تاخیر یک جهته و اندازه گیری NetFlow

نقش RTT و OWD برای TCP

RTT مخفف Round Trip Time است و زمانی است که یک بسته از نقطه A به نقطه B می رسد، به اضافه مدت زمانی که طول می کشد تا بسته را از B به A تایید کند. عملکرد جریان TCP تحت تاثیر RTT است. تخصیص RTT می تواند به طور چشمگیری نه تنها بر نرخ داده های دریافت شده توسط جریان های جداگانه که یک اتصال را به اشتراک می گذارند، بلکه بر استفاده از اتصالات اینترنتی نیز تأثیر بگذارد. [1]. کنترل ازدحام، به عنوان یکی از ویژگی های TCP، تضمین می کند که فرستنده شبکه را بیش از حد بارگذاری نمی کند و تصمیم می گیرد که داده ها با چه سرعتی می توانند ارسال شوند. کنترل تراکم TCP شامل تکنیک هایی است که از تراکم جلوگیری می کند یا به کاهش تراکم بعد از وقوع آن کمک می کند.

الگوریتم ازدحام و زمان توزیع پهنای باند گوگل (BBR) که جانشین CUBIC برای سرویس YouTube است، به شدت به RTT بستگی دارد. همانطور که گوگل می گوید، «در اینجا، BBR 4 درصد توان عملیاتی شبکه بالاتری را ارائه می دهد، زیرا پهنای باند ارائه شده توسط شبکه را به طور موثرتری شناسایی و استفاده می کند. BBR همچنین صف های شبکه را کوتاه تر نگه می دارد و زمان رفت و برگشت را تا 33 درصد کاهش می دهد. این به معنای پاسخ‌های سریع‌تر و تأخیر کمتر برای برنامه‌های حساس به تأخیر مانند مرور وب، چت و بازی است. علاوه بر این، با عدم واکنش بیش از حد به از دست دادن بسته، BBR میانگین زمان 11 درصد بالاتری را بین ریبافرها فراهم می کند.[2]. BBR نرخ تحویل شبکه و RTT را بعد از هر ACK اندازه‌گیری می‌کند و یک مدل شبکه واضح ایجاد می‌کند که شامل حداکثر پهنای باند و حداقل RTT است. بر اساس مدل، BBR سرعت ارسال داده و میزان داده ای را که می تواند در هر اتصال ارسال کند، می داند [3].

اندازه گیری غیرفعال در مقابل فعال OWD

تاخیر یک طرفه (OWD) مدت زمانی است که یک بسته از نقطه A به نقطه B در شبکه می رسد. زمانی که ترافیک شبکه مرتبط با یک سرویس شبکه توسط ترافیک اضافی برای اندازه گیری تزریق می شود، RTT و OWD را می توان به طور فعال اندازه گیری کرد. یک ابزار معروف که برای اندازه گیری RTT استفاده می شود، پینگ است. RTT مورد استفاده در الگوریتم کنترل تراکم بر زمان پاسخگویی سرویس تأثیر می گذارد و به OWD بستگی دارد. بنابراین می توان از OWD به عنوان نشانگر مشکلات و بار شبکه استفاده کرد. این مقاله یک اندازه گیری غیرفعال OWD را بر اساس داده های جریان معرفی می کند. این بر اساس یک پایان نامه عالی “اندازه گیری تاخیر یک طرفه (OWD) بر اساس داده های جریان در شبکه های سازمانی بزرگ” نوشته شده توسط یوخن آندریاس کوگل است. [4].

روش اندازه گیری OWD مبتنی بر NetFlow منفعل دارای چندین مزیت است. اول از همه، NetFlow به طور گسترده توسط فروشندگان شبکه پیاده سازی شده است و به راحتی می توان آن را فعال کرد. همچنین بسیار محتمل است که NetFlow قبلاً در شبکه شما برای مقاصد گزارش دهی و گزارش پیکربندی شده باشد، بنابراین نیازی به تغییر پیکربندی موجود نیست. بنابراین، در مقایسه با اندازه گیری فعال که در آن پروب های نرم افزاری یا سخت افزاری مورد نیاز است، سرمایه گذاری لازم نیست. برخلاف اندازه‌گیری فعال، ما نیازی به انتخاب یک مسیر بین دو نقطه‌ای که پروب‌ها در آن قرار دارند، نداریم. در عوض، نمونه‌های OWD از داده‌های NetFlow بین تمام دستگاه‌های شبکه محاسبه می‌شوند. با این حال، برای محاسبه OWD از داده های NetFlow، باید ترافیک در مسیر وجود داشته باشد.

الزامات پردازش داده های جریان برای اندازه گیری OWD

چندین الزام وجود دارد که باید آنها را در نظر بگیریم. اول از همه، نتایج اندازه گیری باید در اسرع وقت به یک برنامه کاربردی لایه بالایی که اندازه گیری های OWD را انجام می دهد، تحویل داده شود. این به کارکنان فناوری اطلاعات اجازه می دهد تا به مسائلی که باعث کاهش عملکرد می شوند، به سرعت پاسخ دهند.

نمونه های اندازه گیری باید بر اساس مهر زمانی که برای آن مقدار OWD را گزارش می کنند، مرتب شوند. اگر نمونه اندازه گیری با مهر زمانی مشخص قبلاً به برنامه تحویل داده شده باشد، نمونه ای با مهر زمانی قبلی نباید تحویل داده شود.

اندازه گیری OWD بر اساس داده های جریان باید تا حد امکان نمونه های OWD را ارائه دهد. تعداد زیاد نمونه ها امکان دانه بندی بهتر را فراهم می کند. همچنین می‌توانیم میانگین‌های دقیقی را در یک دوره زمانی ایجاد کنیم تا تأثیر خطاهای تصادفی کاهش یابد در حالی که اطمینان افزایش می‌یابد.

طراحی باید در نظر داشته باشد که منابعی مانند CPU، RAM محدود هستند. این اجازه می دهد تا نمونه های OWD از جریان ها را حتی تحت سنگین ترین بارها به دست آورید، جایی که سرعت نوشتن جریان بالاترین است. توان عملیاتی به ترافیک و دستگاه های جذب جریان بستگی دارد.

مقیاس پذیری

استخراج OWD از رکوردهای جریان در صورتی کار می کند که حداقل دو نقطه مشاهده (OPs) وجود داشته باشد که رکوردهای جریان را برای یک جریان ایجاد کند. برای انجام یک اندازه‌گیری غیرفعال OWD، باید مُهرهای زمانی یک بسته در مکان‌های مختلف شبکه جمع‌آوری شود. انجام یک اندازه گیری غیرفعال OWD برای همه بسته های ارسالی به دلیل بار سنگین غیرممکن است. بنابراین، تنها کسری از بسته ها برای اندازه گیری انتخاب می شوند (نمونه برداری می شوند).

دقت اندازه گیری OWD مبتنی بر جریان

کوگل یک رویکرد پردازش کارآمد را توسعه داد که اثرات شبکه و جذب جریان را به حساب می آورد. برای اطمینان از اندازه گیری های قابل اعتماد، خطاها باید شناسایی، تصحیح و/یا کمیت شوند. برای این منظور، یک نمایه صادرکننده ایجاد می کند که این خطاها را توصیف می کند و دقت و کارایی آنلاین استخراج OWD از سوابق جریان را بهبود می بخشد. در مرحله اول (آفلاین)، مقادیر پروفایل صادرکننده برای هر صادرکننده NetFlow بر اساس حجم زیادی از داده های مرجع جمع آوری شده در طول یک روز کاری معمولی ایجاد می شود. در مرحله دوم (آنلاین)، جریان ها از صادرکنندگان دریافت می شود و از پروفایل ها به عنوان ورودی برای محاسبه OWD استفاده می شود. به لطف مقادیر نمایه ایجاد شده در مرحله آفلاین، مقادیر OWD به طور موثر هنگام شناسایی، جبران و تعیین کمیت خطاهای آنلاین محاسبه می شود.

OWD مبتنی بر جریان در مقابل اندازه‌گیری RTT مبتنی بر TCP

شبکه شرکتی که در شکل 1 نشان داده شده است برای ارزیابی دقت اندازه گیری OWD مبتنی بر جریان با نگهداری پروفیل در طول پنج روز استفاده شد. رکوردهای NetFlow v5 از روترهای واقع در فرانسه و استرالیا صادر شده و به جمع کننده در آلمان ارسال می شود. برای هر صادرکننده، پارامترهای پروفایل در مرحله آفلاین به دست می‌آیند تا دقت روش بهبود یابد. فیلتر خطا، جبران خطای سیستماتیک و سایر روش‌های تصحیح در مرحله آنلاین اجرا می‌شوند.

دقت اندازه‌گیری OWD مبتنی بر جریان در برابر اندازه‌گیری RTT فعال مبتنی بر TCP ارزیابی می‌شود. در طی این اندازه‌گیری‌ها، دستگاه اندازه‌گیری هر 20 دقیقه یک بسته از 1000 بسته TCP ACK را با سرعت 10 بسته در ثانیه به هر Ping Peer ارسال می‌کند. همتایان پینگ در فرانسه و استرالیا با پیام های TCP RST پاسخ می دهند. نمونه‌های اندازه‌گیری از اندازه‌گیری‌های فعال و مبتنی بر جریان که از همان بسته‌هایی که از شبکه عبور می‌کنند در دسترس هستند و قابل مقایسه هستند. به گفته کوگل، تصحیح مبتنی بر پروفایل منجر به نمونه‌های بسیار دقیق OWD می‌شود که فقط خطای تصادفی را نشان می‌دهند که می‌توان از پارامترهای نمایه شناخت.

شکل 1: توپولوژی شبکه برای ارزیابی دقت اندازه گیری OWD مبتنی بر جریان غیرفعال
منبع: http://www.ikr.uni-stuttgart.de/Content/Publications/Archive/Kl_Diss_40189.pdf

دقت اندازه‌گیری OWD مبتنی بر جریان در برابر اندازه‌گیری RTT فعال مبتنی بر TCP ارزیابی می‌شود. در طی این اندازه‌گیری‌ها، دستگاه اندازه‌گیری هر 20 دقیقه یک بسته از 1000 بسته TCP ACK را با سرعت 10 بسته در ثانیه به هر Ping Peer ارسال می‌کند. همتایان پینگ در فرانسه و استرالیا با پیام های TCP RST پاسخ می دهند. نمونه‌های اندازه‌گیری از اندازه‌گیری‌های فعال و مبتنی بر جریان که از همان بسته‌هایی که از شبکه عبور می‌کنند در دسترس هستند و قابل مقایسه هستند.

شکل 2: مسیر آلمان-فرانسه: مقایسه RTT فعال و OWD مبتنی بر جریان
منبع: http://www.ikr.uni-stuttgart.de/Content/Publications/Archive/Kl_Diss_40189.pdf

تصویر 3: جاده آلمان-استرالیا: مقایسه RTT فعال و OWD مبتنی بر جریان
منبع: http://www.ikr.uni-stuttgart.de/Content/Publications/Archive/Kl_Diss_40189.pdf

نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که اندازه‌گیری OWD مبتنی بر جریان امکان‌پذیر است، اما نیاز به پشتیبانی پروفایل برای تصحیح خطا و اندازه‌بندی زنجیره پردازش آنلاین دارد. این امر به ویژه برای خطاهای سیستم، خطاهای بزرگ پراکنده (اشتباهات)، و خطاهای ناشی از اعوجاج ساعت سیستم صادق است.

نتیجه:

این پایان نامه امکان اندازه گیری OWD مبتنی بر جریان را با پشتیبانی پروفایل نشان می دهد. اندازه‌گیری OWD مبتنی بر جریان با پشتیبانی از پروفایل می‌تواند به عنوان مکمل یا جایگزینی برای اندازه‌گیری‌های OWD فعالی که امروزه انجام می‌شود استفاده شود.