Monitorowanie i pomiary w sieciach IP MOPS wykad

Monitorowanie i pomiary w sieciach IP (MOPS) wykład 1: Wprowadzenie dr hab. inż. Andrzej Bęben, pok. 336 a (abeben@tele. pw. edu. pl) Konsultacje: piątek 10. 00 -12. 00 Zespół Architektur i Zastosowań Internetu (aai. tele. pw. edu. pl)

Charakterystyka wykładu (1) Celem wykładu jest zapoznanie studentów z: n n n n MOPS 2020 rolą pomiarów w sieciach IP podstawowymi metrykami metodami pomiarowymi narzędziami pomiarowymi stosowanymi w praktyce metodami symulacyjnymi infrastrukturą badawczą Zastosowaniami pomiarów w sieciach 2

Charakterystyka wykładu (2) Organizacja wykładu: n n n wykład 2 h: wtorek g. 14. 15 - 16. 00, s. 17 projekt 1 h: (realizowany w PLLAB, sala 336 albo zdalnie) laboratorium 4 x 4 h: czwartek g. 16. 15 s. 336 konsultacje: pt. 10. 00 -12. 00 zaliczanie przedmiotu: w w projekt - 20 pkt. kolokwium – 20 pkt. laboratorium - 20 pkt. egzamin – 40 pkt. Materiały pomocnicze na stronie: aai. tele. pw. edu. pl n n n MOPS 2020 prezentacje z wykładów rękopis skryptu A. Beben, M. Dabrowski, Monitorowanie i pomiary w sieciach IP, Warszawa 2005 wybór dokumentów standaryzacyjnych IETF i ITU-T wybór dokumentów z projektów: Eu. Qo. S, Mo. Me, COST IC 0703 publikacje otwarte 3

Charakterystyka wykładu (3) Laboratoria: n n Grupy 2 osobowe Eksperymenty w sieci badawczej PLLAB 2020 w CW 1: Pomiary opóźnień, zmienności opóźnienia i strat pakietów w sieci IP w CW 2: Pomiar dostępnej przepływności w sieciach IP w CW 3: Charakteryzacja ruchu w CW 4: Badanie protokołu TCP w sieciach IP Projekt: n n Grupy 2 osobowe Przykładowe tematy projektów: w Ocena charakterystyk przekazu pakietów (pomiary i symulacje) w Opracowanie symulatora węzła sieci w Testowanie wydajności rutera (lab: ruter + Spirent) MOPS 2020 4

Plan wykładów (1) W 1: Wprowadzenie W 2: Metryki pomiarowe W 3: Metody pomiarowe (aktywne i pasywne) W 4: Narzędzia pomiarowe W 5: Podstawy technik symulacji W 6: Modele symulacyjne elementów sieci W 7: Modelowanie złożonych systemów i sieci W 8: Analiza wyników pomiarowych W 9: (kolokwium!) MOPS 2020 5

Plan wykładów (2) W 10: Podstawy testowania W 11: Pomiary i charakteryzacja ruchu W 12: Pomiary w sieciach wielousługowch W 13: Pomiary wspierające wybrane mechanizmy sieci n n n MOPS 2020 Sterowanie ruchem (measurement based admission control) Inżynieria ruchowa (ruch przenoszony, routing) Ochrona przed atakami 6

Wykład 1: Wprowadzenie Charakterystyka sieci IP Rola pomiarów Czym jest pomiar? n Metoda pomiarowa Obszary zastosowania pomiarów: n n n monitorowanie testowanie wsparcie funkcji sieci w sterowanie ruchem w inżynieria ruchowa w OAM (zarządzanie) Standaryzacja MOPS 2020 7

Wykład 1: Wprowadzenie Charakterystyka sieci IP Rola pomiarów Czym jest pomiar? n Metoda pomiarowa Obszary zastosowania pomiarów: n n n monitorowanie testowanie wsparcie funkcji sieci w sterowanie ruchem w inżynieria ruchowa w OAM (zarządzanie) Standaryzacja MOPS 2020 8

Sieć IP (1) Główne cechy sieci IP (Internet Protocol): Sieć oparta o komutację pakietów n Zmienna długość pakietów Bezpołączeniowy tryb transmisji: n n Każdy pakiet zawiera pełną informację adresową Każdy pakiet może być przesyłany inna drogą (brak gwarancji na integralność przesyłanego strumienia danych) Tradycyjnie była wspierana tylko jedna usługa sieciowa tj. best effort (wszystkie pakiety są traktowane identycznie). Obecnie opracowano rozwiązania umożliwiające różnicowani obsługi pakietów i zapewnienie jakości obsługi -> wprowadzenie usług sieciowych Brak w sieci mechanizmów przeciążeniowych i sterowania ruchem (sterowanie wyłącznie po stronie użytkownika np. protokół TCP) Powszechnie używana (sieć Internet, sieci operatorów, wojskowe. . . ) MOPS 2020 9

Sieć IP (2) Działanie sieci IP Node B D. 1 Node D Node A Term D. 1 Term A. 1 Node C MOPS 2020 10

Sieć IP (3) Sieć IP jest zbudowana z niezależnych domen AS (Autonomouns Systems) Backbone Tier 1 Large ISP Tier 2 Small ISP & access networks MOPS 2020 ISP – Internet Service Provider 11

Sieć IP (3) Sieć IP jest zbudowana z niezależnych domen AS (Autonomouns Systems) Backbone Tier 1 Large ISP Tier 2 Small ISP & access networks MOPS 2020 ISP – Internet Service Provider 12

Sieć IP (4) Format pakietu IPv 4 0 15 16 4 bits IHL Total Length TOS 4 bits 16 bits 8 bits 3 bits 16 bits TTL 8 bits Fragment offset Flags Identifier 13 bits Header checksum Protocol 16 bits 8 bits 20 bytes Version 31 Source IP Address 32 bits Destination IP Address 32 bits Options User Data IHS: Internet Header Length TTL: Time To Live TOS: Type of Service IPv 4 packet format - RFC 791 MOPS 2020 13

Sieć IP (5) Format pakietu IPv 6 Version (4 bity) Traffic Class (8 bitów) Payload Length (16 bitów) Flow Label (20 bitów) Next Header (8 bitów) Hop Limit (8 bitów) Source address (16 bajtów) Destination address (16 bajtów) Data : : : MOPS 2020 14

Aplikacje: Wymagania Qo. S oraz typ ruchu Vo. IP Emulacja łącza • • Aplikacje medyczne Aplikacje inżynieryjne • • PBX Przekaz bezstratny Gwarantowana szybkość bitowa Strumieniowy VBR Strumieniowy Ruch Elastyczny Wideo-konferencja Internet TV Wideo na żądanie Audio na żądanie Małe opóźnienie Mała zmienność opóźnienia Małe prawd. straty Gwarantowana szybkość bitowa MOPS 2020 Gwarantowana szybkość bitowa Elastyczny ciągły Elastyczny sporadyczny ? WWW Usługi bankowe Gry sieciowe Zakupy w sieci Czat Peer-to-peer E-mail • FTP • Strumieniowy CBR Strumieniowy VBR • • Małe opóźnienie Mała zmienność opóźnienia Małe prawd. straty Gwarantowana szybkość bitowa Brak ściśle określonych wymagań • • Przekaz bezstratny Krótki czas przesłania wiadomości 15

Sieci IP ewoluują w kierunku sieci wielousługowej gwarantującej jakość obsługi Przekaz ruchu związanego z różnymi aplikacjami wymaga zdefiniowania usług sieciowych gwarantujących odpowiedni poziom jakości obsługi (Qo. S) Jedna sieć telekomunikacyjna MOPS 2020 16

Sieć wielo-usługowa (Multi-service network) Korzysta z różnych aplikacji: www, telnet, email, Vo. IP, videostreaming, tele-medicine, games Usługa sieciowa użytkownik Usługa sieciowa Sieć Usługa sieciowa: określa gwarancje sieci do przekazu strumienia pakietów z określoną jakością Sieć z komutacją pakietów: ATM, IP. Może to być również sieć dostepowa: LAN/Ethernet, UMTS, WLAN, x. DSL Cel: zapewnić wymagana jakość przekazu, z możliwością różnicowania MOPS 2020 17

Jakość obsługi (1) Poziom sieci: opóźnienie pakietów, zmienność opóźnienia, poziom strat, przepływność Poziom użytkownika: MOS (Mean Opinion Score) User level user User assessment User level user ITU G. 1010 codec Application level Additional mechanisms Network level MOPS 2020 Network interface Additional mechanisms (e. g. playback buffer) ITU Y. 1541 IETF IPPM Network interface Network level

Jakość obsługi (2) n MOPS 2020 Przykładowe usługi proponowane dla sieci IP (projekt Eu. Qo. S) 19

Sieć IP podsumowanie zbudowana z autonomicznych systemów z których każdy jest administrowany niezależnie łączy różne techniki: n n dostępowe: Ethernet, Wi. Fi, x. DSL, x. PON, UMTS, transmisyjne: SDH/SONET, Ethernet, WDM, . . . przenosi ruch z różnych aplikacji: www, e-mail, p 2 p, ftp, Vo. IP, Vo. D, IPTV, usługi chmurowe (Iaa. S, Paa. S, Saa. S), Io. T, . . ewoluuje w kierunku: n n sieci wielousługowej gwarantującej jakość obsługi sieci sterowanej programowo SDN/NFV Konsekwencje: n n n Sieć IP jest bardzo złożona Podlega ciągłym zmianom Trudna do projektowania i zarządzania (brak jednolitego planowania) MOPS 2020 20

Wykład 1: Wprowadzenie Charakterystyka sieci IP Rola pomiarów Czym jest pomiar? n Metoda pomiarowa Obszary zastosowania pomiarów: n n n monitorowanie testowanie wsparcie funkcji sieci w sterowanie ruchem w inżynieria ruchowa w OAM (zarządzanie) Standaryzacja MOPS 2020 21

Rola systemów pomiarowych Pomiar, oprócz metod analitycznych, jest podstawowym źródłem wiedzy o stanie sieci: n n MOPS 2020 sieć IP jest b. złożoną strukturą, podlegającą ciągłym zmianom obciążenie ruchem w sieci IP jest trudne do prognozowania dostępne i stosowane dotychczas modele analityczne w wielu przypadkach nie są w stanie dostarczyć wystarczającej wiedzy o stanie sieci zastosowanie metod sterowania ruchem opartych na pomiarach pozwala zwiększyć ich efektywność 22

Wykład 1: Wprowadzenie Charakterystyka sieci IP Rola pomiarów Czym jest pomiar? n Metoda pomiaru Obszary zastosowania pomiarów: n n n monitorowanie testowanie wsparcie funkcji sieci w sterowanie ruchem w inżynieria ruchowa w OAM (zarządzanie) Standaryzacja MOPS 2020 23

Czym jest pomiar? (1) Pomiar to „proces oddziaływania przyrządu pomiarowego z badanym obiektem, zachodzący w czasie i przestrzeni, którego wynikiem jest uzyskanie informacji o własnościach obiektu” n pomiar pozwala uzyskać informacje o przeszłości n pomiar jedynie estymuje wartość rzeczywistą n pomiar jest obarczony błędem Rozdzielczość w dokładność <-> czas pomiaru Synchronizacja Czas przetwarzania Src Wartość rzeczywista Dst Wartość zmierzona MOPS 2020 Wysłanie pierwszego bitu Odebranie ostatniego bitu 24

Czym jest pomiar? (2) Metoda pomiarowa - określa sposób pomiaru danej metryki. Metoda powinna zapewnić, że pomiar jest powtarzalny. n metoda aktywna n MOPS 2020 metoda pasywna 25

Wykład 1: Wprowadzenie Charakterystyka sieci IP Rola pomiarów Czym jest pomiar? n n Metryka (skala czasu) Metoda pomiarowa Obszary zastosowania pomiarów: n n n monitorowanie testowanie wsparcie funkcji sieci w sterowanie ruchem w inżynieria ruchowa w OAM (zarządzanie) Standaryzacja MOPS 2020 26

Obszary zastosowania pomiarów n Testowanie urządzeń (sieci) n Monitorowanie jakości usług n Wsparcie funkcji sieci w sterowania ruchem (traffic control) w inżynierii ruchowej (traffic engineering) w zarządzania i utrzymania sieci – OAM (Operation, Administration and Maintenance) n n MOPS 2020 wykrywanie anomalii Wykrywanie ataków 27

Standaryzacja (1) Standardy dotyczące pomiarów są opracowywane przez IETF oraz ITU-T Zalecenia IETF 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. IETF IETF IPPM (IP Performance Metrics) Working Group, http: //www. ietf. org/html. charters/ippm-charter. html RFC 2330, "Framework for IP Performance Metrics", May 1998 RFC 2678, "IPPM Metrics for Measuring Connectivity", September 1999 RFC 2679, "A One-way Delay Metric for IPPM", September 1999 RFC 2680, "A One-way Packet Loss Metric for IPPM", September 1999 RFC 2681, "A Round-trip Delay Metric for IPPM", September 1999 RFC 3393, "IP Packet Delay Variation Metric for IP Performance Metrics (IPPM)", November 2002 RFC 3763, "A One-way Active Measurement Protocol (OWAMP) Requirements", April 2004 Zalecenia ITU-T 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. ITU-T Recommendation G. 1000: “Communications Quality of service: A framework and definitions”, November 2001 ITU-T Recommendation E. 800: “Terms and Definitions related to Quality of Service and Network Performance including Dependability”, August 1994 ITU-T Recommendation Y. 1540, “Internet protocol data communication service-IP packet transfer and availability performance parameters”, December 2002 ITU-T Recommendation Y. 1541: Network performance objectives for IP-based services”, May 2002 ITU-T Recommendation O. 151, Error performance measuring equipment operating at the primary rate and above, October 1992 ITU-T Recommendation O. 171, Timing jitter and wander measuring equipment for digital system which are based on pleisochronous digital hierarchy (PDH), April 1997 ITU-T Recommendation G. 823 MOPS 2020 28