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Contenidos. Introducción Protocolos de Internet: IPv4 vs. IPv6 Escenarios de Medición Métricas y Metodología de Medición Resultados Métricas de Desempeño Estadísticas de Aplicaciones Real-Time Conclusiones. Introducción. Motivación.

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  1. Contenidos • Introducción • Protocolos de Internet: IPv4 vs. IPv6 • Escenarios de Medición • Métricas y Metodología de Medición • Resultados Métricas de Desempeño • Estadísticas de Aplicaciones Real-Time • Conclusiones.

  2. Introducción

  3. Motivación • IP (Internet Protocol) es la base de las comunicaciones a través de Internet • La actual versión de IP (IPv4) ha llegado a sus límites • Surge un nuevo protocolo: IPv6 • Necesidad de evaluar el impacto de la implementación de IPv6. Introducción

  4. Protocolos de Internet:IPv4 vs. IPv6

  5. Modelo de Capas TCP/IP SSH, DNS, Iperf, OWAMP, etc. Capa de Aplicación Capa de Transporte TCP UDP IPv4 Capa de Internet FastEthernet / UTP GigaEthernet / Fibra Capa Acceso de Red Protocolos de Internet

  6. Dual-Stack en modelo TCP/IP SSH, DNS, Iperf, OWAMP, etc. Capa de Aplicación Capa de Transporte TCP UDP TCP UDP IPv4 IPv6 Capa de Internet FastEthernet / UTP GigaEthernet / Fibra Capa Acceso de Red Protocolos de Internet

  7. Diferencias entre Protocolos Protocolos de Internet

  8. + Diferencias entre Protocolos Protocolos de Internet

  9. Escenarios de Medición

  10. Enlace de Red Local NODO UTFSM PC1-UTFSM PC2-UTFSM S-UTFSM UTP 10/100/1000 Ethernet IPv6 IPv4 • Ambos PCs con Doble-Stack en Capa de Red • Ambos PCs en el mismo segmento de red IPv4 e IPv6 • No existe Router Intermedio • Importancia de este Escenario: Verificar y validar que elinstrumento de medición es el adecuado. Escenarios de Medición

  11. Enlace de Fibra Óptica • Dos nodosen distintossegmentosde red • Routers seencargan delruteo IP • Sistema deRed Óptico(ONS) en Capas 1 y 2. NODO NODO PC-UTFSM PC-REUNA UTFSM REUNA R-UTFSM R-REUNA S-UTFSM S-REUNA RS-UTFSM RS-REUNA ONS-REUNA ONS-UTFSM UTP 10/100/1000 Ethernet λ1Ch 23 1.25 GbEthernet IPv6 IPv4 λ2 Ch 25 1.25 GbEthernet Escenarios de Medición

  12. Enlace de Túnel vía Internet • Enlace virtual entre ambos nodos (Túnel) • Tráfico IP encapsulado utilizando el protocolo GRE • Múltiples equipos intermedios entre nodos. NODO NODO PC-UTFSM PC-REUNA REUNA UTFSM R-UTFSM R-REUNA Túnel GRE vía Internet S-UTFSM S-REUNA UTP 10/100/1000 Ethernet IPv6 IPv4 Escenarios de Medición

  13. Métricas y Metodología de Medición

  14. Métricas de Desempeño • Throughput: Cantidad de datos transferidos desde un nodo fuente a un nodo destino en una cantidad de tiempo específica • Packet Loss: Razón de paquetes perdidos respecto del total de paquetes transmitidos • One-Way Delay: Tiempo que demora un paquete en viajar desde un nodo fuente a un nodo destino • Jitter: Variación del retardo en un sentido. Métricas y Metodología

  15. Metodología de Medición • Tipo de Medición: Activa, intrusiva, extremo a extremo • Herramientas: • Iperf v1.7.0 para Throughput, Packet Loss y Jitter • OWAMP v1.6d para One-Way Delay • Características del Tráfico: • Ajuste de la tasa ofrecida para protocolo UDP en cada escenario de medición • Variación del tamaño de paquete desde 32 hasta 65504 bytes • Cantidad de Datos Obtenidos: • Enlace Local: 300 muestras x Métrica x Protocolo IP x Paquete • Enlace Fibra: 300 muestras x Métrica x Protocolo IP x Paquete • Enlace Túnel: 150 muestras x Métrica x Protocolo IP x Paquete. Métricas y Metodología

  16. Metodología de Medición • Tiempo de medición: • 14 horas para obtener las 4 métricas mencionadas para cada escenario de medición • 4 meses de mediciones para corroborar los resultados • Automatización del proceso de medición: • Creación de scripts basados en Perl, Bourne Shell (Bash) y Expect • Presentación de resultados: • Gráficos comparativos entre ambos protocolos de red • Tablas resúmenes con valores mínimo, máximo y promedio. Métricas y Metodología

  17. Resultados Métricas de Desempeño

  18. Enlace de Red Local Resultados Métricas

  19. Métrica: Throughput Rango de Paquetes de 32 a 1536 Bytes Rango de Paquetes de 1536 a 65504 Bytes 100 100 90 90 80 80 70 70 60 60 Throughput [Mbit/s] Throughput [Mbit/s] 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0 0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536 8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536 Tamaño Paquete (Payload) [Byte] Tamaño Paquete (Payload) [Byte] IPv4IPv6TCPUDP IPv4IPv6TCPUDP Enlace de Red Local IPv4 > IPv6 en 3,66 % (UDP)IPv4 > IPv6 en 3,79 % (TCP) IPv4 > IPv6 en 2,54 % (UDP)IPv4 > IPv6 en 2,03 % (TCP) Resultados Métricas

  20. Métrica: Packet Loss Rango de Paquetes de 32 a 1536 Bytes Rango de Paquetes de 1536 a 65504 Bytes 2 2 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6 1.8 1.8 1.6 1.6 1.4 1.4 1.2 1.2 % Paquetes Perdidos % Paquetes Perdidos 1 1 0.8 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0 0 0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536 8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536 Tamaño Paquete (Payload) [Byte] Tamaño Paquete (Payload) [Byte] IPv4IPv6 IPv4IPv6 Enlace de Red Local IPv6 > IPv4en 1,46 % IPv4 >IPv6 en 69,56 % Resultados Métricas

  21. Métrica: One-Way Delay Rango de Paquetes de 32 a 1536 Bytes Rango de Paquetes de 1536 a 65504 Bytes 0.34 7 0.32 6 0.3 5 0.28 4 0.26 Retardo [ms] Retardo [ms] 0.24 3 0.22 2 0.2 1 0.18 0.16 0 0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536 8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536 Tamaño Paquete (Payload) [Byte] Tamaño Paquete (Payload) [Byte] IPv4IPv6TOFROM IPv4IPv6TOFROM Enlace de Red Local IPv6 > IPv4en 1,54 % (TO)IPv6 > IPv4 en 2,69 % (FROM) IPv6 > IPv4 en 1,26 % (TO)IPv6 > IPv4 en 2,85 % (FROM) Resultados Métricas

  22. Métrica: Jitter Rango de Paquetes de 1536 a 65504 Bytes Rango de Paquetes de 32 a 1536 Bytes 6 11 IPv4 IPv4 IPv6 10 IPv6 5 9 8 4 7 6 % de Paquetes % de Paquetes 3 5 4 2 3 2 1 1 0 0 0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27 0.3 0 0.0075 0.015 0.0225 0.03 0.0375 0.045 0.0525 0.06 0.0675 0.075 Jitter [ms] Jitter [ms] IPv4IPv6 IPv4IPv6 Enlace de Red Local IPv6 > IPv4en 0,48 % IPv4 >IPv6 en 13,39 veces Resultados Métricas

  23. Enlace de Fibra Óptica Resultados Métricas

  24. Métrica: Throughput Rango de Paquetes de 32 a 1536 Bytes Rango de Paquetes de 1536 a 65504 Bytes 100 100 90 90 80 80 70 70 60 60 Throughput [Mbit/s] Throughput [Mbit/s] 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0 0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536 8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536 Tamaño Paquete (Payload) [Byte] Tamaño Paquete (Payload) [Byte] IPv4IPv6TCPUDP IPv4IPv6TCPUDP Enlace de Fibra Óptica IPv4 > IPv6 en 8,24 % (UDP)IPv4 > IPv6 en 11,75 % (TCP) IPv6 > IPv4 en 33,06 % (UDP)IPv4 > IPv6 en 1,82 % (TCP) Resultados Métricas

  25. Métrica: Packet Loss Rango de Paquetes de 1536 a 65504 Bytes Rango de Paquetes de 32 a 1536 Bytes 100 100 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6 90 90 80 80 70 70 60 60 % Paquetes Perdidos % Paquetes Perdidos 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0 0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536 8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536 Tamaño Paquete (Payload) [Byte] Tamaño Paquete (Payload) [Byte] IPv4IPv6 IPv4IPv6 Enlace de Fibra Óptica IPv6 > IPv4en 15,54 % IPv4 >IPv6 en 6,01 veces Resultados Métricas

  26. Métrica: One-Way Delay Rango de Paquetes de 1536 a 65504 Bytes Rango de Paquetes de 32 a 1536 Bytes 2.55 16 2.5 14 2.45 12 2.4 2.35 10 Retardo [ms] Retardo [ms] 2.3 8 2.25 2.2 6 2.15 4 2.1 2.05 2 0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536 8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536 Tamaño Paquete (Payload) [Byte] Tamaño Paquete (Payload) [Byte] IPv4IPv6TOFROM IPv4IPv6TOFROM Enlace de Fibra Óptica IPv6 > IPv4en 1,47 % (TO)IPv6 > IPv4 en 2,33 % (FROM) IPv6 > IPv4 en 3,38 % (TO)IPv6 > IPv4 en 1,63 % (FROM) Resultados Métricas

  27. Métrica: Jitter Rango de Paquetes de 32 a 1536 Bytes Rango de Paquetes de 1536 a 65504 Bytes 8 1.4 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6 7 1.2 6 1 5 0.8 % de Paquetes % de Paquetes 4 0.6 3 0.4 2 1 0.2 0 0 0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Jitter [ms] Jitter [ms] IPv4IPv6 IPv4IPv6 Enlace de Fibra Óptica IPv6 > IPv4en 28,10 % IPv4 >IPv6 en 82,81 % Resultados Métricas

  28. Enlace de Túnel GRE Resultados Métricas

  29. Métrica: Throughput Rango de Paquetes de 32 a 1536 Bytes Rango de Paquetes de 1536 a 65504 Bytes 10 10 9 9 8 8 7 7 6 6 Throughput [Mbit/s] Throughput [Mbit/s] 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536 8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536 Tamaño Paquete (Payload) [Byte] Tamaño Paquete (Payload) [Byte] IPv4IPv6TCPUDP IPv4IPv6TCPUDP Enlace de Túnel GRE IPv4 > IPv6 en 26,23 % (UDP)IPv4 > IPv6 en 4,49 % (TCP) IPv6> IPv4 en 0,20 % (UDP)IPv4 > IPv6 en 9,93 % (TCP) Resultados Métricas

  30. Métrica: Packet Loss Rango de Paquetes de 32 a 1536 Bytes Rango de Paquetes de 1536 a 65504 Bytes 100 100 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6 90 90 80 80 70 70 60 60 % Paquetes Perdidos % Paquetes Perdidos 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 IPv4IPv6 IPv4IPv6 0 0 0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536 8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536 Tamaño Paquete (Payload) [Byte] Tamaño Paquete (Payload) [Byte] Enlace de Túnel GRE IPv6 > IPv4en 3,57 veces IPv4 > IPv6 en 0,82 % Resultados Métricas

  31. Métrica: One-Way Delay Rango de Paquetes de 32 a 1536 Bytes Rango de Paquetes de 1536 a 65504 Bytes 10 110 100 9.5 90 9 80 8.5 70 8 60 Retardo [ms] Retardo [ms] 7.5 50 7 40 6.5 30 6 20 5.5 10 5 0 0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536 8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536 Tamaño Paquete (Payload) [Byte] Tamaño Paquete (Payload) [Byte] IPv4IPv6TOFROM IPv4IPv6TOFROM Enlace de Túnel GRE IPv6 > IPv4en 23,51 % (TO)IPv6 > IPv4 en 21,24 % (FROM) IPv6 > IPv4 en 14,08 % (TO)IPv6 > IPv4 en 22,81 % (FROM) Resultados Métricas

  32. Métrica: Jitter Rango de Paquetes de 32 a 1536 Bytes Rango de Paquetes de 1536 a 65504 Bytes 0.9 0.4 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6 0.8 0.35 0.7 0.3 0.6 0.25 0.5 % de Paquetes % de Paquetes 0.2 0.4 0.15 0.3 0.1 0.2 0.05 0.1 0 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 0.8 1.6 2.4 3.2 4 4.8 5.6 6.4 7.2 8 Jitter [ms] Jitter [ms] IPv4IPv6 IPv4IPv6 Enlace de Túnel GRE IPv6 > IPv4en 84,37 % IPv4 >IPv6 en 2,49 veces Resultados Métricas

  33. Resumen Comparativo IPv4-IPv6 ¿Mejor Desempeño? Resultados Métricas

  34. Estadísticas de Aplicaciones Real-Time

  35. Herramientas RTP: VIC y RAT • VIC (Video Conference Tool) • Herramienta de Video Conferencia. • RAT (Robust Audio Tool) • Herramienta de Audio Conferencia Aplicaciones de Tiempo Real

  36. Escenarios y Metodología de Medición Aplicaciones de Tiempo Real

  37. Enlace de Fibra Óptica Aplicaciones de Tiempo Real

  38. Estadísticas RTP de VIC (Video) Cuadros por Segundo Tasa de Video Recibida 32.5 3.25 30 3 27.5 2.75 25 2.5 22.5 2.25 20 2 17.5 FPS 1.75 MBits/sec 15 1.5 12.5 1.25 10 1 7.5 0.75 5 IPv4 IPv6 0.5 IPv6 2.5 Promedio IPv4: 2.208 [Mbit/s] Promedio IPv6: 18.768 [cuadros/sec] 0.25 Promedio IPv6: 2.189 [MBit/s] 0 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 Tiempo [s] Tiempo [s] IPv4 Prom.18,774 IPv6 Prom. 18,768 IPv4 Prom.2,208 IPv6 Prom. 2,189 Enlace de Fibra Óptica IPv4 > IPv6 en 0,87 % IPv4 > IPv6 en 0,03 % Aplicaciones de Tiempo Real

  39. Estadísticas RTP de RAT (Audio) Packet Loss Jitter 100 3.1 IPv4 IPv6 3.05 90 Promedio IPv4: 0 (%) Promedio IPv6: 0 (%) 3 80 2.95 70 2.9 60 2.85 % Perdida de Paquetes Jitter [ms] 50 2.8 40 2.75 30 2.7 20 2.65 10 2.6 0 2.55 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Registros Temporales Registros Temporales IPv4 Prom.2,956 IPv6 Prom. 2,982 IPv4 Prom.0 % IPv6 Prom. 0 % Enlace de Fibra Óptica IPv4 = IPv6 IPv6 > IPv4 en 0,88 % Aplicaciones de Tiempo Real

  40. Enlace de Túnel GRE Estadísticas de Aplicaciones

  41. Estadísticas RTP de VIC (Video) Tasa de Video Recibida Cuadros por Segundo 3 30 2.75 27.5 2.5 25 2.25 22.5 2 20 1.75 17.5 FPS MBits/sec 1.5 15 1.25 12.5 1 10 0.75 7.5 IPv4 IPv4 0.5 5 IPv6 IPv6 Promedio IPv4: 1.874 [Mbit/s] Promedio IPv4: 17.080 [cuadros/sec] 0.25 2.5 Promedio IPv6: 1.817 [MBit/s] Promedio IPv6: 16.701 [cuadros/sec] 0 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 Tiempo [s] Tiempo [s] IPv4 Prom.1,874 IPv6 Prom. 1,817 IPv4 Prom.17,080 IPv6 Prom. 16,701 Enlace de Túnel GRE IPv4 > IPv6 en 3,14 % IPv4 > IPv6 en 2,27 % Aplicaciones de Tiempo Real

  42. Estadísticas RTP de RAT (Audio) Packet Loss Jitter 7.5 3.25 IPv4 7 IPv6 Promedio IPv4: 1.656 (%) 3 6.5 Promedio IPv6: 1.904 (%) 6 2.75 5.5 5 2.5 4.5 2.25 % Perdida de Paquetes 4 Jitter [ms] 3.5 2 3 2.5 1.75 2 1.5 IPv4 1.5 IPv6 Promedio IPv4: 2.399 [ms] 1 1.25 Promedio IPv6: 2.408 [ms] 0.5 IPv4 Prom.2,399 % IPv6 Prom. 2,408 % IPv4 Prom.1,656 % IPv6 Prom. 1,904 % 0 1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Registros Temporales Registros Temporales Enlace de Túnel GRE IPv4 > IPv6 en 14,98 % IPv4 > IPv6 en 0,38 % Aplicaciones de Tiempo Real

  43. Resumen Comparativo IPv4-IPv6 ¿Mejor Desempeño? Aplicaciones de Tiempo Real

  44. Conclusiones

  45. Comparación entre Protocolos • En general, IPv4 presenta un mejor desempeño que IPv6 para las métricas medidas • Las diferencias entre ambos Protocolos IP son pequeñas • Desempeño depende del escenario de medición utilizado: • Diferencias a nivel de Sistema Operativo son mínimas • Diferencias pequeñas en enlace sin congestión • Múltiples rutas y dispositivos aumentan diferencias en desempeño. • Tamaño de la cabecera influye en el desempeño, pero no es el factor más relevante. Conclusiones

  46. Comparación entre Protocolos • Router utilizado limita el desempeño de ambos protocolos • Implementación de IPv4 vía Hardware • Implementación de IPv6 vía Software • Para rango de paquetes antes de la fragmentación, el patrón de comportamiento de IPv4 e IPv6 es similar • Mayores diferencias se producen para el rango de paquetes después de la fragmentación • La mayoría de aplicaciones generan paquetes antes de ocurrida la fragmentación • Mayor Jitter para el rango de paquetes sobre la fragmentación. Conclusiones

  47. Comparación entre Enlaces • El Enlace Red Local presenta un desempeño 4 veces superior al Enlace de Fibra Óptica • El Enlace Fibra Óptica presenta un desempeño 6 veces superior al enlace de Túnel GRE vía Internet • Las mediciones de One-Way Delay muestran que: • Enlace Local y Fibra Óptica presentan caminos de ida y vuelta prácticamente simétricos • Enlace Túnel GRE presenta caminos de ida y vuelta asimétricos. Conclusiones

  48. Conclusiones Finales • Protocolo IPv6 en maduración • Mecanismos de transición permiten migración paulatina • IPv6 es un protocolo bien estructurado y construido en base a la experiencia obtenida con IPv4 • IPv6 permite nuevas características para mejor soporte a aplicaciones Real-Time, Seguridad, Movilidad IP. Conclusiones

  49. Trabajo Futuro • Evaluación de nuevas características de IPv6 como QoS, Seguridad y Movilidad • Evaluación de otros escenarios de medición (Ej. acceso ADSL, utilización protocolos ruteo IPv6) • Evaluación de otras métricas a nivel de aplicaciones (Ej. tiempo de respuesta de servidor DNS, Web,etc). Conclusiones

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