Kérdések az Internet világából Laki Sándor Communication Networks Laboratory (ELTE TTK - Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék)

Laki sándor - TDK 7vége2 Áttekintés Internet, mint komplex rendszer –Mérési lehetőségek –Mérési infrastruktúrák Aktív kutatási területek –Sávszélesség-becslés –Geolokalizáció –Protokoll fejlesztés –Internet topológia vizsgálata –Hálózati tomográfia

Laki sándor - TDK 7vége3 Internet

Laki sándor - TDK 7vége4 Internet Gigantikus méretű gráf, hálózat –Összefüggő –Robosztus Ember alkotta –Mégsem ismert a szerkezete v. üzleti titok –Más, természetbeli hálózatokhoz hasonló –Vizsgálatok szükségesek a megismeréséhez Csomagkapcsolt hálózat –Minden csomópont egyedi azonosítóval, IP címmel rendelkezik –Minden adat u.n. IP csomagokban kerül továbbításra –Egy csomag a forrás és a cél állomás között általában a lehető legrövidebb (v. legolcsóbb) úton halad végig

Laki sándor - TDK 7vége5 Csomagkapcsolt hálózat A B

Laki sándor - TDK 7vége6 Csomagkapcsolt hálózat A B

Laki sándor - TDK 7vége7 Csomagkapcsolt hálózat A B

Laki sándor - TDK 7vége8 Csomagkapcsolt hálózat A B

Laki sándor - TDK 7vége9 Csomagkapcsolt hálózat A B

Laki sándor - TDK 7vége10 Hálózati mérések Az Internet szerkezete számunkra ismeretlen Csak bizonyos (korlátozott számú) hálózati eszközhöz van hozzáférésünk Mérőállomások Ezekből az adatokból próbálunk minél jobb képet alkotni a teljes hálózatról, ill. annak részeiről Célok: Monitorozás Hálózati tomográfia Sávszélesség-becslés Topológia feltérképezése és vizsálata Paraméterek időbeli változásai

Laki sándor - TDK 7vége11 Mérési infrastruktúrák DIMES

Laki sándor - TDK 7vége12 Mérési infrastruktúrák Best Testbed Award

Laki sándor - TDK 7vége13 Mérési infrastruktúrák

1. Hálózati forgalom mérése és modellezése Fluid modell, granuláris modell

Laki sándor - TDK 7vége15 A forgalom alapegysége –A csomag Számunkra fontos tulajdonságai –Feladó, címzett –Csomag méret –Időbélyegek –(küldési és fogadási) Passzív módszerek –Monitorozás –Adott pontra vonatkozik –Speciális jogok szükségesek Aktív módszerek –Mesterséges próba forgalom –Végpontok közötti mérés –Nem szükségesek speciális jogok Hálózati forgalom mérése

Laki sándor - TDK 7vége16 Aktív mérési módszerek Cél : meghatározni valamely fontos hálózati paraméter értékét végpont-végpont módszerrel Tipikus kérdések : háttérforgalom, rendelkezésre álló sávszélesség, fizikai kapacitás, hálózati topológia, csomagvesztési valószínűség, propagációs késleltetés, sorban állási késleltetések, a háttérforgalom egyéb statisztikus tulajdonságai küldőfogadó indítási időbélyegek:érkezési időbélyegek: háttérforgalom

Laki sándor - TDK 7vége17 Csomagpár módszerek ’’ kimeneti távolság a fogadónál háttérforgalom (minden amit nem mi generálunk) sztochasztikus folyamat mesterséges próba csomagok rögzített követési idővel  bemeneti távolság a küldőnél

Laki sándor - TDK 7vége18 Diszperziós görbe mérés az ún. önindukált torlódáson alapul, azaz a próba csomagok által okozott terhelés függvényében keressük a torlódás pillanatnyi jelét folyadék modell – helyes aszimptotikus viselkedés, eltérés az átmeneti tartományban a diszperziós görbe folyadék modelljének paraméterei: p - a próba csomag ismert mérete C c - a háttérforgalom mennyisége C - a fizikai kapacitás time  bemeneti távolság a küldőnél ’’ kimeneti távolság a fogadónál  ’  p/C+  C c /C   ’     p/(C-C c )

Laki sándor - TDK 7vége19 Granuláris modell Új modell a diszperziós görbe leírására –Figyelembe veszi a várakozási sorok időfejlődését –Véges csomagméretet feltételez a háttérforgalomnál –Poisson érkezési folyamot és általános csomagméret eloszlást feltételez (granularitás) –ahol P p (t) írja le annak valószínűségét, hogy a várakozási sor nem üres t-ben. Levezetés a Takács-féle integro-differenciál egyenlet alkalmazásával… –Itt most sok-sok bonyolult képlet jönne

Laki sándor - TDK 7vége20 Granuláris modell Trimodális csomag-méret eloszlás: 40, 576 és 1500 byte méretű csomagok, rendre 0.59, 0.23 és 0.18 valószínűségekkel. a granuláris modell helyesen írja le a diszperziós görbét az átmeneti tartományban is

Laki sándor - TDK 7vége21 Paraméterbecslés A mért „görbéhez” legjobban illeszkedő modell-görbe meghatározása, avagy mely paraméterek mellett kapjuk a mérési granuláris görbét…

2. IP alapú geolokalizáció Hostok elhelyezése a térképen

Laki sándor - TDK 7vége23 Geolokalizáció ?

Laki sándor - TDK 7vége24 Geolokalizáció Feladat Egy adott IP címhez tartozó host geográfiai helyének meghatározása (A mi feladatunk az ETOMIC node-ok közötti routerek elhelyezése volt.) Nehézségek Nincs ma olyan adatbázis, ami minden hálózati eszköz helyzetét tartalmazná Adatbázisok: WhoIS, DNS Általában nem megbízható adatok Lehetőségeink Puszta mérések: topológia, RTT, stb. „Geo-nyelvészet”

Laki sándor - TDK 7vége25 Geolokalizáció Induljunk ki olyan mérőállomásokból, melyeknek ismerjük a helyzetét Pl. ETOMIC Minden mérést ezekről a gépekről hajtunk végre A mérési eredmények kiértékelése mindig valamilyen geográfiai megszorítást fog jelenteni Tekintsük át milyen méréseket tudunk hasznosítani!

Laki sándor - TDK 7vége26 Topológia feltárása traceroute nevű programmal A-ból B-be menő útvonalat kaphatjuk meg, ahol A egy mérőállomás és B egy tetszőleges host. A B

Laki sándor - TDK 7vége27 Topológia feltárása traceroute nevű programmal A-ból B-be menő útvonalat kaphatjuk meg, ahol A egy mérőállomás és B egy tetszőleges host. A B

Laki sándor - TDK 7vége28 Topológia feltárása traceroute nevű programmal A-ból B-be menő útvonalat kaphatjuk meg, ahol A egy mérőállomás és B egy tetszőleges host. A B

Laki sándor - TDK 7vége29 Topológia feltárása traceroute nevű programmal A-ból B-be menő útvonalat kaphatjuk meg, ahol A egy mérőállomás és B egy tetszőleges host. A B

Laki sándor - TDK 7vége30 Topológia feltárása traceroute nevű programmal A-ból B-be menő útvonalat kaphatjuk meg, ahol A egy mérőállomás és B egy tetszőleges host. A B

Laki sándor - TDK 7vége31 Round-trip time Az egyik legegyszerűbb mérhető mennyiség az u.n. round-trip time, avagy körülfordulási idő Az idő, ami ahhoz kell, hogy A-ból egy csomag eljusson B-be, majd onnan vissza A- ba Mérése a ping programmal történik A B

Laki sándor - TDK 7vége32 Round-trip time Az egyik legegyszerűbb mérhető mennyiség az u.n. round-trip time, avagy körülfordulási idő Az idő, ami ahhoz kell, hogy A-ból egy csomag eljusson B-be, majd onnan vissza A- ba Mérése a ping programmal történik A B t1 időben kiküldünk egy spec. csomagot

Laki sándor - TDK 7vége33 Round-trip time Az egyik legegyszerűbb mérhető mennyiség az u.n. round-trip time, avagy körülfordulási idő Az idő, ami ahhoz kell, hogy A-ból egy csomag eljusson B-be, majd onnan vissza A- ba Mérése a ping programmal történik A B t1 időben kiküldünk egy spec. csomagot

Laki sándor - TDK 7vége34 Round-trip time Az egyik legegyszerűbb mérhető mennyiség az u.n. round-trip time, avagy körülfordulási idő Az idő, ami ahhoz kell, hogy A-ból egy csomag eljusson B-be, majd onnan vissza A- ba Mérése a ping programmal történik A B t1 időben kiküldünk egy spec. csomagot

Laki sándor - TDK 7vége35 Round-trip time Az egyik legegyszerűbb mérhető mennyiség az u.n. round-trip time, avagy körülfordulási idő Az idő, ami ahhoz kell, hogy A-ból egy csomag eljusson B-be, majd onnan vissza A- ba Mérése a ping programmal történik A B t1 időben kiküldünk egy spec. csomagot

Laki sándor - TDK 7vége36 Round-trip time Az egyik legegyszerűbb mérhető mennyiség az u.n. round-trip time, avagy körülfordulási idő Az idő, ami ahhoz kell, hogy A-ból egy csomag eljusson B-be, majd onnan vissza A- ba Mérése a ping programmal történik A B t1 időben kiküldünk egy spec. csomagot

Laki sándor - TDK 7vége37 Round-trip time Az egyik legegyszerűbb mérhető mennyiség az u.n. round-trip time, avagy körülfordulási idő Az idő, ami ahhoz kell, hogy A-ból egy csomag eljusson B-be, majd onnan vissza A- ba Mérése a ping programmal történik A B t1 időben kiküldünk egy spec. csomagot Generálódik egy válasz csomag

Laki sándor - TDK 7vége38 Round-trip time Az egyik legegyszerűbb mérhető mennyiség az u.n. round-trip time, avagy körülfordulási idő Az idő, ami ahhoz kell, hogy A-ból egy csomag eljusson B-be, majd onnan vissza A- ba Mérése a ping programmal történik A B t1 időben kiküldünk egy spec. csomagot

Laki sándor - TDK 7vége39 Round-trip time Az egyik legegyszerűbb mérhető mennyiség az u.n. round-trip time, avagy körülfordulási idő Az idő, ami ahhoz kell, hogy A-ból egy csomag eljusson B-be, majd onnan vissza A- ba Mérése a ping programmal történik A B t1 időben kiküldünk egy spec. csomagot

Laki sándor - TDK 7vége40 Round-trip time Az egyik legegyszerűbb mérhető mennyiség az u.n. round-trip time, avagy körülfordulási idő Az idő, ami ahhoz kell, hogy A-ból egy csomag eljusson B-be, majd onnan vissza A- ba Mérése a ping programmal történik A B t1 időben kiküldünk egy spec. csomagot

Laki sándor - TDK 7vége41 Round-trip time Az egyik legegyszerűbb mérhető mennyiség az u.n. round-trip time, avagy körülfordulási idő Az idő, ami ahhoz kell, hogy A-ból egy csomag eljusson B-be, majd onnan vissza A- ba Mérése a ping programmal történik A B t1 időben kiküldünk egy spec. csomagot

Laki sándor - TDK 7vége42 Round-trip time Az egyik legegyszerűbb mérhető mennyiség az u.n. round-trip time, avagy körülfordulási idő Az idő, ami ahhoz kell, hogy A-ból egy csomag eljusson B-be, majd onnan vissza A- ba Mérése a ping programmal történik A B t1 időben kiküldünk egy spec. csomagot

Laki sándor - TDK 7vége43 Round-trip time Az egyik legegyszerűbb mérhető mennyiség az u.n. round-trip time, avagy körülfordulási idő Az idő, ami ahhoz kell, hogy A-ból egy csomag eljusson B-be, majd onnan vissza A- ba Mérése a ping programmal történik A B t1 időben kiküldünk egy spec. csomagot Visszaért a válasz A-hoz t2 idő pillanatban, azaz RTT = t2-t1

Laki sándor - TDK 7vége44 A és B pontok időbeli távolságát felülről becsülhetjük RTT/2-vel Ekkor A és B geográfiai távolsága kisebb, mint C*RTT/2 ahol C a fénysebesség (pl. vákuumban) Ez a távolság nagyon nagy is lehet (indirect-routing) Több helyről elvégezve a mérést kapjuk: RTT a geolokalizációban

Laki sándor - TDK 7vége45 Ez tényleg felső becslés Jobb távolságbecslés kellene Egy meglévő módszer: RTT a geolokalizációban

Laki sándor - TDK 7vége46 A mi módszerünk RTT különböző időkomponensekre bontása Ezek becslése… Ebből a propagációs idő meghatározása A C-vel való szorzás túl durva A linkek valójában nem egyenesek A hálózati fizikai közegben kisebb a terjedési sebesség, mint vakuumban A kisérleteket végeztünk hálózatban való jelterjedés sebességének meghatározására RTT a geolokalizációban

Laki sándor - TDK 7vége47 Ez csak egy kis ízelítő volt… Vizsgáltuk: One-way delay mérések használata Link-latency becslés Modell alapú propagációs idő becslése A jelterjedési sebesség közelítése konstanssal (r=0.47) Közeljövőben: A mért jelterjedési sebesség eloszlásának vizsgálata, és beépítése a módszerbe „Geo-nyelvészeti” módszerek alkalmazása Geolokalizáció

Laki sándor - TDK 7vége48 Geolokalizáció A mai módszerekkel elérhető pontosság:

3. Hálózati tomográfia

Laki sándor - TDK 7vége50 Cél Queuing delay statisztikák meghatározása olyan helyeken, ahol nincs mérőállomásunk Módszer Csomag párokat küldünk a mérőállomásaink között a fogadó oldalon nagy pontossággal mérjük ezek végpont-végpont késleltetését (~10 ns felbontás) Hálózati tomográf

Laki sándor - TDK 7vége51 Hálózati tomográf

4. További kutatások

Laki sándor - TDK 7vége53 Topológia változás vizsg.

Laki sándor - TDK 7vége54 Új protokollok fejlesztése

Aktív kutatási témák

Laki sándor - TDK 7vége56 Hálózati paraméterek becslése Forgalmi tulajdonságok modellezése IP alapú geolokalizáció Hálózati tomográfia Új, intelligensebb hálózati protokollok fejlesztése Topológia vizsgálat Virtuális Obszervatórium fejlesztése BlackFin alapú mérőkártya fejlesztése Sok-sok érdekes és innovatív téma Aktív kutatási témák

Laki sándor - TDK 7vége57 EU-s és hazai kutatási projektek, együttműködések Projektjeink

Laki sándor - TDK 7vége58 Ha érdekelnek ezek, vagy hasonló témák, keress meg minket! Csoportunk témavezetői: Vattay Gábor Csabai István ELTE TTK Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék Megkereshettek engem is: Laki Sándor ELTE TTK (Lágymányosi Campus) Északi épület 5.em as szoba Csatlakozz Te is!

Köszönöm a figyelmet! Kérdések?