Análisis de Rendimiento de Redes

1. Carlos Armas Roundtrip Networks Hervey Allen NSRC Preparadocon materiales de: Carlos Vicente Servicios de Red/Universidad de Oregon Análisis de Rendimiento de Redes

2. Contenido • Planificación de la gestión del rendimiento • Métricas • Red • Sistemas • Servicios • Ejemplos de mediciones

3. Planificación • Propósito • Establecerestadoestable (línea base) • Diagnóstico de fallas, • Anticiparcrecimiento de demanda • A quiénvadirigida la información? • Gerencia, • NOC y personal técnico, • Clientes • Alcance • Impacto en los dispositivos (medidos y de medición) • Balance entre cantidad de información y tiempo de recolección

4. Métricas • Rendimiento de red • Capacidad del canal: • nominal y efectiva • Utilización del canal • Retardo y “parpadeo” (jitter) • Pérdida de paquetes y errores • Rendimiento de sistemas • Disponibilidad • Memoria, utilización y carga de CPU • Utilización de dispositivos de entrada/salida • Rendimiento de servicios • Disponibilidad • Tiempo de acceso y carga

5. Métricas de rendimiento de red máscomunes • Relativas al tráfico: • Bits porsegundo • Paquetesporsegundo • Paquetesunicast vs. paquetesno-unicast • Errores • Paquetesdescartados • Flujoporsegundo • Tiempo de ida y vuelta (RTT) • Dispersión del retardo (parpadeo o “jitter”)

6. Capacidad Nominal del Canal • Máximacantidad de datostransmitidosporunidad de tiempo • Ejemplo: bits porsegundo, paquetesporminuto • Depende de: • Ancho de banda del mediofísico • Cable • Ondaselectromagnéticas • Fibraóptica • Líneas de cobre • Capacidad de procesamiento de elementostransmisores • Eficiencia de los algoritmos de acceso al medio • Mecanismos de codificación de canal • Mecanismos de compresión de datos

7. Capacidadefectiva del canal • Fracción de la capacidad nominal CapacidadEfectiva = N x CapacidadNominal (Siempre N < 1) • Afectadopormuchosfactores • Cargaadicional de procesamiento en lasvariascapas OSI • Limitaciones de procesamiento en dispositivos • Memoria, CPU, otros • Eficiencia del protocolo de transmisión • Control de flujo • Enrutamiento

8. Utilización del canal • Fracción de la capacidad nominal de un canal queestásiendorealmenteutilizada • Planificación: • Quétasa de crecimientotiene la demanda? • Cuándocomprarmáscapacidad? • Dóndeinvertir en actualizaciones? • Resolución de problemas: • Detectarpuntos de bajacapacidad (“cuellos de botella”)

9. 95-Percentile Percentile: Valormáximo de ciertoporciento de unamuestra 95-percentile de uso del canal: • Se usacomunmentecomomedida de la utilización del canal • En el 95% de lasmuestras, el valorobservadoesigual o menorqueestevalor. • El 5% de lasmuestrasrestantes se descartan, suponiendoanomalias de uso. • Importancia en lasredes de datos • Medidadelautilizaciónsostenidadel canal • Muchos ISPs la utilizancomomedidaparafacturación de servicios

10. Facturación 95-Percentile • Proveedortomamuestras de consumo de ancho de banda • Tanfrecuentecomocada 5 minutos • Al final del mes, el 5% de los valoresmás altos se descarta • El más alto de los valoresrestantes (N) es el usomedido a 95-percentile • Puede ser valor de entrada o salida (se mide en ambasdirecciones) • Se factura al cliente: N x Costoporunidad • (ejemplo: 40 Mbit/s x $30.00 Mbits = $120.00 al mes) 5% se descarta El valor más alto despues de descartar el 5% de los valoresmás altos se convierte en la medida de uso de ancho de banda a facturar

11. bps vs. pps => tamaño del paquete

12. Retardoextremo-a-extremo El tiempotranscurrido en transmitir un paquete de fuente a destino final • producidoporunaaplicación, entregado al sistemaoperativo, • pasado a la tarjeta de red, codificado, • transmitidopor el mediofísico, • recibidopor un equipointermedio (switch, router), analizado, • retransmitido en otromedio...etc., etc. • La mediciónmáscomúnes de ida y vuelta (RTT) • El utilitarioping se usaparamediresta variable

13. Medición histórica de Retardo

14. Tipos de Retardo • Componentes del retardo extremo a extremo: • Retardo de Procesamiento • Retardo de Colas • Retardo de Transmisión • Retardo de Propagación

15. Retardo de Procesamiento • Tiemporequerido en analizar el encabezado y decidir a dóndeenviar el paquete (ej. decisión de enrutamiento) • En un enrutador, depende de • número de entradas en la tabla de rutas, • implementación (estructuras de datos), • recursos del dispositivo • Puedeincluir la verificación de errores

16. Retardo de Colas • Tiempo en que el paquete espera en un búfer hasta ser transmitido • El número de paquetes esperando en cola dependerá de la intensidad y la naturaleza del tráfico • Los algoritmos de colas en los enrutadores intentan adaptar estos retardos a ciertas preferencias, o imponer un uso equitativo

17. Retardo de Transmisión Tiemporequeridoparapasartodos los bits de un paquete a través del medio de transmisión d = L/R • R= tasa de bits, (o velocidad de transferencia de datos) • L=Longitud del paquete, • d = retardo Para transmitir 1024 bits utilizando Fast Ethernet (100 Mbps): d = 1024/1x10e8 = 10.24 microsegundos

18. Retardo de Propagación Unavezque el bit de datoentra al mediofísico, el tiempotranscurrido en supropagaciónhasta el final del medio • La velocidad de propagación del enlace dependefundamentalmente de la longitud del mediofísico • Velocidadcercana a la velocidad de la luz en la mayoría de los casos Dp = d/s d = distancia, s = velocidad de propagación

19. Transmisión vs. Propagación • Puede ser confuso al principio Ejemplo: • Dos enlaces de 100 Mbps: • Via fibraóptica de 1 Km de longitud • Via satélite, con unadistancia de 30Km entre estación base y satélite • Para dos paquetes del mismotamaño, cuáltiene mayor retardo de transmisión? Y propagación?

20. Pérdida de paquetes • Ocurrenpor el hecho de quelas colas (búfers) no son infinitas • Cuando un paquetellega a una cola y éstaestállena, el paquete se descarta. • La pérdida de paquetes, si ha de ser corregida, se resuelve en capassuperiores (transporte o aplicación) • La corrección de pérdidas, usandoretransmisión, puedecausaraúnmáscongestiónsi no se ejercealgúntipo de control

21. Jitter

22. Control de Flujo y Congestión • Limitar la tasa de envío porque el receptor no puede procesar los paquetes a la misma velocidad que los recibe • Limitar la tasa de envío del emisor porque existen pérdidas y retardos en el trayecto

23. Controles en TCP • IP implementa un servicio no-orientado a conexión • No existeningúnmecanismo en IP queresuelvalascausas de la pérdida de paquetes • TCP implementa control de flujo y congestión • En los extremos, porque los nodosintermedios en la capa de red no hablan TCP

24. Flujo vs. Congestión en TCP Flujo: controladopor los tamaños de ventana (RcvWindow) enviadospor el receptor Congestión: controladopor el valor de ventana de congestión (CongWin) • Mantenidoindependientementepor el emisor • Varía de acuerdo a la detección de paquetesperdidos • Timeout o la recepción de tres ACKs repetidos • Comportamientos: • Incrementoaditivo / Decrementomultiplicativo (AIMD) • Comienzo lento (Slow Start) • Reacción a eventos de timeout • Ver: RFC 2581, y 2001 • “Internetworking with TCP/IP” – Douglas Comer

25. Diferentes algoritmos de Control de Congestión en TCP

26. Métricas para sistemas • Disponibilidad • En sistemas Unix/Linux: • Uso del CPU • Kernel, System, User, IOwait • Uso de la Memoria • Real y Virtual • Carga (load)

27. Disponibilidad

28. Uso del CPU

29. Memoria

30. Carga (load)

31. Métricas de Servicios • La clave está en elegir las métricas más importantes para cada servicio • Preguntarse: • Cómo se percibe la degradación del servicio? • Tiempo de espera? • Disponibilidad? • Cómo justifico mantener el servicio? • Quién lo está utilizando? • Con qué frecuencia? • Valor económico?

32. Utilización de servidor web

33. Tiempo de respuesta(servidor web)

34. Tiempo de Respuesta (servidor DNS)

35. Métricas de DNS

36. Métricas de DNS

37. Métricas de Servidor de Correo • Contadores por mailer (local, esmtp, etc.) • Número de mensajes recibidos/enviados • Número de bytes recibidos/enviados • Número de mensajes denegados • Número de mensajes descartados • Muy importate: Número de mensajes en cola

38. Estadísticas de Sendmail

39. Métricas de Web Proxy • Número de peticionesporsegundo • Peticionesservidaslocalmente vs. re-enviadas • Diversidad de los destinos web • Eficiencia de nuestro proxy • Número de elementosalmacenados en memoria vs. disco

40. Estadísticas de Squid

41. Estadísticas de DHCP