Multipath TCP

Multipath TCP

Familie:	Internetprotokollfamilie
Einsatzgebiet:	Zuverlässiger bidirektionaler Datentransport
MPTCP im TCP/IP-Protokollstapel: Anwendung HTTP SMTP … Transport MPTCP Internet IP (IPv4, IPv6) Netzzugang Ethernet Token Bus Token Ring FDDI …
Standards:	RFC 6824 (2013)[1] RFC 6356 (2011)[2]

Multipath TCP (MPTCP) ist ein vorgeschlagener Standard der Internet Engineering Task Force. MPTCP soll es erlauben, mehrere Pfade für erhöhte Redundanz und Durchsatz zusammenzuschließen.[3]

Im Januar 2013 publizierte das IETF die Multipfad-Spezifikation als experimentelle Spezifikation im RFC 6824.[1] Im März 2020 wurde diese durch Veröffentlichung des vorgeschlagenen Standards RFC 8684[4] abgelöst.

Bündelung einer DSL- und LTE-Verbindung mit Multipath-TCP

Vorteile, Ziele, Einordnung

Durch das logische Zusammenschließen von mehreren TCP-Verbindungen bietet MPTCP erhöhte Redundanz und Durchsatz. Der Durchsatz ist gleich der Summe der zur Verfügung stehenden Bandbreite auf den jeweiligen Netzwerk-Schnittstellen. Multipfad-TCP ist rückwärtskompatibel mit regulärem TCP.

Neben MPTCP befinden sich mit Multipath QUIC und dem Multipath Datagram Congestion Control Protocol (MP-DCCP)[5] weitere Mehrwege-Daten-Transport-Protokolle in der IETF Standardisierung. Hinzu kommen Verfahren zur Aufteilung von Datenverkehr auf Leitungs- und Netz-Ebene, z. B. LACP und ECMP. Ziel dieser Multipath-Protokolle ist die Zusammenschaltung mehrerer Übertragungskanäle zu einem Hybrid Access, der die gesamte Übertragungskapazität über alle Wege in einem Internet-Anschluss bündelt und ausschöpft.

Mobiles Szenario

Besonders nützlich ist MPTCP in einer mobilen Umgebung, wo mehrere Netzwerk-Technologien gleichzeitig genutzt werden, wie Mobilfunknetze und Wi-Fi-Netze. Ein Mobiltelefon kann z. B. ein Online-Video auf dem Wi-Fi-Netz starten und beim Verlassen der Reichweite ununterbrochen auf dem Mobilfunknetz fortsetzen. Für den Anwender reduzieren sich die Kosten und er kann transparent von Netz zu Netz wechseln. Im Kernnetz von 5G als neuester Mobilfunktechnologie wird MPTCP für solch ein konvergentes (Fixed Mobile Convergence) Szenario als Standard auf Transportebene von 3GPP spezifiziert im Rahmen der ATSSS-Funktionalität zur Auswahl von und Umschaltung oder Aufspaltung von Verkehr auf unterschiedliche Zugangsnetz-Technologien (Access Traffic Steering, Switching and Splitting).

Server-Szenario

Durch das Bündeln von mehreren Pfaden können auch Server mit Multihoming profitieren. Sie können mehrere Pfade gleichzeitig ausnutzen und fällt ein Pfad aus, bleibt die TCP-Verbindung bestehen.

Applikations-Schnittstelle

Benötigt eine Applikation eine TCP-Verbindung, wird diese transparent mit MPTCP aufgebaut, ohne dass die Anwendung davon etwas merkt. So kann MPTCP auf einem System eingeführt werden, ohne Änderungen an den bestehenden Anwendungen vornehmen zu müssen.

Implementationen

Im Juli 2013 berichtete die MPTCP Working Group über 5 unabhängige Implementationen von MPTCP,[6] inklusive der Referenzimplementation im Linux-Kernel.

Die publizierten Implementationen sind:

• Linux (Kernel) (Referenzimplementation) von Université Catholique de Louvain.[7]
• FreeBSD (nur IPv4) von Swinburne University of Technology.[8]
• f5 Networks BIG-IP LTM.[9]
• Citrix Netscaler.[10]
• Apple iOS 7, publiziert am 18. September 2013 und ist die erste große Verbreitung von MPTCP.[11]

Paketaufbau

Der MPTCP-Paketaufbau ist detailliert beschrieben in RFC 6824.[1]

MPTCP erweitert ein TCP-Paket im TCP-Optionen-Feld um ID 30 (RFC 6824, Abschnitt 8[12]). Die TCP-Option 30 ist registriert bei der IANA.[13]

Zusätzlich besitzen MPTCP-Pakete einen 4-Bit-Subtyp, der auch bei der IANA registriert ist. Die Subtypen sind im Subregister „MPTCP Option Subtypes“ aufgeführt.[14] Diese Subtypen haben folgende Bedeutung:

Wert	Symbol	Name
0x0	MP_CAPABLE	Multipath Capable
0x1	MP_JOIN	Join Connection
0x2	DSS	Data Sequence Signal (Data ACK and data sequence mapping)
0x3	ADD_ADDR	Add Address
0x4	REMOVE_ADDR	Remove Address
0x5	MP_PRIO	Change Subflow Priority
0x6	MP_FAIL	Fallback
0x7	MP_FASTCLOSE	Fast Close
0x8	MP_TCPRST	Subflow Reset
0xf	MP_EXPERIMENTAL	Private Use within controlled testbeds

Die Werte von 0x9 bis 0xe sind noch nicht zugewiesen.

Weblinks

• The Linux Kernel MultiPath TCP project
• Cross-platform Proxy based solution to achieve Multipath TCP like functionality. megaleecher.net
• A clear article explaining the MPTCP implementation. lwn.net

RFC

• RFC: 6181 – Threat Analysis for TCP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses. (englisch).
• RFC: 6182 – Architectural Guidelines for Multipath TCP Development. (englisch).
• RFC: 6356 – Coupled Congestion Control for Multipath Transport Protocols. 2011 (englisch).
• RFC: 6824 – TCP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses Datum=2013. (aktualisiert durch RFC 8684, englisch).
• RFC: 6897 – Multipath TCP (MPTCP) Application Interface Considerations. (englisch).
• RFC: 8041 – Use Cases and Operational Experience with Multipath TCP. (englisch).

Einzelnachweise

1. RFC: 6824 – TCP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses. 2013 (aktualisiert durch RFC 8684, englisch).
2. RFC: 6356 – Coupled Congestion Control for Multipath Transport Protocols. 2011 (englisch).
3. Multipath TCP working group.
4. Mark Handley, Olivier Bonaventure, Costin Raiciu, Alan Ford, Christoph Paasch: RFC: 8684 – TCP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses. März 2020 (englisch).
5. DCCP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses. Abgerufen am 6. Mai 2021 (englisch). 
6. MultiPath TCP: From Theory to Practice
7. MPTCP – Linux Kernel implementation. multipath-tcp.org
8. Multipath TCP for FreeBSD v0.1. Abgerufen am 23. September 2013 (englisch). 
9. Release Note: BIG-IP LTM and TMOS 11.5.0. f5 Networks, 30. Mai 2014, abgerufen am 30. Mai 2014 (englisch). 
10. John Gudmundson: Maximize mobile user experience with NetScaler Multipath TCP. Citrix, 28. Mai 2013, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 21. September 2013; abgerufen am 20. September 2013 (englisch).  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/blogs.citrix.com 
11. Apple seems to also believe in Multipath TCP. Abgerufen am 20. September 2013 (englisch). 
12. RFC: 6824 – TCP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses Datum=2013. Abschnitt 8 (englisch).
13. TCP-Optionen. IANA.
14. TCP-Optionen, MPTCP Subtypen. IANA.