IMPLEMENTACIÓN DE MODELOS DE TRÁFICO EN REDES IP Dpto. Tecnología Electrónica E.T.S.I....

IMPLEMENTACIÓN DE MODELOS DE TRÁFICO EN REDES IP

IMPLEMENTACIÓN DE MODELOS DE TRÁFICO EN REDES IP

Dpto. Tecnología ElectrónicaDpto. Tecnología Electrónica

E.T.S.I. TelecomunicaciónE.T.S.I. Telecomunicación

Universidad de MálagaUniversidad de Málaga

REALIZADO POR: Juan Luis Fuentes LópezREALIZADO POR: Juan Luis Fuentes López

DIRIGIDO POR: Eduardo Casilari PérezDIRIGIDO POR: Eduardo Casilari Pérez

27 de Noviembre de 200027 de Noviembre de 2000

Proyecto Fin de CarreraProyecto Fin de Carrera::

ÍndiceÍndice

IntroducciónIntroducción Redes con tecnología TCP/IPRedes con tecnología TCP/IP Definición de los modelos de tráficoDefinición de los modelos de tráfico Herramientas software utilizadasHerramientas software utilizadas Manual de usuario de Manual de usuario de InetTrafficInetTraffic Fase de pruebasFase de pruebas Conclusiones y líneas futurasConclusiones y líneas futuras

IntroducciónIntroducción

Crecimiento espectacular de Crecimiento espectacular de InternetInternet Interconexión de nuevas redesInterconexión de nuevas redes Aumento del tráfico soportado por la red globalAumento del tráfico soportado por la red global

Cambio del perfil de los usuariosCambio del perfil de los usuarios Aparición de nuevos servicios multimediaAparición de nuevos servicios multimedia

Necesidad del modelado de tráfico telemáticoNecesidad del modelado de tráfico telemático Diseño de redes de acceso y productos InternetDiseño de redes de acceso y productos Internet Diseño eficiente de esquemas de control del tráficoDiseño eficiente de esquemas de control del tráfico

ObjetivoObjetivo: Implementación de varios generadores de tráfico : Implementación de varios generadores de tráfico sintético en tiempo real utilizando la tecnología TCP/IPsintético en tiempo real utilizando la tecnología TCP/IP

Redes con tecnología TCP/IP:Modelo arquitectónicoRedes con tecnología TCP/IP:Modelo arquitectónico

Desarrollada durante la segunda Desarrollada durante la segunda mitad de la década de los 70mitad de la década de los 70

Permite la interconexión de Permite la interconexión de redes heterogéneasredes heterogéneas

Red Física

Router

Host

Hostmulti-homed

Elementos básicos:Elementos básicos: Red físicaRed física RouterRouter HostHost

Dirección IP Dirección IP Conexión redConexión red Transformación de direcciones Transformación de direcciones

IP en direcciones físicas: ARPIP en direcciones físicas: ARP

Redes con tecnología TCP/IP:Protocolo IPRedes con tecnología TCP/IP:Protocolo IP

Servicio de entrega de datagramas sin conexión, no fiable y “con el Servicio de entrega de datagramas sin conexión, no fiable y “con el mejor esfuerzo” (mejor esfuerzo” (best-effortbest-effort))

Se encarga de: definir el formato de los Se encarga de: definir el formato de los datagramas IPdatagramas IP, realizar el , realizar el encaminamiento y manejar mensajes de error y de control (ICMP)encaminamiento y manejar mensajes de error y de control (ICMP)

VERS HLEN TIPO SERVICIO LONGITUD TOTAL

IDENTIFICACIÓN flags DESPLAZAM. FRAGMENTO

TIEMPO VIDA PROTOCOLO SUMA VERIFICAC. ENCABEZADO

DIRECCIÓN IP DE LA FUENTE

DIRECCIÓN IP DEL DESTINO

OPCIONES IP (si las hay) RELLENO

DATOS

0 4 8 16 19 24 31

Redes con tecnología TCP/IP:Protocolo UDPRedes con tecnología TCP/IP:Protocolo UDP

Servicio de entrega de mensajes sin conexión y no fiable Servicio de entrega de mensajes sin conexión y no fiable basado en el protocolo IPbasado en el protocolo IP

Unidad básica de transferencia: Unidad básica de transferencia: datagrama de usuariodatagrama de usuario Utilización de puertos de protocolo para la identificación Utilización de puertos de protocolo para la identificación

del destino final de un datagrama de usuariodel destino final de un datagrama de usuario

PUERTO UDP DE ORIGEN

LONGITUD DEL DATAGRAMA UDP SUMA DE VERIFICACIÓN UDP

DATOS

0 16 31

PUERTO UDP DE DESTINO

Redes con tecnología TCP/IP:Protocolo TCP (1/2)


Servicio de transporte de flujo fiableServicio de transporte de flujo fiable Unidad básica de transferencia: Unidad básica de transferencia: segmentosegmento

Características del servicio:Características del servicio: Orientado a flujo de bytesOrientado a flujo de bytes Flujo no estructuradoFlujo no estructurado Orientado a conexiónOrientado a conexión Conexión Conexión full-duplexfull-duplex Transferencia con memoria intermediaTransferencia con memoria intermedia

Utilización de la conexión para la identificación del destino final Utilización de la conexión para la identificación del destino final de un segmento de datosde un segmento de datos

Elementos para proporcionar fiabilidad:Elementos para proporcionar fiabilidad: Empleo de números de secuenciaEmpleo de números de secuencia



Esquema de acuses de recibo acumulativosEsquema de acuses de recibo acumulativos Mecanismo de ventana deslizante de tamaño variableMecanismo de ventana deslizante de tamaño variable Algoritmo adaptable de retransmisiónAlgoritmo adaptable de retransmisión

HLEN

PUERTO TCP DE DESTINO

NÚMERO DE SECUENCIA

NÚMERO DE ACUSE DE RECIBO

OPCIONES TCP (si las hay) RELLENO

DATOS

0 4 10 16 24 31

PUERTO TCP DE ORIGEN

RESERV. CÓD. BITS VENTANA

SUMA DE VERIFICACIÓN TCP PUNTERO DE DATOS URGENTES

Redes con tecnología TCP/IP:Estratificación por capasRedes con tecnología TCP/IP:Estratificación por capas

Software de protocolo Software de protocolo dividido en varias capas dividido en varias capas para facilitar el diseñopara facilitar el diseño

Capasconceptuales

Unidadesde datos

AplicaciónAplicación

TransporteTransporte

InternetInternet

Interfaz redInterfaz red

HardwareHardware

Flujos oMensajes

Segmentos oDatagramas UDP

Datagramas IP

Tramas dered física

Modelo de interacción Modelo de interacción cliente-servidorcliente-servidor

Interfaz entre aplicaciones Interfaz entre aplicaciones y software de protocolo y software de protocolo dependiente del sistema dependiente del sistema operativooperativo

Interfaz Interfaz socketsocket

Definición de los modelos de tráfico:Modelos implementadosDefinición de los modelos de tráfico:Modelos implementados

Modelo generalista:Modelo generalista: Modelo semi-markoviano de dos estadosModelo semi-markoviano de dos estados ( (UDPUDP o o TCPTCP))

Modelos estructurales de fuentes particulares:Modelos estructurales de fuentes particulares: Correo electrónicoCorreo electrónico ( (TCPTCP)) Tráfico WWWTráfico WWW ( (TCPTCP)) Transferencia de ficherosTransferencia de ficheros ( (TCPTCP)) Tráfico de vozTráfico de voz ( (UDPUDP)) Tráfico de vídeoTráfico de vídeo ( (UDPUDP))

Definición de los modelos de tráfico:Modelo generalistaDefinición de los modelos de tráfico:Modelo generalista

Modelo generalista semi-markoviano de Modelo generalista semi-markoviano de dos estadosdos estados

Aplicable a fuentes particulares de Aplicable a fuentes particulares de diversa naturalezadiversa naturaleza

Puede englobar distintos modelos Puede englobar distintos modelos abstractos simples como: el On-Off, el abstractos simples como: el On-Off, el IPP, el MMPP y los FRPIPP, el MMPP y los FRP

Parámetros:Parámetros:

Tiempo

Tamañopaquetes

Estado 1 Estado 2 Estado 1

Tiempo en estado 1Tiempo en estado 1 Tiempo en estado 2Tiempo en estado 2 Tamaño de los paquetes en estado 1Tamaño de los paquetes en estado 1 Tiempo entre paquetes en estado 1Tiempo entre paquetes en estado 1 Tamaño de los paquetes en estado 2Tamaño de los paquetes en estado 2 Tiempo entre paquetes en estado 2Tiempo entre paquetes en estado 2

Modelado: distribución de probabilidadModelado: distribución de probabilidad

Definición de los modelos de tráfico:Correo electrónico [Reyes’99]Definición de los modelos de tráfico:Correo electrónico [Reyes’99]

Modelo estructural específico Modelo estructural específico de correo electrónicode correo electrónico


Tiempo

Dimensióncorreos

Correo 1

Correo 2

Correo 3

Correo 4

Tiempo entre correosTiempo entre correos

Dimensión del textoDimensión del texto

Probabilidad de Probabilidad de attachattach

Dimensión del Dimensión del attachattach

Modelado: distribución de Modelado: distribución de probabilidadprobabilidad

Posibilidad de generar tráfico Posibilidad de generar tráfico agregadoagregado

Modelo estructural específico de tráfico Modelo estructural específico de tráfico WWW (WWW (World Wide WebWorld Wide Web))

Niveles:Niveles: NIVEL DE SESIÓNNIVEL DE SESIÓN

NIVEL DE PÁGINANIVEL DE PÁGINA

NIVEL DE CONEXIÓNNIVEL DE CONEXIÓN

NIVEL DE PAQUETENIVEL DE PAQUETE


Definición de los modelos de tráfico:Tráfico WWW [Reyes’99]Definición de los modelos de tráfico:Tráfico WWW [Reyes’99]

Tiempo

Sesión 1

Sesión 2

Página 1

Conexión 1

Página 2

Conexión 1

Conexión 2

Tiempo entre inicio de sesionesTiempo entre inicio de sesiones Número de páginas por sesiónNúmero de páginas por sesión

Tiempo entre inicio de páginasTiempo entre inicio de páginas Número de conexiones por páginaNúmero de conexiones por página

Tiempo entre inicio de conexionesTiempo entre inicio de conexiones Número de bytes por conexiónNúmero de bytes por conexión

Tamaño de los paquetesTamaño de los paquetes Tiempo entre paquetesTiempo entre paquetes

Modelado: distribución de probabilidadModelado: distribución de probabilidad Posibilidad de generar tráfico agregadoPosibilidad de generar tráfico agregado

Modelo estructural específico Modelo estructural específico de transferencia de ficherosde transferencia de ficheros

Niveles:Niveles: NIVEL DE SESIÓNNIVEL DE SESIÓN

NIVEL DE TRANSFERENCIANIVEL DE TRANSFERENCIA


Tiempo

Dimensióntransferencias

Transf. 1

Sesión 2Sesión 1

Transf. 2

Transf. 3Transf. 1

Transf. 2

Definición de los modelos de tráfico:Transferencia de ficherosDefinición de los modelos de tráfico:Transferencia de ficheros

Tiempo entre inicio de sesionesTiempo entre inicio de sesiones Número de transferencias por sesiónNúmero de transferencias por sesión

Tiempo entre inicio de transferenciasTiempo entre inicio de transferencias Probabilidad de envío del clienteProbabilidad de envío del cliente Dimensión de las transferenciasDimensión de las transferencias


Posibilidad de generar tráfico Posibilidad de generar tráfico agregadoagregado

Definición de los modelos de tráfico:Tráfico de vozDefinición de los modelos de tráfico:Tráfico de voz

Modelo estructural Modelo estructural específico de tráfico de vozespecífico de tráfico de voz

Comunicación dúplexComunicación dúplex Parámetros de cada extremo:Parámetros de cada extremo:

Tiempo

Tamañopaquetes

Tiempo de emisiónTiempo de emisión Tamaño de los paquetesTamaño de los paquetes Tiempo entre paquetesTiempo entre paquetes


Definición de los modelos de tráfico:Tráfico de vídeo (1/2)


Modelo estructural Modelo estructural específico de tráfico de específico de tráfico de vídeovídeo


Tiempo

Fotograma 1

Tiempo

Fotograma 2 Fotograma 3

Fotograma 1 Fotograma 2 Fotograma 3

Tamaño de los fotogramasTamaño de los fotogramas Fotogramas por segundoFotogramas por segundo Tamaño del paqueteTamaño del paquete Distribución del fotogramaDistribución del fotograma

Modelado: distribución de Modelado: distribución de probabilidad, fichero de probabilidad, fichero de texto, modelo AR(texto, modelo AR(NN) o ) o segmentación del GOPsegmentación del GOP



Proceso autorregresivo de orden Proceso autorregresivo de orden N:N:

X n A A X n i B w nAR i ARi

N

0

1

X n A A X n i B w nAR i ARi

N

0

1

Modelo de segmentación del GOP (estándar MPEG):Modelo de segmentación del GOP (estándar MPEG): Fotogramas de tipo I, P y B agrupados en una estructura Fotogramas de tipo I, P y B agrupados en una estructura

denominada GOP (denominada GOP (Group Of PicturesGroup Of Pictures): ): NNPP y y NNBB

Modelado del tamaño de la secuencia de GOP: distribución de Modelado del tamaño de la secuencia de GOP: distribución de probabilidad, fichero de texto o modelo AR(probabilidad, fichero de texto o modelo AR(NN))

División del tamaño de cada GOP entre los fotogramas que lo División del tamaño de cada GOP entre los fotogramas que lo componen en función del peso relativo estimado para cada tipo de componen en función del peso relativo estimado para cada tipo de fotograma: fotograma: II, , PP y y BB

I P P B BN N 1

Conjunto de aplicaciones implementado en lenguaje C y Conjunto de aplicaciones implementado en lenguaje C y compatible con los sistemas operativos Unix y Linuxcompatible con los sistemas operativos Unix y Linux

Interfaz Interfaz socketsocket Funciones de tiempo: Funciones de tiempo: gettimeofdaygettimeofday, , selectselect y y setitimersetitimer

La precisión obtenida no es de microsegundos, sino menor, La precisión obtenida no es de microsegundos, sino menor, debido a dos factores:debido a dos factores:

Frecuencia de interrupción del relojFrecuencia de interrupción del reloj

Tiempo

Tick del reloj10 ms

P1 2 3 4 5

P pasa a estado readyP se bloquea

Concurrencia de procesosConcurrencia de procesos

Herramientas software utilizadas (1/2)Herramientas software utilizadas (1/2)

Aumento de la precisión mediante espera activaAumento de la precisión mediante espera activaTiempo

Tick del reloj

P1 2 3 4

P

10 ms

P pasa a estado ready P se bloquea

40 ms

Herramientas software utilizadas (2/2)Herramientas software utilizadas (2/2)

Creación de procesos: Creación de procesos: forkfork Generación de variables aleatorias: Generación de variables aleatorias: srandsrand y y randrand Mecanismos de comunicación entre procesos (tuberías sin Mecanismos de comunicación entre procesos (tuberías sin

nombre): nombre): pipepipe, , writewrite, , readread y y closeclose Mecanismos de sincronización entre procesos (semáforos): Mecanismos de sincronización entre procesos (semáforos):

semgetsemget, , semctlsemctl y y semopsemop Tratamiento de señales (Tratamiento de señales (SIGINTSIGINT y y SIGALRMSIGALRM): ): signalsignal y y

pausepause Funciones para realizar salto incondicional: Funciones para realizar salto incondicional: sigsetjmpsigsetjmp y y

siglongjmpsiglongjmp

Manual de usuario de InetTraffic Características generales (1/2)


InetTrafficInetTraffic es un conjunto de 6 aplicaciones: es un conjunto de 6 aplicaciones: GENERGENER, , EMAILEMAIL, , WWWWWW, , FTPFTP, , VOICEVOICE y y VIDEOVIDEO

Cada aplicación está constituida por un cliente y un servidor que Cada aplicación está constituida por un cliente y un servidor que reciben un fichero de entrada de datos y generan un fichero de reciben un fichero de entrada de datos y generan un fichero de resultadosresultados

Los ficheros de entrada de datos contienen parámetros y comandosLos ficheros de entrada de datos contienen parámetros y comandos Distribuciones de probabilidad implementadas:Distribuciones de probabilidad implementadas:

DeterministaDeterminista ((aa) ) UniformeUniforme ( (aa, , bb) ) MultimodalMultimodal ( (nn, , aaii, , PPii) )

ExponencialExponencial ( () ) ParetoPareto ( (, , )) Pareto trunc.Pareto trunc. ( (, , , , zz))

GammaGamma ( (, , ) ) NormalNormal ( (, , )) LognormalLognormal ( (, , ))

Distribuciones de probabilidad adicionales Distribuciones de probabilidad adicionales

a = 1a = 1a = 1

b = 3

a = 1

b = 3

n = 3

a1 = 1

a2 = 2.5

a3 = 5

P1 = 0.3

P2 = 0.5

P3 = 0.2

n = 3

a1 = 1

a2 = 2.5

a3 = 5

P1 = 0.3

P2 = 0.5

P3 = 0.2

= 1.3 = 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



El conjunto de aplicaciones contiene tres constantes enteras que El conjunto de aplicaciones contiene tres constantes enteras que pueden ser modificadas por el usuario: pueden ser modificadas por el usuario: MAXPAQUDPMAXPAQUDP, , MAXPAQTCPMAXPAQTCP y y MAXBLOQUEMAXBLOQUE

Los comandos de los ficheros de entrada de datos permiten Los comandos de los ficheros de entrada de datos permiten especificar:especificar: El idioma a utilizar (español o inglés) en los mensajes mostrados en El idioma a utilizar (español o inglés) en los mensajes mostrados en

pantallapantalla El tiempo de simulaciónEl tiempo de simulación La semilla para la generación de números aleatoriosLa semilla para la generación de números aleatorios El nombre del fichero de resultadosEl nombre del fichero de resultados El protocolo de transporte a utilizar (UDP o TCP)El protocolo de transporte a utilizar (UDP o TCP) La dirección IP del servidorLa dirección IP del servidor El puerto UDP o TCP asociado al servidorEl puerto UDP o TCP asociado al servidor

Fase de pruebasGeneralidadesFase de pruebasGeneralidades

Herramientas para la realización de las pruebas:Herramientas para la realización de las pruebas: Programas en MatlabProgramas en Matlab Herramienta de captura de tráfico: TcpdumpHerramienta de captura de tráfico: Tcpdump

Pruebas:Pruebas: Simulaciones en un Simulaciones en un hosthost individual individual Simulaciones en una red de área local (LAN) con tecnología TCP/IPSimulaciones en una red de área local (LAN) con tecnología TCP/IP

TcpdumpServidor Cliente

PC con sistemaoperativo Linux

SUN con sistemaoperativo Unix

Red EthernetIEEE 802.3

Fase de pruebasGENER, host individual (1/2)


IDIOMA: CastellanoTIEMPO_SIMULACION: 900DIRECCION_SERVIDOR: 127.0.0.1PUERTO_SERVIDOR: 6000PROTOCOLO: TCP

IDIOMA: CastellanoTIEMPO_SIMULACION: 900FICHERO_RESULTADOS: sim/gen2.serPUERTO_SERVIDOR: 6000PROTOCOLO: TCPSEMILLA: 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 0.025 Desv_tipica 0.03



Exponencial

Media 2

Exponencial

Media 2

Pareto

Media 1Alfa 8.7

Pareto

Media 1Alfa 8.7

Uniforme

Mínimo 100Máximo 1100

Uniforme

Mínimo 100Máximo 1100

Gamma

Media 0.05Desv. típica 0.04

Gamma


Normal

Media 600Desv. típica 100

Normal

Media 600Desv. típica 100

Lognormal


Lognormal


Parámetros del

modelo de tráfico

Media

elegida

Desv. típica

elegida

Media

obtenida

Desv. típica

obtenida

Tiempo en estado 1 (seg.) 2 2 2.0388 2.0022

Tiempo en estado 2 (seg.) 1 1.13952 0.9179 1.4208

Tamaño paquetes estado 1 (bytes) 600 288.675 597.9963 288.728

Tiempo entre paquetes estado 1 (seg.) 0.05 0.04 0.049 0.0389

Tamaño paquetes estado 2 (bytes) 600 100 599.7006 99.5586

Tiempo entre paquetes estado 2 (seg.) 0.025 0.03 0.0242 0.0277

Fase de pruebasWWW, red de área local (1/2)


IDIOMA: CastellanoTIEMPO_SIMULACION: 700DIRECCION_SERVIDOR: 150.214.59.31FICHERO_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: CastellanoTIEMPO_SIMULACION: 700FICHERO_RESULTADOS: sim/www2.ser

CONEXIONES_POR_PAGINA: Determinista Valor 3

BYTES_POR_CONEXION: Pareto_Trunc Media 4368 Alfa 1.95 Maximo 10000

SIMULACION_CANAL: ON

TAM_CTE_PAQUETES_PAGINA: OFF

TAM_PAQUETES: Multimodal Numero_de_modas 3 Valores 512, 536, 1460 Probabilidades 0.1757, 0.1873, 0.6370

TIEMPO_ENTRE_PAQUETES: Exponencial Media 0.075



Pareto truncada

Media 4368Alfa 1.95Máximo 10000

Pareto truncada

Media 4368Alfa 1.95Máximo 10000

Multimodal

Número de modas 3Valores 512, 536, 1460Probabilidades0.1757, 0.1873, 0.637

Multimodal

Número de modas 3Valores 512, 536, 1460Probabilidades0.1757, 0.1873, 0.637

Exponencial

Media 0.075

Exponencial

Media 0.075

Parámetros del

modelo de tráfico

Media

elegida

Desv. típica

elegida

Media

obtenida

Desv. típica

obtenida

Número de páginas por sesión 100 0 100 0

Tiempo entre inicio páginas (seg.) 6 0 5.9992 546.55 10-6

Número de conexiones por página 3 0 3 0

Tiempo entre inicio conexiones (seg.) 2 0 1.9992 713.3 10-6

Número de bytes por conexión 4368 2837.7 3021.9

Tamaño paquetes (bytes) 1120.37 449.96 910.4866 498.9647

Tiempo entre paquetes (seg.) 0.075 0.075 0.0787 0.0757

Conclusiones y líneas futurasConclusiones y líneas futuras

Se ha implementado una herramienta de generación de Se ha implementado una herramienta de generación de tráfico sintético en tiempo realtráfico sintético en tiempo real

Disponibilidad de una mayor flexibilidad en el modelado Disponibilidad de una mayor flexibilidad en el modelado de los parámetros:de los parámetros: Modelos de dependencias a corto plazo: modelos Modelos de dependencias a corto plazo: modelos

markovianos, filtros ARMA y procesos TESmarkovianos, filtros ARMA y procesos TES Modelos de dependencias a largo plazo: modelos FGN y Modelos de dependencias a largo plazo: modelos FGN y

FARIMAFARIMA

Utilización de otros interfaces de comunicaciones: Utilización de otros interfaces de comunicaciones: Winsock, socketsWinsock, sockets en Java en Java

Mejora del interfaz de usuario: entorno gráficoMejora del interfaz de usuario: entorno gráfico

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