Методика измерений параметров передачи трафика на сетях IP
Подход к измерениям
Измерение, мониторинг и контроль значений качественных параметров передачи данных - важная задача процесса эксплуатации IP сети. Измерения проводятся путем проведения тестов, в ходе которых осуществляется пропуск трафика на контролируемой сети и фиксация параметров его доставки.
На узлах сети размещаются специализированные аппаратно-программные комплексы агентов. В целях исключения влияния сбоев агента (на программном или аппаратном уровнях) на работоспособность услуги связи, агенты измерений подключаются к узлам контролируемой сети в режиме Т-подключения (к порту коммутатора или маршрутизатора). Измерение качественных характеристик каналов связи осуществляется путем пропуска контрольного трафика с заданными параметрами через исследуемый сегмент сети между агентами в каждом направлении. Использование проб на ключевых узлах сети позволит производить измерения не только сквозных параметров, но и на определенных ее участках, что облегчит в дальнейшем процесс локализации проблемы.
Агент-инициатор (т. е. агент, у которого хранится конфигурация теста) по заданным критериям определяет момент времени для запуска теста. Тест может запускаться:
- по расписанию с заданной периодичностью, начиная с определенного момента, по расписанию в определенные временным шаблоном моменты (например: по ночам, по выходным), по запросу оператора.
Инициатор устанавливает управляющее соединение с сопряженным агентом. Управляющая сессия авторизуется. После согласования параметров, для проведения измерений в каждом направлении, оба агента становятся источниками и приемниками тестового трафика. При пропуске тестового трафика, могут быть учтены различные параметры, определяющие профиль трафика и настраиваемые на различных уровнях от канального до прикладного.
Параметры
Каждый из агентов фиксирует характеристики доставки в своем направлении. На сетевом/транспортном уровнях измеряются:
- Потери. Процент потерянных пакетов в каждом направлении, Круговые задержки, Односторонние задержки в каждом направлении, Вариация задержки (Jitter) в каждом направлении, Скорость, с которой был осуществлен прием тестовых пакетов в каждом направлении, Объем полученных тестовых данных, Процент пакетов доставленных с измененным классом сервиса (реклассифицированные пакеты).
Параметр | Единица измерения | Шаг измерения | Диапазон значений |
Процент потерянных пакетов | % | 100/(количество пакетов в тесте) | От 0 до 100 |
Процент реклассифицированных пакетов | % | 100/(количество пакетов в тесте) | От 0 до 100 |
Круговые и односторонние задержки | мс мкс* | 1 мс 1 мкс* | От 0 до значения таймаута |
Вариация задержки | мс мкс* | 1 мс 1 мкс* | От 0 до значения таймаута |
Скорость | бит/с | 1 бит/c | От 1024 бит/с до расчетной максимальной тестовой скорости агента |
Объем | байт | 1 байт | Минимальный размер тестового пакета 53 байта с заголовками IP, максимальный объем: 1,84467E+19 |
* - при включении микросекундного таймера
Измерение этих параметров может производиться в разных классах сервиса, т. е. тестовый трафик может быть маркирован соответствующим значением поля TOS (или DSCP) для получения необходимого приоритета при обслуживании на сетевых узлах.
Дополнительно необходимо контролировать текущую загрузку каналов опорной сети, это осуществляется путем съема информации о проходящем через интерфейсы сетевых устройств трафике. Наиболее распространенный способ получения информации о текущей загрузке - съем данных по SNMP.
Требования к параметрам
Сетевые сервисы в разной степени чувствительны к составу и значениям качественных параметров. Например, приложения реального времени в значительной степени подвержены влиянию вариации задержки (jitter), а видео-приложения к потерям. Исходя из требований со стороны распространенного состава сетевых сервисов формируется стандартная политика контроля качественных параметров, включающая в себя требования к следующим параметрам:
Параметр | Предел нормального значения | Предел завышенного значения | Предел максимального значения |
Потери (%) | 0.5 | 1 | 3 |
Вариация задержки (мс) | 10 | 20 | 30 |
Круговая задержка (мс) | 120 | 150 | 180 |
Односторонняя задержка (мс) | 60 | 75 | 90 |
Процент реклассифицированных пакетов | 0.5 | 1 | 3 |
Загрузка канала (%) | 60% | 70% | 80% |
Для спутниковых каналов выдвигаются более мягкие требования:
Параметр | Предел нормального значения | Предел завышенного значения | Предел максимального значения |
Потери (%) | 0.5 | 1 | 3 |
Вариация задержки (мс) | 50 | 55 | 60 |
Круговая задержка (мс) | 120 | 150 | 180 |
Односторонняя задержка (мс) | 800 | 1000 | 1200 |
Процент реклассифицированных пакетов | 400 | 500 | 600 |
Загрузка канала (%) | 60% | 70% | 80% |
Алгоритмы измерений
Процент потерянных пакетов
Потери пакетов могут появляться:
- за счет искажений, возникающих при их доставке или, за счет перегрузок на линиях передачи и сетевых устройствах, приводящих к их отбрасыванию, за счет отсутствия связности между узлами на контролируемом участке сети
Количество пакетов, которые будут переданы известно заранее. Для каждого направления измерений на приемной стороне фиксируется количество пакетов полученных от агента-источника. После завершения теста, недостающие пакеты считаются потерянными. Потери сохраняются как в абсолютном значении, так в процентном.
Nsent - количество пакетов высланных источником
Nrecv - количество пакетов доставленных до приемника
Не имеет источников неопределенностей.
Процент реклассифицированных пакетов
Процентное отношение пакетов принятых с измененным классом сервиса (IPP/DSCP) к общему количеству пакетов, принятых в тестовой серии.
Не имеет источников неопределенностей.
Объем принятых данных
Фиксируется как суммарный объем всех тестовых пакетов принятых агентом в серии. При этом учитываются заголовки 3-4 уровней (IP/UDP overhead).
Li - размер i-го пакета в тестовой серии из n пакетов.
Не имеет источников неопределенностей.
Скорость приема
Фиксируется время, потраченное на прием всех тестовых пакетов, а так же их объем. Скорость приема рассчитывается как отношение количества бит принятых данных, ко времени, затраченному на прием.
V - скорость приема
L - количество бит данных принятых в тестовой сессии с учетом заголовков
t - время приема
Время приема содержит источники неопределенности:
- неопределенность измерения времени, оценивается по типу B неопределенность времени доставки контента, оценивается статистически по типу A
Неопределенность измерения времени:
- вероятность подстройки времени протоколом NTP, из-за плавной подстройки можно пренебречь. вероятность переключения контекста ОС: до 10 мс (для ОС без высокого разрешения таймера)
Стандартная неопределенность измерения времени по типу B, для равномерного распределения:
Неопределенность времени доставки:
Является следствием множества процессов на сети, связанных с обслуживанием трафика. Стандартную неопределенность серии измерений для нормального распределения оценивается по типу A:
где
т. е. среднее арифметическое.
Для моделей, включающих только произведения или частные, стандартная неопределенность дается средним геометрическим относительных стандартных отклонений:
Для представления расширенной неопределенности измерения величины, подчиняющейся нормальному закону, разумно воспользоваться коэффициентом охвата k = 2, который дает 95% охвата всех измерений (для 99% охвата следует воспользоваться k = 3):
Результаты измерений представляют в виде:
(U0.95 - относительное стандартное отклонение, поэтому требуется произведение на V)
Задержка
Информация о локальном времени агента-отправителя записывается в область данных пакета. На приемной стороне фиксируется локальное время агента-приемника. Одностороння задержка вычисляется как разница времени приема (по часам агента-приемника) и времени отправки (по часам агента-отправителя) тестового пакета.
В тестовой серии вычисляются минимальная, максимальная и средняя задержки.
sd - направление от инициатора к сопряженному, аналогично вычисляются задержки для обратного направления: ds.
Средняя задержка вычисляется как сумма задержек всех принятых пакетов, деленная на количество пакетов.
Для получения корректных измерений односторонних задержек, требуется синхронизация времени на агентах.
Минимальная, средняя и максимальная круговые задержки вычисляется как сумма соответствующих односторонних задержек, измеренных на обоих агентах.
Для задержек время доставки пакета содержит источники неопределенности:
- неопределенность измерения времени, оценивается по типу B неопределенность времени доставки пакета, оценивается статистически по типу A
Неопределенность измерения времени:
- вероятность подстройки времени протоколом NTP, из-за плавной подстройки можно пренебречь. вероятность переключения контекста ОС: до 10 мс (для ОС без высокого разрешения таймера) для односторонних задержек добавляется возможность рассинхронизации часов: около 10мс
Стандартная неопределенность измерения времени по типу B, для равномерного распределения. Для круговых задержек:
Для односторонних задержек:
Неопределенность времени доставки является следствием множества процессов на сети, связанных с обслуживанием трафика. Стандартную неопределенность серии измерений для нормального распределения оценивается по типу A:
где
т. е. среднее арифметическое.
Для моделей, включающих только суммы или разности величин, стандартная неопределенность дается средним геометрическим абсолютных стандартных отклонений:
Для представления расширенной неопределенности измерения величины, подчиняющейся нормальному закону, разумно воспользоваться коэффициентом охвата k = 2, который дает 95% охвата всех измерений (для 99% охвата следует воспользоваться k = 3):
Результаты измерений представляют в виде:
Аналогично представляются другие задержки. Для односторонних задержек стандартная неопределенность по типу B увеличивается из-за возможности рассинхронизации часов на разных агентах.
Вариация задержки
Информация о локальном времени агента-отправителя записывается в область данных пакета. На приемной стороне фиксируется локальное время агента-приемника. Одностороння задержка вычисляется как разница времени приема (по часам агента-приемника) и времени отправки (по часам агента-отправителя) тестового пакета. Вариация задержки (Jitter) вычисляется в ходе тестирования с использованием метода, предложенного в RFC 3550:
Где
- Ji – результат измерения вариации задержки на i-ой итерации. Di-1,i – разница времен доставки двух последовательных посылок тестовых запросов.
Di-1,i = (Ri-1 – Si-1) - (Ri - Si)
R – время отправки пакета, а S – время его доставки.
При вычислении вариации задержки фигурируют те же неопределенности, что и для круговых задержек.
- неопределенность измерения времени, оценивается по типу B неопределенность времени доставки пакета, оценивается статистически по типу A
Неопределенность измерения времени:
- вероятность подстройки времени протоколом NTP, из-за плавной подстройки можно пренебречь. вероятность переключения контекста ОС: до 10 мс (для ОС без высокого разрешения таймера)
Стандартная неопределенность измерения времени по типу B, для равномерного распределения.
Неопределенность времени доставки является следствием множества процессов на сети, связанных с обслуживанием трафика. Стандартную неопределенность серии измерений для нормального распределения оценивается по типу A:
где
т. е. среднее арифметическое.
Для моделей, включающих только суммы или разности величин, стандартная неопределенность дается средним геометрическим абсолютных стандартных отклонений:
Для представления расширенной неопределенности измерения величины, подчиняющейся нормальному закону, разумно воспользоваться коэффициентом охвата k = 2, который дает 95% охвата всех измерений (для 99% охвата следует воспользоваться k = 3):
Результаты измерений представляют в виде:
Аналогично для вариации задержки, измеряемой в обратном направлении DSJitter.
Конфигурация тестов
Для проведение измерений значений параметров доставки на сети необходимо выполнить:
Подготовка контролируемого участка сети к установке агентов:
- Определение участка сети, ограниченного узлами, на которых будут установлены агенты. Выделение физических или логических портов на узлах сети, по которым будет осуществлено подключение. Подготовка первичных конфигурационных параметров: VLAN-tags, IP/Mask, default gateway, static routes, DNS, NTP-servers, адрес управляющей системы IQM-Manager, уникальный алфавитно-цифровой идентификатор для каждого агента. Обеспечение связанности между узлами сети: конфигурация маршрутизации, фильтрации, политик обслуживания трафика.
Установка агентов на сети:
- Проведение первичной конфигурации с использованием подготовленных параметров. Доставка агентов на узлы, подключение к сети. Обеспечение связанности с системой управления и подключение агентов к ней. Для подключения агента следует воспользоваться WEB-формой конфигурации агентов: Конфигурация -> IQM агенты -> Агенты. Заполнить поля: IP агента, пароль, тип. Опционально - сетевой уровень и профиль SNMP. Нажать на "подключить".
- После подключения агентов к системе управления IQMM, конфигурирование параметров агента и тестов осуществляется через WEB-интерфейс.
Конфигурирование тестов:
- Для конфигурирования теста минимально следует указать агент-инициатор и сопряженного агента в форме конфигурации теста (Конфигурация -> IQM агенты -> Тесты). Нажать на кнопку "добавить".
- Остальные параметры будут заполнены автоматически значениями по умолчанию. Будет создан базовый U0-тест для выполнения по запросу со следующими параметрами:
- После создания теста по умолчанию он доступен для выполнения его по запросу. Форма Статистика -> Тесты по требованию или перейти по ссылке "Тесты по требованию" выбрав ID теста. Тест может быть выполнен с заданным числом итераций.
После выполнения теста результаты запрашиваются нажатием кнопки "Результаты"
- При необходимости, тест может быть сконфигурирован для выполнения на регулярной основе. Для этого потребуется установка параметров: OnDemand=0, Test frequency (sec) = требуемый период запуска теста. Для проведения тестирования в определенные моменты времени потребуется создание шаблона Cron-like template. Графические и табличные отчеты по результатам регулярных измерений доступны через пункт меню "Графики"
Конфигурация теста по умолчанию призвана обеспечить минимальное воздействие теста на измеряемую среду. Скорость инициирования тестового потока - 64Кбит в секунду, рассчитана как 25% от минимального объема канала 256Кбит/с на котором возможна работа приложений реального времени. Размер пакета: 88байт - 60 байт полезной нагрузки плюс 28 заголовки. Количество пакетов в серии измерений - 200, достаточно для измерения 0.5% потерь. Периодичность: 600 сек. Длительность такого теста, как нетрудно посчитать - 2с.
