Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Проверка качества каналов Интернет

Ф. В. Афанасьев, А. В. Петров, А. М. Сухов

У пользователей Интернет, равно как и у персонала компаний, предоставляющих услуги Интернет, часто возникает вопрос, как оценить качество связи и найти в сети “узкие” места? К сожалению, в настоящее время нет единого подхода и общепринятых тестов для решения данной задачи. При этом в России, особенно в провинции, пользователи, подключенные к Интернет, зачастую не имеют ни малейшего представления об инфраструктуре вышестоящей сети, ее пропускной способности и качестве предоставляемых услуг.

Обычно для оценки качества работы сети используют три следующие характеристики:

• уровень загрузки канала (utilization level);

• время доставки пакета (round trip time), которое может быть оценено по данным команды ping;

• количество потерянных пакетов (packet loss rate).

Полную версию данной статьи смотрите во 6-ом номере журнала за 2003 год.

Если последние две характеристики служат в основном для оценки качества соединения между двумя удаленными точками (end-to-end), то уровень загрузки канала применяется для мониторинга канала между двумя соседними маршрутизаторами (hop).

Крупные зарубежные компании руководствуются своими собственными техническими условиями для оценки пиковых нагрузок магистральных соединений, по достижению которых требуется расширение каналов. Эти пиковые значения варьируются в пределах 35—60%. Так, Sprint считает невозможным эксплуатацию каналов с пиковой загрузкой выше 50%. Подобные вопросы постоянно обсуждаются на конференциях, таких, как ACM SIGCOMM, IEEE Infocom и др., однако накопленные знания еще не достигли того уровня, когда появляется возможность выработать единый стандарт и соответствующее программное обеспечение для измерений.

Моделирование трафика на пакетном уровне — задача довольно сложная, так как канальный трафик есть результат суммирования трафика огромного числа отдельных соединений. Недавно появился новый подход, основанный на представлении трафика в виде потоков (flow). Это обобщенное понятие, соответствующее TCP-соединению или UDP-потоку (stream), учитывающее множество параметров, основными из которых являются IP-адреса отправителя и получателя, соответствующие номера портов и номер протокола. Исследовать поведение сети на основе потоковых технологий значительно удобнее, такое исследование требует меньших затрат. В этой статье нам хотелось бы представить простой тест, позволяющий судить о качестве сети и ее реальной пропускной способности.

Чтобы проанализировать качество участка магистрали или канала к провайдеру, мы должны построить графическую зависимость между загрузкой канала и числом активных потоков в нем. Соответствующий механизм, основанный на пассивных измерениях, описан в RFC 2722 (Traffic Flow Measurement: Architecture).

В настоящее время имеется несколько программных реализаций этой архитектуры, среди которых следует упомянуть технологию Cisco NetFlow, потоковые пакеты RIPE (Reseaux IP Europeens) и NLARN (The National Laboratory for Applied Network Research). RIPE — это европейское подразделение организации IANA (http://www.iana.org), являющееся региональным сетевым координационным центром и Интернет-регистратором. Задачи RIPE — выделение автономных систем и адресных блоков. Что же касается Национальной лаборатории прикладного сетевого исследования США (NLANR), то она занимается анализом глобальных сетей, в том числе вопросами, связанными с загрузкой каналов Интернет.

Мы провели свои измерения, о которых расскажем ниже, на сети самарской телекоммуникационной компании ЗАО “Самара Телеком”, базирующейся на маршрутизаторах Cisco с настроенной поддержкой технологии NetFlow.

Моделирование нагрузки с помощью потоков

Сначала отметим, что математическая модель Интернет-трафика на уровне потоков базируется на теории стохастических сетей. Эта модель была представлена, на конференции ACM SIGCOMM в августе 2001 г. (доклад Statistical Bandwidth Sharing: A Study of Congestion at Flow Level). На основании представленной модели был исследован, в частности, трафик магистральных каналов сети Sprint OC-12 (622 Мбит/с).

Для нашего теста предлагается строить зависимость загрузки канала от числа активных потоков в нем. Предполагаемая кривая изображена на рис. 1 и на ней можно выделить три участка, соответствующие качественно различным состояниям сети.

Первая часть кривой, выделенная зеленым цветом, соответствует рабочему участку сети и характеризуется минимальными потерями IP-пакетов. Предполагается, что это прямая линия, которая заканчивается точкой перегиба. Найти эту точку можно экспериментальным путем, таким образом определив длину рабочего участка.

Вторая часть кривой, выделенная синим цветом, соответствует перегруженной сети и характеризуется более существенными потерями пакетов, что приводит к снижению эффективного размера передаваемого сегмента TCP/IP. При этом общее число потоков во внешнем канале (каналах) изучаемой сети, бывших активными за время сбора статистики, будет пропорционально времени наблюдения, поскольку пользователи не меняют своего поведения в зависимости от загрузки сети. Хотя совершенно ясно, что потоки имеют конечную длительность (порядка 5—10 с), и в какой-то удаленный момент большинство их перестанут быть активными. Такое состояние сети характеризуется увеличением средней длительности потока (по сравнению с длительностью потоков на рабочем участке) и соответственно большим числом активных потоков, отнесенных к удельной нагрузке в исследуемый момент времени.

Красный участок кривой соответствует полностью неработоспособной сети со значительной потерей пакетов.

Методика проведения измерений

Мы проводили измерения на маршрутизаторе Cisco 7206 с настроенной поддержкой NetFlow. Следует отметить, что поддержка NetFlow должна быть включена на всех задействуемых интерфейсах, иначе результаты измерений будут некорректными. Так, наша попытка провести эксперимент на Ирландской научно-образовательной сети HeaNet оказалась неудачной из-за неполной настройки технологии NetFlow на маршрутизаторах.

Как правило, сеть использует один или несколько внешних каналов, при этом внутренние присоединения остаются гораздо менее загруженными. Поэтому можно строить зависимость числа активных потоков на граничном маршрутизаторе от общей загрузки внешних каналов.

Это достигается с помощью следующих команд:

>sh ip cache flow — выдает информацию о количестве активных и неактивных потоков, о их параметрах в конкретный момент времени;

>sh int [названия внешних интерфейсов] — выдает информацию о текущей загрузке канала.

Данные, полученные в результате выполнения этих команд, содержат все необходимые значения для построения графика, аналогичного изображенному на рис. 1. Их следует снимать круглосуточно, с интервалом 30 мин в течение недели, чтобы выявить поведение сети при различной загрузке. Достаточно легко написать соответствующий скрипт, который будет собирать данные с маршрутизатора на сервер управления.

Результаты измерений

Как уже упоминалось выше, пробное тестирование проводилось на граничном маршрутизаторе ЗАО “Самара Телеком”. В качестве внешних каналов использовались четыре потока E1, ведущих к различным магистральным Интернет-провайдерам.

Нами было получено несколько десятков значений для различной загрузки сети, и результат этих измерений представлен на графике (рис. 2), где на оси абсцисс отложено количество потоков, а на оси ординат — загрузка канала в процентах от максимальной величины.

Отдельные точки на графике соответствуют реальным состояниям сети, а пунктирная прямая из тире различных длин описывает ее рабочий участок. Угол наклона этой прямой представляет усредненное отношение, полученное для тех состояний, когда загрузка сети не превышала 40%.

Сверху этот участок ограничен прямой в виде отдельных точек, которая характеризует поведение сети при больших нагрузках. Пересечение двух прямых позволяет найти длину рабочего участка (45%). Когда число потоков превышает 2500, сеть начинает испытывать перегрузки, приводящие к замедлению ее работы. Причем с ростом запросов общая загрузка канала практически не растет, а качество связи значительно снижается.

Отметим, что на исследуемой сети практически отсутствует переходный участок (см. рис. 1), а в часы наибольшей нагрузки сети ее реальная пропускная способность более чем вдвое ниже объявленной.

Выводы и дальнейшие исследования

В настоящей статье описана методика, позволяющая оценивать качество Интернет-каналов на основе потоковых технологий и своевременно увеличивать их пропускную способность. Сейчас мы работает над созданием утилит для имеющегося программного обеспечения, которые позволят автоматически строить кривую зависимости загрузки канала от числа активных потоков и вычислять длину рабочего участка.

В дальнейшем планируется провести исследования по оценке параметров потока и прежде всего скорости передачи данных. Предполагается вывести аналитическую зависимость скорости потока (времени передачи файла определенного размера между двумя удаленными IP-узлами) от времени доставки пакетов и процента их потерь. Другими словами, мы хотим предложить методику теоретической оценки качества соединения по данным команды ping и ее аналога для TCP-пакетов (tcp ping).

Об авторах

Сухов Андрей Михайлович,
канд. физ.-мат. наук, начальник лаборатории
сетевых технологий Самарской
государственной академии путей сообщения
Телефон: (8462) 703-162
e-mail: sukhov@ssau.ru

Афанасьев Федор Викторович,
начальник отдела передачи данных
и телематических служб ЗАО “Самара Телеком”
Телефон: (8462) 702-707
e-mail: afv@smrtlc.ru

Петров Антон Владимирович,
ведущий инженер отдела передачи данных
и телематических служб ЗАО “Самара Телеком”
e-mail: apetrov@smrtlc.ru





  
6 '2003
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Хот-спот Wi-Fi — "горячая" точка мира телекоммуникаций

бизнес

• Рынок СТК и Интернет-карт в Москве

• Тенденции развития российского рынка сотовой связи

инфраструктура

• Тестируем двухдиапазонные точки доступа для беспроводных ЛВС

• Уровень 7 работает на вас

• Решение транспортной проблемы Москвы — в руках связистов?

информационные системы

• Проблемы реализации ИТ-проектов на государственном предприятии

• Системы CRM осваивают новые профессии

• Приди и возьми!

• Ликвидируем утечки коммуникаций

сети связи

• Проверка качества каналов Интернет

• Качество VoIP: корреляция оценки MOS и R-фактора

• Как используются соглашения SLA

кабельные системы

• Еще раз об интероперабельности компонентов категории 6

• Спецификация и выбор оптического волокна, применяемого в СКС

• Стандарт на СКС для систем автоматизации зданий

новые продукты

• Четырехпроцессорный Storm; Онлайновые ИБП Vanguard; Системы удаленного присутствия In-Reach LX-4000S


• Калейдоскоп



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх