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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!

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

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

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 deum Ambiente para Análise do Desempenho do Tráfego em Redes de Alta Velocidade – AUTO-SIM”