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IMPLEMENTACIÓN DE MODELOS DE TRÁFICO EN REDES IP Dpto. Tecnología Electrónica E.T.S.I. Telecomunicación Universidad de Málaga REALIZADO POR: Juan Luis.

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1 IMPLEMENTACIÓN DE MODELOS DE TRÁFICO EN REDES IP Dpto. Tecnología Electrónica E.T.S.I. Telecomunicación Universidad de Málaga REALIZADO POR: Juan Luis Fuentes López DIRIGIDO POR: Eduardo Casilari Pérez 27 de Noviembre de 2000 Proyecto Fin de Carrera:

2 Índice Ê Introducción Ë Redes con tecnología TCP/IP Ì Definición de los modelos de tráfico Í Herramientas software utilizadas Î Manual de usuario de InetTraffic Ï Fase de pruebas Ð Conclusiones y líneas futuras

3 Introducción 4Crecimiento espectacular de Internet l Interconexión de nuevas redes l Aumento del tráfico soportado por la red global n Cambio del perfil de los usuarios n Aparición de nuevos servicios multimedia 4Necesidad del modelado de tráfico telemático l Diseño de redes de acceso y productos Internet l Diseño eficiente de esquemas de control del tráfico èObjetivo: Implementación de varios generadores de tráfico sintético en tiempo real utilizando la tecnología TCP/IP

4 Redes con tecnología TCP/IP: Modelo arquitectónico 4Desarrollada durante la segunda mitad de la década de los 70 4Permite la interconexión de redes heterogéneas Red Física Router Host multi-homed 4Elementos básicos: l Red física l Router l Host Dirección IP Conexión red Dirección IP Conexión red 4Transformación de direcciones IP en direcciones físicas: ARP

5 Redes con tecnología TCP/IP: Protocolo IP 4Servicio de entrega de datagramas sin conexión, no fiable y con el mejor esfuerzo (best-effort) 4Se encarga de: definir el formato de los datagramas IP, realizar el encaminamiento y manejar mensajes de error y de control (ICMP) VERSHLENTIPO SERVICIOLONGITUD TOTAL IDENTIFICACIÓNflagsDESPLAZAM. FRAGMENTO TIEMPO VIDAPROTOCOLOSUMA VERIFICAC. ENCABEZADO DIRECCIÓN IP DE LA FUENTE DIRECCIÓN IP DEL DESTINO OPCIONES IP (si las hay)RELLENO DATOS

6 Redes con tecnología TCP/IP: Protocolo UDP 4Servicio de entrega de mensajes sin conexión y no fiable basado en el protocolo IP 4Unidad básica de transferencia: datagrama de usuario 4Utilización de puertos de protocolo para la identificación del destino final de un datagrama de usuario PUERTO UDP DE ORIGEN LONGITUD DEL DATAGRAMA UDPSUMA DE VERIFICACIÓN UDP DATOS PUERTO UDP DE DESTINO

7 Redes con tecnología TCP/IP: Protocolo TCP (1/2) 4Servicio de transporte de flujo fiable 4Unidad básica de transferencia: segmento 4Características del servicio: l Orientado a flujo de bytes l Flujo no estructurado l Orientado a conexión l Conexión full-duplex l Transferencia con memoria intermedia 4Utilización de la conexión para la identificación del destino final de un segmento de datos 4Elementos para proporcionar fiabilidad: l Empleo de números de secuencia

8 Redes con tecnología TCP/IP: Protocolo TCP (2/2) l Esquema de acuses de recibo acumulativos l Mecanismo de ventana deslizante de tamaño variable l Algoritmo adaptable de retransmisión HLEN PUERTO TCP DE DESTINO NÚMERO DE SECUENCIA NÚMERO DE ACUSE DE RECIBO OPCIONES TCP (si las hay)RELLENO DATOS PUERTO TCP DE ORIGEN RESERV.CÓD. BITS VENTANA SUMA DE VERIFICACIÓN TCPPUNTERO DE DATOS URGENTES

9 Redes con tecnología TCP/IP: Estratificación por capas 4Software de protocolo dividido en varias capas para facilitar el diseño Capas conceptuales Unidades de datos Aplicación Transporte Internet Interfaz red Hardware Flujos o Mensajes Segmentos o Datagramas UDP Datagramas IP Tramas de red física 4Modelo de interacción cliente-servidor 4Interfaz entre aplicaciones y software de protocolo dependiente del sistema operativo 4Interfaz socket

10 Definición de los modelos de tráfico: Modelos implementados 4Modelo generalista: l Modelo semi-markoviano de dos estados (UDP o TCP) 4Modelos estructurales de fuentes particulares: l Correo electrónico (TCP) l Tráfico WWW (TCP) l Transferencia de ficheros (TCP) l Tráfico de voz (UDP) l Tráfico de vídeo (UDP)

11 Definición de los modelos de tráfico: Modelo generalista 4Modelo generalista semi-markoviano de dos estados 4Aplicable a fuentes particulares de diversa naturaleza 4Puede englobar distintos modelos abstractos simples como: el On-Off, el IPP, el MMPP y los FRP 4Parámetros: Tiempo Tamaño paquetes Estado 1Estado 2Estado 1 l Tiempo en estado 1 l Tiempo en estado 2 l Tamaño de los paquetes en estado 1 l Tiempo entre paquetes en estado 1 l Tamaño de los paquetes en estado 2 l Tiempo entre paquetes en estado 2 4Modelado: distribución de probabilidad

12 Definición de los modelos de tráfico: Correo electrónico [Reyes99] 4Modelo estructural específico de correo electrónico 4Parámetros: Tiempo Dimensión correos Correo 1 Correo 2 Correo 3 Correo 4 l Tiempo entre correos l Dimensión del texto l Probabilidad de attach l Dimensión del attach 4Modelado: distribución de probabilidad 4Posibilidad de generar tráfico agregado

13 4Modelo estructural específico de tráfico WWW (World Wide Web) 4Niveles: l NIVEL DE SESIÓN l NIVEL DE PÁGINA l NIVEL DE CONEXIÓN l NIVEL DE PAQUETE 4Parámetros: Definición de los modelos de tráfico: Tráfico WWW [Reyes99] Tiempo Sesión 1 Sesión 2 Página 1 Conexión 1 Página 2 Conexión 1 Conexión 2 n Tiempo entre inicio de sesiones n Número de páginas por sesión n Tiempo entre inicio de páginas n Número de conexiones por página n Tiempo entre inicio de conexiones n Número de bytes por conexión n Tamaño de los paquetes n Tiempo entre paquetes 4Modelado: distribución de probabilidad 4Posibilidad de generar tráfico agregado

14 4Modelo estructural específico de transferencia de ficheros 4Niveles: l NIVEL DE SESIÓN l NIVEL DE TRANSFERENCIA 4Parámetros: Tiempo Dimensión transferencias Transf. 1 Sesión 2Sesión 1 Transf. 2 Transf. 3 Transf. 1 Transf. 2 Definición de los modelos de tráfico: Transferencia de ficheros n Tiempo entre inicio de sesiones n Número de transferencias por sesión n Tiempo entre inicio de transferencias n Probabilidad de envío del cliente n Dimensión de las transferencias 4Modelado: distribución de probabilidad 4Posibilidad de generar tráfico agregado

15 Definición de los modelos de tráfico: Tráfico de voz 4Modelo estructural específico de tráfico de voz 4Comunicación dúplex 4Parámetros de cada extremo: Tiempo Tamaño paquetes l Tiempo de emisión l Tamaño de los paquetes l Tiempo entre paquetes 4Modelado: distribución de probabilidad

16 Definición de los modelos de tráfico: Tráfico de vídeo (1/2) 4Modelo estructural específico de tráfico de vídeo 4Parámetros: Tiempo Fotograma 1 Tiempo Fotograma 2Fotograma 3 Fotograma 1Fotograma 2Fotograma 3 l Tamaño de los fotogramas l Fotogramas por segundo l Tamaño del paquete l Distribución del fotograma 4Modelado: distribución de probabilidad, fichero de texto, modelo AR(N) o segmentación del GOP

17 Definición de los modelos de tráfico: Tráfico de vídeo (2/2) 4Proceso autorregresivo de orden N: 4Modelo de segmentación del GOP (estándar MPEG): l Fotogramas de tipo I, P y B agrupados en una estructura denominada GOP (Group Of Pictures): N P y N B l Modelado del tamaño de la secuencia de GOP: distribución de probabilidad, fichero de texto o modelo AR(N) División del tamaño de cada GOP entre los fotogramas que lo componen en función del peso relativo estimado para cada tipo de fotograma: I, P y B División del tamaño de cada GOP entre los fotogramas que lo componen en función del peso relativo estimado para cada tipo de fotograma: I, P y B

18 4Conjunto de aplicaciones implementado en lenguaje C y compatible con los sistemas operativos Unix y Linux 4Interfaz socket 4Funciones de tiempo: gettimeofday, select y setitimer l La precisión obtenida no es de microsegundos, sino menor, debido a dos factores: n Frecuencia de interrupción del reloj Tiempo Tick del reloj10 ms P P pasa a estado readyP se bloquea n Concurrencia de procesos Herramientas software utilizadas (1/2) l Aumento de la precisión mediante espera activa Tiempo Tick del reloj P 1234 P 10 ms P pasa a estado readyP se bloquea 40 ms

19 Herramientas software utilizadas (2/2) 4Creación de procesos: fork 4Generación de variables aleatorias: srand y rand 4Mecanismos de comunicación entre procesos (tuberías sin nombre): pipe, write, read y close 4Mecanismos de sincronización entre procesos (semáforos): semget, semctl y semop 4Tratamiento de señales (SIGINT y SIGALRM): signal y pause 4Funciones para realizar salto incondicional: sigsetjmp y siglongjmp

20 Manual de usuario de InetTraffic Características generales (1/2) 4InetTraffic es un conjunto de 6 aplicaciones: GENER, , WWW, FTP, VOICE y VIDEO 4Cada aplicación está constituida por un cliente y un servidor que reciben un fichero de entrada de datos y generan un fichero de resultados 4Los ficheros de entrada de datos contienen parámetros y comandos 4Distribuciones de probabilidad implementadas: Determinista (a) Uniforme (a, b) Multimodal (n, a i, P i ) Exponencial ( ) Pareto (, ) Pareto trunc. (,, z) Gamma (, ) Normal (, ) Lognormal (, ) 4Distribuciones de probabilidad adicionales a = 1 b = 3 a = 1 b = 3 n = 3 a 1 = 1 a 2 = 2.5 a 3 = 5 P 1 = 0.3 P 2 = 0.5 P 3 = 0.2 n = 3 a 1 = 1 a 2 = 2.5 a 3 = 5 P 1 = 0.3 P 2 = 0.5 P 3 = 0.2 = 1.3 = 1 = 1.5 = 1 = 1.5 = 1 = 1.5 z = 4 = 1 = 1.5 z = 4 = 2 = 1 = 2 = 1 = 2 = 1 = 2 = 1 = 2 = 1 = 2 = 1

21 Manual de usuario de InetTraffic Características generales (2/2) 4El conjunto de aplicaciones contiene tres constantes enteras que pueden ser modificadas por el usuario: MAXPAQUDP, MAXPAQTCP y MAXBLOQUE 4Los comandos de los ficheros de entrada de datos permiten especificar: l El idioma a utilizar (español o inglés) en los mensajes mostrados en pantalla l El tiempo de simulación l La semilla para la generación de números aleatorios l El nombre del fichero de resultados l El protocolo de transporte a utilizar (UDP o TCP) l La dirección IP del servidor l El puerto UDP o TCP asociado al servidor

22 Fase de pruebas Generalidades 4Herramientas para la realización de las pruebas: l Programas en Matlab l Herramienta de captura de tráfico: Tcpdump 4Pruebas: l Simulaciones en un host individual l Simulaciones en una red de área local (LAN) con tecnología TCP/IP TcpdumpServidorCliente PC con sistema operativo Linux SUN con sistema operativo Unix Red Ethernet IEEE 802.3

23 Fase de pruebas GENER, host individual (1/2) IDIOMA: Castellano TIEMPO_SIMULACION: 900 DIRECCION_SERVIDOR: PUERTO_SERVIDOR: 6000 PROTOCOLO: TCP IDIOMA: Castellano TIEMPO_SIMULACION: 900 FICHERO_RESULTADOS: sim/gen2.ser PUERTO_SERVIDOR: 6000 PROTOCOLO: TCP SEMILLA: 3 TIEMPO_ESTADO1: Exponencial Media 2 TIEMPO_ESTADO2: Pareto Media 1 Alfa 8.7 TAM_PAQUETES_ESTADO1: Uniforme A 100 B 1100 TIEMPO_ENTRE_PAQUETES_ESTADO1: Gamma Media 0.05 Desv_tipica 0.04 TAM_PAQUETES_ESTADO2: Normal Media 600 Desv_tipica 100 TIEMPO_ENTRE_PAQUETES_ESTADO2: Lognormal Media Desv_tipica 0.03

24 Fase de pruebas GENER, host individual (2/2) Exponencial Media 2 Exponencial Media 2 Pareto Media 1 Alfa 8.7 Pareto Media 1 Alfa 8.7 Uniforme Mínimo 100 Máximo 1100 Uniforme Mínimo 100 Máximo 1100 Gamma Media 0.05 Desv. típica 0.04 Gamma Media 0.05 Desv. típica 0.04 Normal Media 600 Desv. típica 100 Normal Media 600 Desv. típica 100 Lognormal Media Desv. típica 0.03 Lognormal Media Desv. típica 0.03 Parámetros del modelo de tráfico Media elegida Desv. típica elegida Media obtenida Desv. típica obtenida Tiempo en estado 1 (seg.) Tiempo en estado 2 (seg.) Tamaño paquetes estado 1 (bytes) Tiempo entre paquetes estado 1 (seg.) Tamaño paquetes estado 2 (bytes) Tiempo entre paquetes estado 2 (seg.)

25 Fase de pruebas WWW, red de área local (1/2) IDIOMA: Castellano TIEMPO_SIMULACION: 700 DIRECCION_SERVIDOR: FICHERO_RESULTADOS: sim/www2.cli TIEMPO_INICIO_SESIONES: Determinista Valor 701 PAGINAS_POR_SESION: Determinista Valor 100 TIEMPO_INICIO_PAGINAS: Determinista Valor 6 TIEMPO_INICIO_CONEXIONES: Determinista Valor 2 IDIOMA: Castellano TIEMPO_SIMULACION: 700 FICHERO_RESULTADOS: sim/www2.ser CONEXIONES_POR_PAGINA: Determinista Valor 3 BYTES_POR_CONEXION: Pareto_Trunc Media 4368 Alfa 1.95 Maximo SIMULACION_CANAL: ON TAM_CTE_PAQUETES_PAGINA: OFF TAM_PAQUETES: Multimodal Numero_de_modas 3 Valores 512, 536, 1460 Probabilidades , , TIEMPO_ENTRE_PAQUETES: Exponencial Media 0.075

26 Fase de pruebas WWW, red de área local (2/2) Pareto truncada Media 4368 Alfa 1.95 Máximo Pareto truncada Media 4368 Alfa 1.95 Máximo Multimodal Número de modas 3 Valores 512, 536, 1460 Probabilidades , , Multimodal Número de modas 3 Valores 512, 536, 1460 Probabilidades , , Exponencial Media Exponencial Media Parámetros del modelo de tráfico Media elegida Desv. típica elegida Media obtenida Desv. típica obtenida Número de páginas por sesión Tiempo entre inicio páginas (seg.) Número de conexiones por página 3030 Tiempo entre inicio conexiones (seg.) Número de bytes por conexión Tamaño paquetes (bytes) Tiempo entre paquetes (seg.)

27 Conclusiones y líneas futuras 4Se ha implementado una herramienta de generación de tráfico sintético en tiempo real 4Disponibilidad de una mayor flexibilidad en el modelado de los parámetros: l Modelos de dependencias a corto plazo: modelos markovianos, filtros ARMA y procesos TES l Modelos de dependencias a largo plazo: modelos FGN y FARIMA 4Utilización de otros interfaces de comunicaciones: Winsock, sockets en Java 4Mejora del interfaz de usuario: entorno gráfico


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