MPTCP a negyedik rétegben (Szállítási réteg).

At the beginning computer networks and the Internet were designed mainly for data transfer such as FTP and email, where delay was considered to be unimportant. In most cases the delivery service was effective, and the TCP protocol dealt with data losses. As the multimedia applications became popular (voice transfer, video conferences), separate telephone and video communication networks were set up. Nowadays, office and company networks are transformed into one converged network, in which the same network infrastructure is used to ensure all the requested services. Although converged networks have many advantages, there are some disadvantages too, namely the competition for network resources (buffers of routers), which leads to congestion. Congestion is a state, when in (a part of) the network are too many packets which causes packet delay and loss that degrades performance. Delay in delivering the packets, jitter, loss of packets are consequences of congestion. Different applications show different sensitivity to these issues. For example, FTP is not impacted by delay and jitter, whereas the multimedia applications (video, voice) are very sensitive to them and the loss of packets too. Therefore, the analysis of the algorithms for congestion management is a hot research area. In recent years there have appeared numerous articles that have dealt with the performance evaluation of the congestion management algorithms, using the OPNET simulation tool. In all cases it was concluded that the WFQ algorithm is the most efficient queuing algorithm for multimedia applications, especially for voice transfer. My goal was to expand the study of congestion management algorithms with other queuing algorithms (CQ, CBWFQ and LLQ ), using the OPNET IT Guru Academic Edition simulation software and a laboratory measurement environment. I also investigated if is there a more efficient congestion management algorithm than WFQ for interactive voice transfer. In the second part of my thesis I dealt with the throughput performance analysis of the Multipath Communication Library MPT, which contributed to the development of the following facts. The current Internet communication environment allows only a single path for data transmission in a communication session. The single path assumption is quite acceptable for systems, which use a single connection interface, or a “single exit point” to the Internet. On the other hand, a lot of currently used devices have got factory built-in multiple network interfaces: RJ-45 for the wired network, RF interface for the Wi-Fi wireless network connection, and mobile phone data transfer connection interface (e.g. 3G, HSDPA or LTE). The single path communication technology is not able to use the advantages of the multiple interfaces. The communication performance (e.g. throughput) could be highly improved if the networking environment would be able to support the usage of multiple paths for a communication session.

The IETF RFC 6824 “TCP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses” (MPTCP, published in January of 2013, is a hot research topic today to extend the current TCP implementations for supporting multiple paths. The MPTCP besides its advantages has some drawbacks too:

• For the optimal operation application support may be necessary, i.e. the rewriting request of the applications or special operating system’s tuning request may appear.

• Works in Transport layer.

• It is restricted to TCP protocol, which may represent problems in case of multimedia applications.

In my thesis I introduced a new architecture which gives a simple and easy-to-use extension for the current TCP/IP protocol stack to support multiple paths between the communication endpoints. The new multipath environment was implemented in a software library (and software tool) named MPT, and was developed at the Faculty of Informatics, University of Debrecen in Hungary. The modeling background and architecture of MPT is totally different from the MPTCP solution. MPT is able to support applications based not only on the TCP protocol, but also UDP can be used by the applications.