ISSN 1991-3087

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-24978 от 05.07.2006 г.

ISSN 1991-3087

Подписной индекс №42457

Периодичность - 1 раз в месяц.

Вид обложки

Адрес редакции: 305008, г.Курск, Бурцевский проезд, д.7.

Тел.: 8-910-740-44-28

E-mail: jurnal@jurnal.org

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

Исследование средств организации активных измерений в сетях передачи данных на базе протокола IPv4

 

Григорьев Александр Сергеевич,
аспирант Ульяновского государственного технического университета.

 

При проектировании и модернизации сетей передачи данных (СПД) с целью получения более точных проектных решений используется моделирование. При этом, по мнению автора, при моделировании самым сложным этапом является параметризация модели сети, особенно в случае модернизации существующей СПД [1, 2, 7, 8]. Уточнение эксплуатационных параметров элементов сети возможно с использованием имеющихся и широко доступных средств и технологий активных измерений. В рамках публикуемой работы проведено исследование ряда таких средств. Уточняются их возможности и области применимости. Перечень рассмотренных средств активных измерений приведен в Таблице 1.

 

Таблица 1.

Программные средства активных измерений в IP-сетях.

Наименование

Ссылка на приложение в сети Интернет

Bing

http://www.cnam.fr/reseau/bing.html

Bprobe

http://cs-people.bu.edu/carter/tools/Tools.html

Clink

http://rocky.wellesley.edu/downey/clink/

Cprobe

http://cs-people.bu.edu/carter/tools/Tools.html

Iperf

http://dast.nlanr.net/Projects/Iperf/

Netperf

http://www.netperf.org/

Nettimer

http://mosquitonet.stanford.edu/~laik/projects/nettimer/

Pathchar

http://www.caida.org/tools/utilities/others/pathchar/

Pathload

http://www.cc.gatech.edu/fac/Constantinos.Dovrolis/

Pathrate

http://www.cc.gatech.edu/fac/Constantinos.Dovrolis/

Pipechar

http://www-didc.lbl.gov/pipechar/

Pchar

http://www.employees.org/~bmah/Software/pchar/

Ping

в составе операционной системы

Sprobe

http://sprobe.cs.washington.edu/

 

С целью определения условий применимости рассматриваемых средств была изучена документация, доступная по ссылкам в таблице 1, другие публикации посвященные технологиями организации измерений в СПД и в частности исследуемым средствам [3, 4, 5, 6, 9, 10], а также проведен ряд экспериментов, результаты которых публикуются в настоящей работе.

В зависимости от измеряемых параметров и доступных для измерений протоколов сетевого и транспортного уровней была составлена матрица применимости рассматриваемых средств (Таблица 2). Которая позволяет определить подходящую методику измерений и, соответственно, конкретное приложение.

 

Таблица 2.

Матрица применимости средств активных измерений в IP сетях.

Инструментарий

Оцениваемые метрики

Методика измерений

Протокол

CBR* канала

Загруженность канала

CBR маршрута

Загруж. маршрута

TCP throughput**

Длины очередей

Латенсия

RTT***

Доля потерь

VPS

Packet Pairs

Packet Trains

SLoPS

TCP connection

Tailgatting

Односторонний

ICMP

TCP

UDP

Bing

 

 

+

 

 

 

+

+

+

+

 

 

 

 

 

+

+

 

 

Bprobe

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

+

 

 

Clink

+

 

 

 

 

 

+

 

 

+

 

 

 

 

 

+

 

 

+

Cprobe

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

+

 

 

Iperf

 

 

+

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

+

 

 

 

+

+

Netperf

 

 

 

 

+

 

+

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

+

+

Nettimer

 

 

+

 

 

 

 

 

 

+

+

 

 

 

+

 

 

+

 

Pathchar

+

 

 

 

 

+

+

 

+

+

 

 

 

 

 

+

+

 

+

Pathload

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

+

Pathrate

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

+

+

 

 

 

 

 

 

+

Pipechar

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

+

Pchar

+

 

 

 

 

+

+

 

+

+

 

 

 

 

 

+

+

 

+

Ping

 

 

 

 

 

 

 

+

+

 

 

 

 

 

 

+

+

 

 

Sprobe

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

+

 

* Capacity Bit Rate – пропускная способность по передаче данных.

** Пропускная способность на уровне TCP-протокола.

*** Round Trip Time – время прохождения пакета между двумя узлами «туда-обратно».

 

В зависимости от условий проведения измерений, а именно наличия или отсутствия возможности задействовать в процессе промежуточные узлы прохождения трафика (маршрутизаторы IP-сети) и конечные узлы, где трафик терминируется, возникают ограничения на использование измерительных методик. В связи с чем определена применимость рассматриваемых средств в зависимости от условий организации измерений (Таблица 3). Таким образом, в зависимости от измеряемой величины и условий проведения измерений, руководствуясь результатами в таблицах 2 и 3 можно выбрать наиболее адекватный инструмент для решения задачи измерения некоторого параметра в действующей СПД.

 

Таблица 3.

Условия проведения измерений в части интеграции с узлами сети.

Инструментарий

Использование промежуточных узлов

Использование конечных узлов

Нет

Стандартная

Специальная

Нет

Стандартная

Специальная

bing

+

 

 

 

+

 

bprobe

+

 

 

 

+

 

clink

 

+

 

 

+

 

cprobe

+

 

 

 

+

 

Iperf

+

 

 

 

 

+

Netperf

+

 

 

 

 

+

nettimer

 

+

 

 

+

 

pathchar

 

+

 

 

+

 

pathload

+

 

 

 

 

+

pathrate

+

 

 

 

 

+

pipechar

 

+

 

 

+

 

pchar

 

+

 

 

+

 

ping

+

 

 

 

+

 

Sprobe

+

 

 

 

+

 

 

Следующий шаг исследования рассматриваемых средств заключался в оценке точности измерений. Была проведена серия экспериментов, для которой использован участок реальной сети из 5-ти узлов с соединяющими их каналами связи с разной пропускной способностью и загруженностью. Схема измерительного стенда приведена на рисунке 1.

 

Рис. 1. Схема экспериментального участка сети.

 

Зафиксированные в ходе экспериментов результаты сведены в таблице 4. Незаполненные ячейки таблицы – измерение данного параметра не поддерживается использованным инструментом. Справочно, в таблице 5 приведены объемы трафика, сгенерированного в ходе измерений, и время выполнения измерений каждым приложением.

 

Таблица 4.

Результаты измерительных экспериментов.

Параметр

Теорет. значения

pathchar

clink

pchar

bprobe

pathrate

sprobe

cprobe

pathload

pathChirp

Iperf

Netperf

bing

Сервер 1  – Router  1, IP over FastEthernet, 100Mb/s

CBR, Mb/s

100

37,0

35,2

34,9

 

 

 

 

 

 

 

 

36,8

Router1 – Router2, IP over Ethernet, 10Mb/s

CBR, Mb/s

10

9,10

9,19

9,02

 

 

 

 

 

 

 

 

4,91

Router2  –Router3, IP over Frame Relay, 1984Kb/s

CBR, Mb/s

1,94

1,90

1,94

1,90

 

 

 

 

 

 

 

 

2,00

Router3  Сервер2, IP over Ethernet over xDSL bridge, 2Mb/s

CBR, Mb/s

2,0

1,30

1,28

1,28

 

 

 

 

 

 

 

 

1,41

В среднем для маршрута Сервер1-Сервер2

CBR, Mb/s

1,94

1,30

 

1,28

1,68

1,95

 

 

 

1,95

 

 

 

TCP throughput

1,89 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,61

1,65

 

ABR, Mb/s

1,69 

 

 

 

 

 

1,71

1,44

1,80

 

 

 

 

 

Таблица 5.

Объемы сгенерированного трафика.

 

Объем трафика вх., Kb

Объем трафика исх., Kb

Время выполнения, мин

pathchar

319,5

4349,3

11,5

clink

179,1

2221,1

5,3

Pchar

2319,3

5839,7

26,4

bprobe

127,1

125,9

0,0

pathrate

30149,1

76,5

6,0

sprobe

0,6

0,5

0,1

cprobe

32,0

32,0

0,0

pathload

3717,8

13,5

3,1

pathChirp

3616,1

2,3

10,1

Iperf

48,7

2073,6

0,2

Netperf

50,2

2120,7

0,2

bing

5602,2

5537,1

1,7

 

По результатам теоретического и практического исследований рассматриваемых в работе средств активных измерений в IP-сетях сделаны следующие выводы и рекомендации по их использованию:

1.                  Точность измерений при скоростях выше 10 Мбит/c резко снижается, что обуславливается недостаточной точностью измерения временных интервалов (ограниченная дискретность системных компьютерных часов). Таким образом, рассмотренные утилиты не рекомендуется использовать для измерения каналов с пропускной способностью выше 10 Мбит/с.

2.                  При оценке параметров участка, построенного на комбинации нескольких технологий, значительно увеличивается погрешность измерений. В рассмотренном эксперименте таким участком был канал между Router3 – Сервер2, который на физическом уровне организован путем включения через Ethernet-интерфейсы xDSL модемов. Пассивные измерения протоколом SNMP при искусственной загрузке данного канала показали эффективную пропускную способность 1,9 Мбит/c от 2 Мбит/c заявленных теоретически. Таким образом, рассмотренные утилиты в таких условиях дают высокую погрешность измерений, порядка 30%.

3.                  Для измерения пропускной способности отдельного участка сети между двумя удаленными узлами, с учетом ограничений озвученных в пунктах 1 и 2, наиболее точными инструментами являются: pathchar, clink.

4.                  Для измерения пропускной способности маршрута наиболее адекватными средствами являются pathrate и pathChirp.

5.                  Наиболее точную оценку свободной полосы маршрута (величина обратная загруженности канала) дало приложение pathload.

6.                  Наиболее экономичными с точки зрения суммарной инъекции трафика в сеть были приложения: clink, pathChirp, pathload. Наименьшую интенсивность инъекции трафика в сеть имели утилиты: pchar и pathChirp. Их следует рассматривать как приоритетные в целях минимизации вмешательства в сеть.

7.                  Ни одним из рассматриваемых приложений не удалось оценить загруженность удаленных каналов передачи данных (каналов соединяющих два удаленных узла, к которым нет непосредственного доступа).

 

Литература

 

1.                  Григорьев А.С. Моделирование сетевых приложений. Сборник трудов VI всероссийского совещания-семинара «Информационные технологии в учебном процессе кафедр физики и математики (ИТФМ-2002)», Ульяновск, 2002.

2.                  Григорьев А.С. Планирование измерительных экспериментов в сети УлГТУ. Сборник докладов XXXV научно-технической конференции ППС УлГТУ «Вузовская наука в современных условиях», Ульяновск, 2001.

3.                  Bandwidth estimation: metrics, measurement techniques, and tools [электронный ресурс]. IEEE Network, 2003. http://www.caida.org/outreach/papers/2003/bwestmetrics/.

4.                  Claffy, K. Internet measurement and data analysis: passive and active measurement  / K.Claffy, S. McCreary. 1999. http://www.caida.org/outreach/papers/1999/Nae4hansen/Nae4hansen.html.

5.                  Curtis, J. Review of bandwidth estimation techniques [электронный ресурс]. 2001. http://citeseer.ist.psu.edu/curtis01review.html

6.                  Downey, A. B. Using pathchar to estimate internet link characteristics // Measurement and Modeling of Computer Systems. 1999. Pp. 222–223. http://citeseer.ist.psu.edu/downey99using.html.

7.                  Grigoriev A.S.  The approach to simulation of network services in large computer networks. Interactive Systems: The Problems of Human-Computer Interaction. – Proceedings of the 5-Th International Conference. – Ulyanovsk: UlSTU, 2003, p. 102.

8.                  Grigoriev A.S. About integration of the measurement and simulation at designing computer networks. Problems of the measuring experiments. Interactive Systems: The Problems of Human-Computer Interaction. – Proceedings of the 4-Th International Conference. – Ulyanovsk: UlSTU, 2001, p. 102.

9.                  Jain, M. End-to-end available bandwidth: Measurement methodology, dynamics, and relation with tcp throughput // Proceedings of SIGCOMM. Pittsburgh, PA: 2002. August. http://citeseer.ist.psu.edu/jain02endtoend.html.

10.              Postel, J. RFC 792: INTERNET CONTROL MESSAGE PROTOCOL / J. Postel. RFC Editor, 1981. ftp://ftp.rfc-editor.org/in-notes/rfc792.txt.

 

Поступила в редакцию 16.12.2008 г.

2006-2018 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.