Optimization techniques for large-scale traceroute measurements

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1 Abschlussvortrag Master s Thesis Optimization techniques for large-scale traceroute measurements Benjamin Hof Lehrstuhl für Netzarchitekturen und Netzdienste Institut für Informatik Technische Universität München Themensteller: Prof. Georg Carle Betreuer: Dirk Haage, Johann Schlamp 9. November 2011 Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

2 Übersicht Übersicht 1. Grundlagen Traceroute Verwandte Arbeiten 2. Optimierungen Global Stop Set mit Schwellenwert Universal Stop Set 3. Implementierung 4. Auswertung Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

3 Grundlagen Motivation Motivation Ziel dieser Thesis: Topologie des Internets auf Routerebene feststellen aktive Messungen durchführen und verbessern Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

4 Grundlagen Motivation Motivation Ziel dieser Thesis: Topologie des Internets auf Routerebene feststellen aktive Messungen durchführen und verbessern grundlegende Technik: Traceroute Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

5 Grundlagen Traceroute Traceroute: 1. Paket 1a. Monitor TTL = 1 A B Target Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

6 Grundlagen Traceroute Traceroute: Antwort 1a. Monitor TTL = 1 A B Target 1b. ICMP time exceeded Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

7 Grundlagen Traceroute Traceroute 2. Paket 1a. Monitor TTL = 1 A B Target 1b. 2a. ICMP time exceeded TTL = 2 TTL = 1 Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

8 Grundlagen Traceroute Traceroute Antwort 1a. Monitor TTL = 1 A B Target 1b. 2a. ICMP time exceeded TTL = 2 TTL = 1 2b. ICMP time exceeded Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

9 Grundlagen Verwandte Arbeiten Doubletree-Algorithmus implementiert in Scamper mehrere kommunizierende Messknoten traceroute in der Pfadmitte starten stoppen, sobald man auf einen bekannten Knoten stößt Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

10 Grundlagen Verwandte Arbeiten Doubletree-Algorithmus implementiert in Scamper mehrere kommunizierende Messknoten traceroute in der Pfadmitte starten stoppen, sobald man auf einen bekannten Knoten stößt Globales Stop Set (GSS): bei Vorwärtsmessung enthält (Interface, Ziel) Paare aller Messknoten Abbruchbedingung: Hop von anderem Tracer aus auf dem Weg zum gleichen Ziel beobachtet Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

11 Grundlagen Verwandte Arbeiten Doubletree-Algorithmus implementiert in Scamper mehrere kommunizierende Messknoten traceroute in der Pfadmitte starten stoppen, sobald man auf einen bekannten Knoten stößt Globales Stop Set (GSS): bei Vorwärtsmessung enthält (Interface, Ziel) Paare aller Messknoten Abbruchbedingung: Hop von anderem Tracer aus auf dem Weg zum gleichen Ziel beobachtet Lokales Stop Set: bei Rückwärtsmessung enthält alle lokal gesehenen Interfaces Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

12 Optimierungen Global Stop Set mit Schwellenwert GSS mit integriertem Schwellenwert Idee: GSS bricht oft ab mehr Netzwerkabdeckung möglich Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

13 Optimierungen Global Stop Set mit Schwellenwert GSS mit integriertem Schwellenwert Idee: GSS bricht oft ab mehr Netzwerkabdeckung möglich Doubletree mit Modifikation: Global Stop Set Bedingung aber: GSS nur aktiv, wenn Schwellenwert überschritten Schwelle = Hopnummer Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

14 Optimierungen Universal Stop Set Neue Stop-Regel: Universal Stop Set Idee: Redundanz durch GSS Mehrfachmessung von Pfaden vermeiden höhere Geschwindigkeit möglich Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

15 Optimierungen Universal Stop Set Neue Stop-Regel: Universal Stop Set Idee: Redundanz durch GSS Mehrfachmessung von Pfaden vermeiden höhere Geschwindigkeit möglich Universal Stop Set (USS): Austausch aller Informationen zwischen den Monitoren Abbruch, falls Hop von anderem Monitor irgendwann bereits entdeckt nur aktiv, wenn Schwellenwert überschritten Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

16 Implementierung Implementierung Simulation zur Bestimmung des Schwellenwertes Wahl des Wertes: Festlegung von Fehlergrenzen Patch für Scamper Control tool Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

17 Implementierung Implementierung Simulation zur Bestimmung des Schwellenwertes Wahl des Wertes: Festlegung von Fehlergrenzen Patch für Scamper Control tool Control tool: Anbindung an CouchDB für GSS Storage Austausch der Traceroute-Daten für USS Weitergabe der Zieladressen an Tracer Speichern der Traceroute-Ergebnisse Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

18 GSS mit Schwellenwert Auswertung 1 time nodes edges normalized value DT GSS12 GSS14 normalisiert auf ground truth (GT) DT = Doubletree ohne Modifikation GSS 12, 14: mehr Abdeckung als DT Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

19 Auswertung USS 1 time nodes edges normalized value USS1 USS13 USS15 USS17 hohe Geschwindigkeit möglich Abstriche bei Entdeckung von Kanten Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

20 Auswertung Vergleich 1 nodes edges normalised value GT DT GSS12 GSS14 USS1 USS13 USS15 USS17 Empfehlung für gute Abdeckung: GSS 14 Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

21 Auswertung Vergleich normalised discovery speed nodes edges GT DT GSS12 GSS14 USS1 USS13 USS15 USS17 Empfehlung für schnelle Messung: USS 1 Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

22 Auswertung Zusammenfassung traceroute Messungen ins ganze Internet 2 Varianten mit Parameter Simulation und reale Messung Ergebnisse: Fehlerschranken/Trade-off durch Simulation festlegbar Verbesserung der Abdeckung bei höherer Zeitdauer oder hohe Geschwindigkeit, Abstriche bei Abdeckung Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

23 Auswertung Danke für die Aufmerksamkeit! Fragen? Benjamin Hof Largescale Traceroute Optimization 9. November

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