Entwurf und Realisierung eines Adapters für UniLoG zur Lastgenerierung an IP-basierten Schnittstellen

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1 Entwurf und Realisierung eines Adapters für UniLoG zur Lastgenerierung an IP-basierten Schnittstellen Diplomarbeit Martin Kulas Universität Hamburg, Department Informatik Arbeitsgruppe Telekommunikation und Rechnernetze (TKRN) Echtzeit 2010 Boppard am Rhein, 18. November 2010

2 Übersicht 1 Motivation 2 Lastspezifikation mit Benutzerverhaltensautomaten 3 Der Real-Time Load Generator für IPv4-Netze 4 Präzision und Leistungsfähigkeit des IP-Adapters 5 Fallstudie: Untersuchung der Übertragungsqualität von Audiound Videoströmen eines Films im WLAN unter verschiedenen künstlichen IP-Hintergrundlasten 6 Resümee

3 Motivation Rechnernetze auf Basis des Protokolls IP sind allgegenwärtig. Man erwartet, dass die Netze so leistungsstark sind, dass sie die Anforderungen der Anwendungsdienste erfüllen und eine zufriedenstellende Dienstgüte den Benutzern garantieren. Heterogenität der Netze und Komplexität der Dienste erschweren Netzbetreibern und Dienstentwicklern, die Leistungsfähigkeit der Netze und die Benutzbarkeit der Dienste zu prognostizieren. Das Spezialwerkzeug Lastgenerator erzeugt gewünschte Lastniveaus durch Nachahmung von Benutzerverhalten. Experimentatoren verlangen eine präzise und leistungsstarke Lastgenerierung mit flexibler Lastspezifikation. Nur im Echtzeitbetrieb ist ein Lastgenerator sinnvoll.

4 Lastspezifikation mit Benutzerverhaltensautomaten UniLoG (Unified Load Generator) ist ein Lastgeneratorkonzept mit Trennung von Lastspezifikation und Lastgenerierung. 1.0 S i Φ i R InjectPacket S error Φ a DIAT S t Φ t 1.0 Derror Φ b

5 Lastgenerierung mit Real-Time Load Generator abstrakte Aufträge (transformierte) abstrakte Aufträge reale Aufträge GAR_1... GAR_N Lasttransformator (optional) LT Request_Q ADAPTER Request Generator IF abstrakte Reaktionen Event_Q Event Manager reale Reaktionen

6 Der Real-Time Load Generator für IPv4-Netze Aufgaben des IP-Adapters mit Echtzeitanforderung: 1 Konvertierung abstrakter Aufträge in reale Aufträge 2 Übergabe realer Aufträge an der IP-Schnittstelle zu vorgegebenen Zeitpunkten 3 Erfassung realer Reaktionen der IP-Schicht 4 Umwandlung realer Reaktionen in abstrakte Reaktionen Abstrakter Auftrag ist InjectPacket, u. a. mit den Attributen Zieladresse und Paketlänge. Implementierung in der Programmiersprache C++ unter Verwendung der Bibliothek libnet zur Paketinjektion.

7 Präzision Mittlere Verfehlzeit [µs] Paketlänge 1500 byte Paketlänge 46 byte Zwischenankunftszeit [µs] Experimentierumgebung: Rechner mit Intel Core 2 Duo E6400 (2,13 GHz), dem Betriebssystem FreeBSD 7.2 und dem Netzadapter Broadcom BCM5754 (angeschlossen an ein 1000Base-T-Netz).

8 Leistungsfähigkeit Paketlänge [byte] IP Durchsatz [Mbit/s] Die Experimentierumgebung blieb unverändert zur Präzisionsmessung.

9 Fallstudie: Video-on-Demand über ein belastetes WLAN

10 Motivation BVA IP-RTLG Leistungsfähigkeit Fallstudie Subjektive Dienstgüteverschlechterung Das neunte ausgegebene Bild unter künstlichen VBR-Lasten unterschiedlicher Höhe mit 1500 byte langen IP-Paketen: 8 Mbit/s 16 Mbit/s 24 Mbit/s 32 Mbit/s Resümee

11 Objektive Qualitätsverschlechterung am Beispiel Jitter Jitter [ms] CBR-Last 50 byte CBR-Last 1480 byte VBR-Last 50 byte VBR-Last 1480 byte mittlere IP-Hintergrundlast [Mbit/s] Steigende Hintergrundlasten verschlechtern wie erwartet die Qualität der Filmwiedergabe. Hintergrundlasten mit kleinen Paketen treiben das WLAN bereits bei niedrigen Lastniveaus (4 Mbit/s) in den Hochlastbereich.

12 Resümee Der IP-Lastgenerator erlaubt flexible Lastmodellierung und erfüllt Echtzeitanforderungen an die Lastgenerierung. Fallstudie hat den praktischen Nutzen des Lastgenerators gezeigt. Der IP-Lastgenerator ermöglicht detaillierte Leistungs- und Dienstgüteuntersuchungen in Rechnernetzen. Beispielsweise ist man mit IP-Lastgeneratoren in der Lage, verteilte Dienstverweigerungsangriffe (Distributed Denial of Service) durchzuführen und ihre Auswirkungen zu studieren.

13 Schluss Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

14 Anhang Zusätzliche Folien

15 Qualitätsmaß IP-Durchsatz beim VoD-Client IP Durchsatz [Mbit/s] VBR Last 1480 byte VBR Last 50 byte CBR Last 1480 byte CBR Last 50 byte mittlere IP Hintergrundlast [Mbit/s]

16 Qualitätsmaß Paketverlust im Videostrom Verlorene Video-Pakete VBR-Last 50 byte VBR-Last 1480 byte mittlere IP-Hintergrundlast [Mbit/s]

17 Qualitätsmaß Paketduplikate im Audiostrom Audio-Duplikatsanzahl VBR-Last 1480 byte VBR-Last 50 byte mittlere IP-Hintergrundlast [Mbit/s]

18 Qualitätsmaß Sequenzfehler im Videostrom Videosequenzfehleranzahl CBR-Last 1480 byte CBR-Last 50 byte mittlere IP-Hintergrundlast [Mbit/s]