Abordagens para Simulação de Tráfego Internet utilizando a Ferramenta NS Viviane Cristina Oliveira Aureliano Börje Felipe Fernandes Karlsson Rafael Alves de Araújo

Exposição do Problema Entender o comportamento da Internet não é fácil: Muito grande; Bastante heterogênea (links, topologias, protocolos); Mudanças drásticas; Rápida expansão. Parâmetros variam por várias ordens de magnitude! Simular como a Internet se comporta é algo bastante complicado devido a intensidade do tráfego, a sua grande heterogeneidade (os links que carregam o tráfego da rede, os protocolos que são usados nestes links, a mistura de diferentes aplicações usadas no site e aos níveis de congestão vistos em diferentes links) e pelas rápidas mudanças por quais passa. Para resolver tais problemas relacionados ao tráfego Internet, a medição e simulação dos dados são tarefas indispensáveis. Mensuração fornece meios para explorar o mundo real, para verificação da realidade. Entretanto, mensurações têm limitações, de maneira que elas só podem ser usadas para explorar a Internet já existente. Quando há necessidade de explorar diferentes arquiteturas para a Internet futura usasse simulações.

Tráfego Tráfego Internet não é facilmente caracterizável Comportamento variável (roteamento e congestionamento) Difícil determinar o que é relevante

Como entender? Medição e Simulação são as atividades principais para exploração do comportamento da Internet

Mensuração Ativa: ping, traceroute, etc. Passiva: tcpdump, NTOP, etc. Depende do ponto na topologia Depende de outro ponto na rede, ou não? Impossível coletar medições suficientes, muitos parâmetros Medição tendenciosa – ex: controle congestionamento Quando se quer mensurar os dados a serem estudados é importante ter-se em mente o que se quer medir, pois em cada ponto da rede uma característica diferente do tráfego é levado em consideração.

Simulação Heterogeneidade -> simulação ter um papel fundamental na caracterização do comportamento e no teste dos efeitos de mudanças na rede Como simular? Tentar simplificar o modelo

O que já se sabe? Tráfego Internet Tem características auto-similares Exibe dependência a longo prazo Mais difícil de sintetizar Não segue a distribuição de Poisson (exceto chegada de sessões de usuários) Segue distribuições de caudas-pesadas ex: Pareto com 0.9<<1 (variância infinita)

Simulação Simulação tem limites!!! Modelos simplificados + Facilidade de modelagem - Super simplificação Precisa de um “Reality Check” Comparar com medições

Simulação Se ignora dependência a longo prazo (DLP), performance muito otimista Imitar DLP com soma de processos com dependência a curto prazo Processos ON/OFF, onde tempos de ON e OFF seguem distribuições estatísticas Quanto mais tráfego agregado, mais auto-similaridade

Simulação + Mensuração Simulação baseada em “traces” não é a solução ideal Seriam necessários muitos “traces” Pode não representar bem a realidade – “traffic shaping” Pode-se obter dados dos “traces” para usar nas simulações, não no nível de pacotes, mas no “source-level” (quantidade de dados enviados, origem, destino, etc)

Emulação Emulador de redes = híbrido de simulador com implementação de um protocolo Provê ao simulador a capacidade de “trabalhar com tráfego de verdade” Supera deficiências do simulador pela interação com o mundo real, mas mantém os pontos fortes (repetibilidade e facilidade de configuração) Permite utilizar características disponíveis no simulador no mundo real, sem que estas tenham que ser implementadas de verdade e também serve para melhorar a garantia que estas funcionam como esperado

Emulação Simulação pode ser sujeita a tráfego real Simulador pode alterar tráfego que passa por ele e submetê-lo a condições (perda de pacotes, delays, etc) que seriam difíceis de conseguir na realidade Capturando tráfego real e colocando no simulador, ferramentas de visualização podem ser usadas para observar as respostas do sistema

Ferramentas utilizadas NTOP NS

Network Top - NTOP Coleta dados do tráfego de rede Separa o tráfego de acordo com vários critérios Gera estatísticas de tráfego Analisa o tráfego de acordo com origem/destino

Network Simulator - NS Ferramenta utilizada para simular redes Protocolos de enlace, transporte, sessão, aplicação, ... Controle de filas, algoritmos de roteamento, agendamento, ... Inclui: geradores de topologias, geradores de tráfego, emulador de rede, interface de visualização Base comum para trabalhar com simulações

Network Simulator - NS EXPOO_Traffic – Exponencial, para modelar situações que se comportam como Poisson (por exemplo) POO_Traffic – Pareto, gerar tráfego agregado que exibe DLP CBR_Traffic – Taxa determinística TrafficTrace – gerar tráfego de acordo com um arquivo de “trace”

Outros simuladores OPNet - (http://www.opnet.com) REAL - Comportamento de fluxo e controle de congestionamento (http://minnie.tuhs.org/REAL) SFFNET - Scalable Simulation Framework (http://www.ssfnet.org)

Resultados obtidos Conseguimos visualizar em simulações alguns dos efeitos descritos na literatura Buffers menos efetivos Congestionamento mais rápido Maiores perdas de pacotes

Referências C. Cunha, A. Bestravos e M. Crovella, “Characteristics of WWW Client-based Traces”, Technical Report BU-CS-95-010, Boston University, Julho de 1995. V. Paxson e S. Floyd, “Why we don’t know how to simulate the Internet”, Proceedings of the 1997 Winter Simlulation Conference, Atlanta, 1997 W. Willinger e V. Paxson, “Where Mathematics meets the Internet”, Notices of American Mathematical Society, pp. 961-970, Setembro de 1998 E. Leland, M. Taqqu, W. Willinger e D. Wilson, “On the self-similar nature of of Ethernet Traffic” , ACM SIGCOMM, 1993 T. Monk e K. Claffy, “Internet Data Acquisition & Analysis: Status & Next Steps”, National Laboratory for Applied Network Research (NLANR), UC San Diego, 1997

Referências S. Floyd e V. Paxson, “Difficulties in Simulating the Internet”, a ser publicado em IEEE/ACM Transactions on Networking, Fevereiro de 2001. K. Fall, “Network Emulation in the Vint/NS Simulator”, ISCC99, Julho de 1999. P. Barford and M. Crovella, “Generating Representative Web Workloads for Network and Server Performance Evaluation”, Proceedings of Performance '98/ACM SIGMETRICS '98, Dezembro de 1997. V. Paxson, “Towards a Framework for Defining Internet Performance Metrics”, LBNL-38952, Junho de 1996. A. Erramilli, O. Narayan e W. Willinger, “Experimental Queueing Analysis with Long-Range Dependent Packet Traffic”, IEEE/ACM Transactions on Networking, Abril de 1996.

Este é um trabalho em conjunto com o trabalho “Distribuições de Caudas Pesadas e Aplicações em Redes de Computadores” e ambos fazem parte do projeto “Desenvolvimento de um Ambiente para Análise do Desempenho do Tráfego em Redes de Alta Velocidade – AUTO-SIM”