WPerformance 04 - Salvador, BA - Brasil. Proposta de uma técnica de seleção dos pares de pacotes para estimar a capacidade de contenção

Transcrição

1 WPerformance 04 - Salvador, BA - Brasil Proposta de uma técnica de seleção dos pares de pacotes para estimar a capacidade de contenção Antonio A. de A. Rocha Rosa M. Meri Leão Edmundo de Souza e Silva Universidade Federal do Rio de Janeiro COPPE/Prog. de Engenharia de Sistemas e Computação e Depto de Ciência da Computação do IM LAND - Laboratory for modeling, analysis and development of networks and computer systems Antonio Rocha, WPerf

2 Sumário Introdução; Objetivo; Método de pares de pacotes; Problema com pares de pacotes; Proposta da nova técnica; Aplicação da nova técnica; Resultados de simulações e experimentos; Conclusão e contribuição; Trabalhos Futuros; Antonio Rocha, WPerf

3 Introdução Capacidade de contenção representa a menor capacidade de transmissão dentre todos os enlaces ao longo de um caminho de rede; Capacidade de contenção = capacidade de transmissão (ou largura de banda) no gargalo; Utilizada para auxiliar na implementação de alguns serviços de rede; Aplicação multimídia com requisitos mínimos de capacidade; Mecanismos de controle de congestionamento; Parâmetro para outras métricas: tamanho do buffer e taxa de descarte no enlace de contenção; Antonio Rocha, WPerf

4 Introdução (Cont.) Outros métodos usados para estimar medidas de desempenho relacionadas a capacidade de tx.; Alguns métodos: Packet-pair, packet-train, packet-tailgating, one-packet e mult-packet; Algumas medidas de desempenho estudadas: Capacidade de contenção, capacidade de transmissão dos enlaces de um caminho, utilização, vazão e capacidade (ou largura de banda) disponível; Avaliações feitas dos métodos demonstram que a precisão da estimativa depende do estado da rede; O estudo desenvolvido neste trabalho considerou apenas o método de pares de pacotes. Antonio Rocha, WPerf

5 Objetivo Avaliar a influência do tráfego concorrente sobre as estimativas da capacidade de contenção com pares de pacotes simples; Propor uma nova técnica para seleção dos pares; Comparar os resultados obtidos com as duas técnicas através de simulações e experimentos; Antonio Rocha, WPerf

6 Método de pares de pacotes O método consiste na emissão de dois pacotes de mesmo tamanho e de uma mesma origem, separados por um intervalo de tempo bem próximo de zero Os pacotes atravessam a rede até chegarem ao destino, onde são coletados; A dispersão entre os pacotes do par é causada pela menor capacidade de transmissão; Antonio Rocha, WPerf

7 Método de pares de pacotes (Cont.) Direção do Fluxo Emissor Receptor Espaçamento gerado no enlace de contenção Espaçamento inicial próximo de zero Espaçamento gerado no enlace de contenção e mantido até o destino A capacidade de contenção, representada em bits por segundo, pode ser obtida a partir de: C = tamanho do pacote (bits) intervalo de tempo (segundos) Antonio Rocha, WPerf

8 Problema com pares de pacotes Sem tráfego concorrente, apenas um par é necessário para a obtenção da métrica; O tráfego concorrente pode interferir na estimativa da métrica: Redução/aumento na dispersão dos pacotes; São gerados diversos pares de pacotes e o histograma das capacidades estimadas; Antonio Rocha, WPerf

9 Problema com pares de pacotes (Cont.) Experimento em uma rede local P[Capacidade de contenção=capacidade] Capacidade estimada de 100Mb/s Estimativa da Métrica pelos Pares de Pacotes Capacidade(Mb/s) Antonio Rocha, WPerf

10 Problema com pares de pacotes (Cont.) [Dovrolis, 2001] mostrou que para casos de alto tráfego concorrente o método de pares de pacotes é falho; Simulações feitas com utilização dos enlaces > 80%; Experimentos executados entre UFRJ e UMass em situações de alto tráfego; Antonio Rocha, WPerf

11 Problema com pares de pacotes (Cont.) Influência do tráfego concorrente - UFRJ->UMass P[Capacidade de contenção=capacidade] Capacidade Estimada Capacidade(Mb/s) Antonio Rocha, WPerf

12 Proposta da nova técnica São escolhidos os pares que serão, ou não, usados para o cálculo da medida; Baseado no atraso em um sentido sofrido pelo primeiro pacote do par. O objetivo da seleção é que a medida seja estimada a partir de pares que sofreram pouca ou nenhuma influência do tráfego concorrente; Antonio Rocha, WPerf

13 Proposta da nova técnica (Cont.) Suposição do método é que os pares, cujos primeiros pacotes sofreram um retardo pequeno na rede, têm uma menor probabilidade de terem experimentado alto tráfego concorrente; Calculado o atraso em um sentido de todos os pacotes coletados; Identificado o menor retardo sofrido pelos pacote; Para o par ser considerado, o atraso de seu primeiro pacote deve ser próximo ao menor retardo; No máximo 10% maior é um bom valor; Antonio Rocha, WPerf

14 Proposta da nova técnica (Cont.) Estimar o atraso em um sentido não é trivial; Problemas: Skew e Offset; UMASS->UFRJ Atraso(µs) Número de seqüência Antonio Rocha, WPerf

15 Proposta da nova técnica (Cont.) Atualização nos relógios e interrupções temporárias na execução dos processos; 9e+07 UFRJ->UMASS 8.9e+07 Atraso(µs) 8.8e e e+07 Interrupção temporária do processo de medição 8.5e+07 Atualização de relógio 8.4e Número de Seqüência Antonio Rocha, WPerf

16 Proposta da nova técnica (Cont.) Em [Rocha, 2003] foi definida uma metodologia para resolver estes problemas; Após o término da coleta, algoritmos são executados na seguinte ordem para solução dos problemas: Atualizações de relógios; Interrupções temporárias do processo de medição; Skew; Offset; Antonio Rocha, WPerf

17 Proposta da nova técnica (Cont.) 9e+07 Tratamento dos eventos de atualização e interrupção 8.9e+07 Atraso(µs) 8.8e e+07 Antes dos algoritmos de atualização e interrupção 8.6e e+07 Depois dos algoritmos de atualização e interrupção 8.4e Número de Seqüência Antonio Rocha, WPerf

18 Proposta da nova técnica (Cont.) 8.47e+07 Remoção do Skew 8.465e+07 Atraso(µs) 8.46e e e+07 sem Skew com Skew 8.445e e e e Número de Seqüência Antonio Rocha, WPerf

19 Proposta da nova técnica (Cont.) Remoção do Offset sem Offset Atraso(µs) Número de Seqüência Antonio Rocha, WPerf

20 Aplicação da nova técnica A técnica com seleção de pares foi aplicada às coletas UFRJ->UMass; P[Capacidade de contenção=capacidade] Estimativa com seleção Estimativa sem seleção Pares de Pacotes com Seleção Pares de Pacotes sem Seleção Capacidade(Mb/s) Antonio Rocha, WPerf

21 Simulações Não é possível afirmar que a estimativa obtida foi correta, pois as capacidades entre a UFRJ e a UMass não são conhecidas; Para avaliar a eficácia da técnica e compará-la com outros métodos, simulações foram realizadas; Dois modelos foram desenvolvidos; A diferença existente entre os dois modelos são as fontes geradoras de tráfego concorrente. Antonio Rocha, WPerf

22 Simulações O tráfego concorrente é gerado por dezesseis fontes On-Off; O tempo de permanência nos estados On e Off tem distribuição Pareto com α< 2, [Willinger, 1997]; Modelos semelhantes utilizados em [Dovrolis, 2001; Crovella, 2001]; OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON name=pp_source name=pp_recv name=router_1 name=router_2 name=router_3 name=router_4 name=router_5 link_1 link_2 link_3 link_4 link_5 link_6 State_vars= State_vars= State_vars= State_vars= name=lan Internet Internet Internet Internet Antonio Rocha, WPerf

23 Simulações Traces para alimentar as fontes de geração de tráfego concorrente; Traces foram coletados em monitorações executadas no roteador de saída do PESC/COPPE/UFRJ; A coleta indica a média do tráfego de entrada/saída na rede em intervalos de um segundo; TRACE TRACE TRACE TRACE TRACE name=pp_source name=router_1 name=router_2 name=router_3 name=router_4 name=pp_recv name=router_5 link_1 link_2 link_3 link_4 link_5 link_6 name=lan Internet Internet Internet Internet Antonio Rocha, WPerf

24 Simulações Os demais objetos são os mesmos: Emissor e Receptor dos Pares; Roteadores, capacidades (10Mb, 8Mb, 5Mb, 7Mb, e 8Mb) Pacotes de tráfego concorrente seguem na rede com prob P, e são desviadas para Internet com prob 1 - P; Parâmetros P e α foram variados nas simulações para alterar a carga dos roteadores; name=pp_source name=router_1 name=router_2 name=router_3 name=router_4 name=pp_recv name=router_5 signal_name=link_1signal_name=link_2signal_name=link_3signal_name=link_4signal_name=link_5 link_6 name=lan Internet Internet Internet Internet Antonio Rocha, WPerf

25 Resultados das simulações Modelo PARETO; Utilização dos roteadores entre 30 e 40%; Estimativa correta pelos dois métodos, 5Mb; Influência do tráfego concorrente no método sem seleção; 0.5 P[Capacidade de contenção=capacidade] Estimativa com seleção Pares de Pacotes com seleção Pares de Pacotes sem seleção Estimativa sem seleção Capacidade(Mb/s) Antonio Rocha, WPerf

26 Resultados das simulações Modelo PARETO; Utilização dos roteadores entre 35 e 50%; Estimativa correta apenas pelo método com seleção; 0.4 P[Capacidade de contenção=capacidade] Estimativa com seleção Pares de Pacotes com seleção Pares de Pacotes sem seleção Estimativa sem seleção Capacidade(Mb/s) Antonio Rocha, WPerf

27 Resultados das simulações Modelo PARETO; Utilização dos roteadores entre 60 e 70%; Estimativa correta apenas pelo método com seleção; 0.6 P[Capacidade de contenção=capacidade] Estimativa com seleção Pares de Pacotes com seleção Pares de Pacotes sem seleção Estimativa sem seleção Capacidade(Mb/s) Antonio Rocha, WPerf

28 Resultados das simulações Modelo TRACE; Utilização dos roteadores entre 70 e 80%; Estimativa correta apenas pelo método com seleção; P[Capacidade de contenção=capacidade] Pares de Pacotes com seleção Pares de Pacotes sem seleção Estimativa com seleção Estimativa sem seleção Capacidade(Mb/s) Antonio Rocha, WPerf

29 Resultados de experimentos A técnica foi implementada na ferramenta TANGRAM-II Traffic Generator; Diversos experimentos foram realizados entre a UFRJ e a UMass; Durante seis meses foram feitas medições de diversas métricas na Internet; Além da capacidade de contenção, foram medidos os atrasos em um sentido, RTT, jitter, perda e vazão; Antonio Rocha, WPerf

30 Resultados de experimentos Alguns resultados dos experimentos: P[Capacidade de contenção=capacidade] Aprox. 65Mb UFRJ->UMASS P[Capacidade de contenção=capacidade] Aprox. 65Mb UFRJ->UMASS Capacidade(Mb/s) Capacidade(Mb/s) Antonio Rocha, WPerf

31 Conclusão e contribuição Foi avaliada a precisão das estimativas obtidas pelo método de pares de pacotes da capacidade de contenção de um caminho de rede; Foi verificada a vulnerabilidade do método em situações de alto tráfego concorrente; Um método de seleção dos pares a serem usados na estimativa da capacidade foi proposto; Simulações mostraram que o método proposto é menos vulnerável à carga de utilização da rede; Experimentos foram realizados na Internet; Antonio Rocha, WPerf

32 Trabalhos Futuros Utilizar a técnica desenvolvida para estimar a métrica em um ambiente real onde as capacidades sejam conhecidas; Antonio Rocha, WPerf

33 WPerformance 04 - Salvador, BA - Brasil FIM! Antonio A. de A. Rocha (arocha@land.ufrj.br) Rosa M. Meri Leão Edmundo de Souza e Silva (rosam@land.ufrj.br) (edmundo@land.ufrj.br) LAND - Laboratory for modeling, analysis and development of networks and computer systems Antonio Rocha, WPerf