On the Use of Passive Network Measurements for Modeling the Internet

Klaus Mochalski, Klaus Irmscher

KiVS 2003

Leipzig, 25.-28. Februar 2003

Gliederung

•Motivation

•Aktive vs. Passive Messungen

•Methodologie passiver Messungen

•Internet Packet Traces (Leipzig und Auckland )

•Analyse passiver Messungen

•Ausblick

Motivation

•Verstehen durch Beobachten

•Internet-Traces sind Abbild des realen Verkehrs

Hochqualitative Ausgangsdaten für Analysen

Wie funktioniert das Internet?

Aktive vs. Passive Messungen (1)

Aktiv: Einfügen und Beobachten spezieller Messpakete

Vorteile: - gute Skalierbarkeit- keine Sicherheitsbedenken

Nachteile: - keine Beobachtung „echter“ Daten- Beeinflussung des Systemverhaltens

Aktive vs. Passive Messungen (2)

Passiv: Beobachtung des normalen Datenverkehrs

Vorteile: - Beobachtung „echter“ Daten- keine Beeinflussung des

Systemverhaltens

Nachteile: - schlechte Skalierbarkeit- Sicherheitsbedenken

Passive Messungen liefern ideale Datengrundlage zum Verständnis komplexer Vorgänge im Internet

Methodologie passiver Netzwerkmessungen

1. Passiver Eingriff in die Netzwerk-Verbindung(optische Splitter, Spiegelports, Hubs)

2. Verlustfreies Aufzeichnen von Datenpaketen

3. Vergabe eines hochpräzisen Zeitstempels für jedes aufgezeichnete Datenpaket

Zeitstempel für Netzwerkpakete

1. Relative Präzision

Hardwarelösung erforderlich:

Endace Measurement Systems „Dag“

Paket-größe (Bytes)

Netzwerk-technologie

Serialisierungs-zeit (ns)

64 100BaseTX 5200

64 1000BaseTX

520

53 OC48c 168

2. Absolute Präzision(Synchronisation)

NTP: Genauigkeit imBereich von einigen ms

Dag-Paket-Header-Traces

Dags: - Ethernet (10/100/1000MB/s)

- SONET OC3c, OC12c, OC48c, OC192c (ATM, PoS)

- Uhrenkorrektur und -synchronisation mittels GPS

- Zeitstempels für jedes Datenpaket mit Genauigkeit im Bereich von 100nsTraces: - 64-Byte-Records/ Records mit variabler Länge (neu)

- 64-bit Zeitstempel

Einpunkt- und Mehrpunkt-Messungen

Einpunkt- und Mehrpunkt-MetrikenEinpunkt: - leichter zu

Implementieren

- Bandbreite, Paketzahl, Paketabstände

- ProtokollanalysenMehrpunkt: - höherer

Informationsgehalt

- Paketverzögerung und -verluste

- Veränderung der Paketabstände

- Einfluss durch Netzwerkgeräte (Router, Firewall)

Messstationen in Leipzig und Auckland

Access-RouterInternetInternetCampus-Netzwerk

Campus-Netzwerk

Mess-syste

m

GPS

L: 155Mb/sA: 4Mb/s

L: 1000Mb/sA: 100Mb/s

Auckland-IV: -Einpunkt, 3200 Mio. Paket-Header- 45 Tage, 188GB

Auckland-VI: -Dreipunkt, 312 Mio. Paket-Header- 4 ½ Tage, 50GB

Leipzig-I: - Einpunkt, 3800 Mio. Paket-Header- 5½ Tage, 226GB

Leipzig-II: - Zweipunkt, 2000 Mio. Paket-Header- 1 Tag, 100GB

Auckland- und Leipzig-Traces

Einpunkt-Metriken

Analysen

Applikationsmix – Leipzig-I

Applikationsmix – Zoom In

Applikationsmix – Zoom In

Applikationsmix – Zoom In

Zweipunkt-Metriken

Analysen

Delays – Auckland-VI

Delays – Auckland-VI

Delays – Leipzig-II – Out

Delays – Leipzig-II – In

Delays vs. Paketgröße

Delays vs. Paketgröße

• Bandbreiten-Disparität + hohe Auslastung= extrem hohe Delay-Werte

Delay in einem Access-Router – Fazit

These: Sorgfältige Planung der bereitgestellten Bandbreite kann zu Performance-Gewinnen führen

Ausblick

• Mehrpunktmessung in Leipzig vor und nach Upgrade von OC3 auf OC12

Test der These über Bandbreiten-Parität

• Echtzeitanalysen passiver Messungen

Entwicklung einer Metrik, die das Lastverhalten einer Netzwerkverbindung möglichst präzise beschreibt

Anwendung im Netzmanagement, insbesondere der Kapazitätsplanung

Vielen Dank!

Delays – Auckland-VI – Zoom

Auckland-VI-Applikationsmix – Zoom

Messstation in Leipzig

Messstation in Auckland