Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM, chương 6

Chương 6: Đo kiểm và giám sát lưu lượng Các mạng IP/WDM được dùng để phân phát lưu lượng IP. Đo kiểm lưu lượng mạng đạt được thông qua việc giám sát IP và các cơ chế thu thập là thiết yếu cho công việc của kĩ thuật lưu lượng. Độ chính xác của các phép đo ảnh hưởng trực tiếp l ên hiệu năng công việc vì các kết quả đo đó cung cấp thông tin đầu vào mô tả các điều kiện mạng động. Trong một v òng kín đóng, liên tục, các phép đo lưu lượng mạng có thể khởi tạo thuật toán tái cấu h ình c ũng như đánh giá tác động của sự tái cấu hình. Các s ố liệu thống kê cần phải thu thập phụ thuộc vào các mục tiêu tối ưu hoá và thuật toán tìm kiếm thông tin được sử dụng. Ví dụ như, số lượng lưu lượng là rất quan trọng khi mục tiêu tối ưu hoá là thông lượng to àn cục; trễ một hướng giữa một cặp node cho trước l à quan trọng khi trễ giữa cặp node đó là mục tiêu tối thiểu hoá. Tu ỳ thuộc vào các mục tiêu kĩ thuật lưu lượng, đo đạc lưu lượng v à thống kê tải sẽ phải có khả năng lựa chọn mềm dẻo các phân mảnh trong một tổng thể, lấy mẫu và đo đạc. Phân mảnh tổng thể liên quan tới phần các đầu cuối trong dòng lưu lượng được giám sát. Lấy mẫu hạt yêu cầu một lưu lượng lớn cần phải giám sát và việc xử lí công suất các thiết bị. Đo kiểm hạt xác định khoảng thời gian mà trong đó lưu lượng dữ liệu được tính trung bình. Lựa chọn hợp lí trong số các hạt trên cho phép điều khiển chi phí vận hành kĩ thuật lưu lượng. Cùng với các thống kê có sẵn trong các SNMP MIB, tập hợp thời gian dài của các kết quả thống kê và phân tích chúng cũng rất quan trọng trong việc xác định một mô hình mới. Các yếu tố quyết định trong các phân tích trên là dữ liệu lưu lượng tổng tại tầng IP đi v ào ma trận và việc dự đoán nhu cầu lưu lượng trong tương lai gần. Giám sát lưu lượng v à thu thập các kết quả thống kê không ph ải là một công việc đơn giản vì lưu lượng là cực lớn và dung lượng của các đường trung kế Internet hiện đại là rất lớn. Nếu không được quan tâm một cách cẩn thận, nó có thể l àm giảm đáng kể hiệu năng mạng. Hơn nữa, các ước lượng ma trận lưu lượng có thể không có sẵn đối với hầu hết các thiết bị định tuyến hiện có trên thị trường; trong khi các tải tuyến nối là có sẵn nhưng nó lại không chứa đủ thông tin để ước lượng một ma trận chấp nhận được. Giám sát lưu lượng bao gồm các nguy ên tắc sau:  Sử dụng các ma trận tiêu chuẩn  Đánh giá các đặc tính đơn hướng  Sử dụng các thiết bị chuyên dụng cho các phép đo chính xác cao  Đo liên tục  Cung cấp dữ liệu hiệu năng dài hạn  Cung cấp truy nhập thời gian thực tới dữ liệu hiệu năng  Cung cấp các phép đo từ đầu cuối tới đầu cuối  Các phương pháp và công cụ giám sát lưu lượng Khả năng giám sát lưu lượng có thể được triển khai tại mức gói hoặc mức mạng. Dưới đây là một số các công cụ phần mềm đã có trên th ị trường cho phép giám sát lưu lượng. Giám sát mức gói tin: phương pháp này đòi hòi phải giám sát tất cả các gói tin, ví dụ như là tại nguồn gói tin. Đặc biệt, mào đầu gói tin có thể được kiểm tra và các thông tin liên quan có thể được trích ra từ mào đầu. Hai công cụ phần mềm phổ biến cho việc giám sát ở mức gói tin là:  ‘tcpdump’ Công cụ này sẽ in ra tất cả các mào đầu của các gói tin trong giao diện mạng thoả mãn biểu thức boolean. Nó cũng có thể chạy trong chế độ cờ ‘w’, khi đó nó sẽ lưu dữ liệu gói tin vào một tập tin để có thể phân tích sau này và/hoặc chạy với cờ ‘b’, khi đó nó sẽ đọc nội dung từ một tập tin đã được lưu thay vì đọc các gói tin trong giao diện mạng. Trong tất cả các trường hợp, chỉ có các gói tin thoả mãn bi ểu thức mới được xử lí. ‘tcpdump’ cũng có cờ ‘c’. Nếu không có cờ này, nó sẽ tiếp tục bắt giữ các gói tin cho tới khi nó bị ngắt bởi tín hiệu SIGINT hoặc SIGTERM. Khi có cờ ‘c’, nó sẽ bắt giữ các gói tin cho tới khi nó bị ngắt bởi tín hiệu SIGINT hoặc SIGTERM hoặc một số lượng gói tin nhất định đã được xử lí. Cuối cùng, nó sẽ báo cáo số lượng gói tin đã qua bộ đệm và số lượng các gói tin phù hợp với bộ lọc nghĩa là các gói tin phù h ợp với biểu thức lựa chọn.  ‘libcap’ Đây là thư viện mà có thể được sử dụng để bắt giữ các gói tin xuất phát từ card mạng một cách trực tiếp. Nó cung cấp các truy nhập không phụ thuộc vào hình thức triển khai tới các tiện ích bắt giữ gói tin cơ sở và tiện ích này được cung cấp bởi các hệ điều hành. Ứng dụng của ‘libcap’ có các định dạng cơ bản sau:  Chỉ định giao diện cần đo đạc.  Khởi tạo ‘libcap’. Libcap có thể hoạt động như một đ a thiết bị. Mỗi phép đo được nhận dạng bởi một bộ miêu tả lọc (hay còn gọi là nhận dạng phiên).  Xác định tập các quy tắc để chỉ rõ loại lưu lượng nào mu ốn tìm kiếm, liên kết các quy tắc này lại và áp d ụng chúng cho phiên.  Thực hiện lặp sơ cấp để tiến hành đo.  Đóng phiên hay bộ miêu tả lọc. Giám sát mức mạng: phương pháp này giám sát các hoạt động ở mức mạng ví dụ như tắc nghẽn mạng v à các thắt cổ chai hiệu năng. Giám sát mức mạng có thể được thực hiện theo ba cách: đo tích cực, đo thụ động và giám sát điều khiển. Phương pháp đo tích cực sẽ thực hiện gửi dữ liệu qua mạng và quan sát kết quả. Trong khi đó phương pháp đo thụ động sẽ ch èn một máy dò vào tuy ến nối giữa các node trong mạng và sẽ tổng kết và ghi lại các thông tin về dòng lưu lượng trên tuyến nối đó. Phương pháp giám sát điều khiển sẽ bắt giữ và phân tích thông tin điều khiển mạng chẳng hạn như thông tin định tuyến và quản lí mạng. Đặc biệt, giám sát mức mạng có thể thực hiện nhờ việc sử dụng các công cụ dựa trên Ping, dò đường, SNMP, và các thiết bị giám sát mạng. Ví dụ như, có thể sử dụng Ping để đo thời gian phản hồi tiến trình, tỉ lệ tổn thất gói, sự biến thiên của thời gian phản hồi và sự thiếu khả năng phản ứng (nghĩa là không có phản ứng cho một loạt các lệnh Ping):  Các công cụ dựa trên Ping: các công cụ này sử dụng các phép đo và phân tích liên quan tới lệnh Ping được gọi l à PingER. Các công c ụ này có thể thu thập các kết quả đo tích cực nhờ các bản tin ICMP (tiếng vọng yêu cầu/phản hồi). Các công cụ này gồm có ba phần:  Khối giám sát vị trí: Khối này được cài đặt và cấu hình ở tại vị trí cần giám sát. Dữ liệu Ping thu thập được sẽ luôn sẵn s àng cho các máy chủ nhờ HTTP. Cũng có các công cụ PingER có khả năng giám sát vị trí mà cung cấp các phân tích trong thời gian gần và báo cáo các d ữ liệu mà nó có trong các bộ nhớ cache cục bộ.  Khối giám sát vị trí ở xa: Khối này được cài đặt tại máy chủ ở xa thụ động. Nó gắn với ít nhất một vị trí giám sát cụ thể.  Khối nhận và phân tích vị trí: Khối này có thể được đặt ở một vị trí duy nhất hoặc thậm chí một máy chủ dành riêng hoặc cũng có thể được đặt tách riêng nhau. V ị trí lưu trữ sẽ thu thập thông tin nhờ sử dụng HTTP từ các vị trí giám sát theo chu kì thời gian nhất định. Nó cung cấp các dữ liệu thu thập được cho các vị trí phân tích, và sau đó cung cấp các bản báo cáo đang có thông qua Web.  Dò đường: công cụ này in ra tất cả các hop trung gian giữa một cặp node nguồn và node đích và đo thời gian hành trình giữa node nguồn đó và mỗi hop. Dò đường sử dụng trường IPv4 TTL hoặc trường IPv6 hop limit và hai bản tin ICMP (nghĩa là ‘thời gian trội khi truyền dẫn’ và ‘cổng không thể tiếp cận’). Nó bắt đầu gửi một bản tin UDP tới đích với một TTL (hay là hop limit) bằng 1. Điều này sẽ bắt bộ định tuyến ở hop đầu ti ên sẽ trả lại một ICMP có ‘thời gian trội trong truyền dẫn’ mang giá trị lỗi. Nó tiếp tục gửi một bản tin UDP tới node đích nhưng có giá trị TTL tăng dần 1 đơn vị. Cuối cùng, node đích sẽ nhận được bản tin UDP thăm d ò và trả lại một ICMP ‘cổng không tiếp cận được’ khi bản tin UDP đó được đánh địa chỉ tới một cổng không sử dụng. Trong thiết lập mặc định, nó sẽ gửi ba bản tin UDP thăm d ò cho mỗt thiết lập TTL. Do đó thời gian hành trình cho mỗi hop có thể được ước lượng bằng trung bình cộng của ba khoảng thời gian được đo đó.  SNMP: có thể sử dụng SNMP để thu thập các phép đo cục bộ từ các bộ định tuyến IP.  Các phép đo tuyến nối thụ động: Xu hướng này đòi h ỏi các thiết bị mạng đặc biệt như là các bộ phân tích giao thức hay OCX-mon. Một giám sát OXC-mon là m ột PC bảng rãnh chạy trên hệ điều hành Linux hoặc FreeBSD. Cùng với các linh kiện cho PC (400 MHz PII, 128 Mbytes RAM, 6-Gbyte SCSI disk), nó còn được cài đặt hai card đo và một bộ chia quang được sử dụng để kết nối bộ giám sát tới một tuyến nối quang OC-3 (155 Mb/s) hoặc OC-12 (622 Mb/s). Định nghĩa dòng lưu lượng Thuật ngữ “dòng” đã được sử dụng rất rộng rãi nhưng với rất nhiều định nghĩa khác nhau chẳng hạn như trong giám sát QoS, định tuyến QoS, chuyển tiếp gói. Một định nghĩa chung cho một ‘dòng lưu lượng’ trong kĩ thuật lưu lượng là rất quan trọng đối với tập hợp dữ liệu và đối với việc sử dụng các kết quả thống kê lưu lượng được thu thập bởi các lược đồ thu thập lưu lượng của các nhà sử dụng dịch vụ khác nhau. Sau đây là định nghĩa ‘dòng’ cho đo lưu lượng:  Tính hướng: Dòng có thể là đơn hướng hoặc song hướng. Với các d òng đơn hướng, lưu lượng từ A tới B và t ừ B tới A được coi là các dòng lưu lượng khác nhau trong khi thu thập và phân tích. Dữ liệu song hướng cung cấp các đặc điểm bên trong của các giao thức bao gồm cả các vấn đề có thể rất rõ ràng trong các mạng đường trục nhưng lại khó nhận ra hơn tại các đầu cuối. R õ ràng là dữ liệu song hướng là phức tạp và làm tăng độ phức tạp đối với các thuật toán kĩ thuật lưu lượng. Để cho đơn giản, giả thiết rằng các dòng song hướng không có sự khác bi ệt so với trường hợp hai dòng đơn hướng của cùng một cặp node. Ví dụ như, độ lớn lưu lượng hay độ tận dụng của một dòng song hướng là lớn hơn độ lớn lưu lượng hay độ tận dụng lớn hơn hai d òng đơn hướng. Hay, dòng song hướng có thể coi là bằng với một trong hai dòng đơn hướng đó. Nếu như thế thì một dòng song hướng giữa hai cặp node được giả định là luôn luôn đối xứng.  Các điểm cuối dòng: Điểm mấu chốt cho các chỉ định dòng là các điểm cuối của dòng. Chúng mô tả các thực thể truyền thông. Các dòng có thể được coi là lưu lượng giữa:  Các ứng dụng: được nhận dạng bởi <ID giao thức, cổng nguồn, địa chỉ IP nguồn, cổng đích, địa chỉ IP đích>.  Các máy chủ: được nhận dạng bởi <địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích>.  Các mạng: được nhận dạng bởi <tiền IP nguồn, tiền IP đích>.  Lưu lượng chia sẻ một đường chung trên mạng: được nhận dạng bởi <giao diện bộ định tuyến lối vào, giao di ện bộ định tuyến lối ra>.  Tính phân mảnh dòng: Mỗi dòng gắn với một độ phân mảnh mà cơ sở của nó là kích thước của dòng. Tính phân mảnh mẫu hoá giám sát lưu lượng. Sự hiệu quả của giám sát lưu lượng liên quan tới tính phân mảnh giám sát lưu lượng. Đặc tính này có thể được chỉ định trong thuật ngữ tính phân mảnh mẫu hoá và tính phân mảnh đo đạc. Khi giám sát một mạng, tồn tại một sự thoả hiệp giữa độ chính xác của việc giám sát và phần mào đầu được giới thiệu. Có hai xu hướng giám sát lưu lượng trong một mạng. Việc giám sát có thể chính là một phần trong các chức năng của phần tử mạng được giám sát, hoặc việc giám sát được thực hiện bởi một thiết bị dành riêng. Dù trong trường hợp nào thì công suất xử lí cho phép cũng có thể không đủ để thực hiện toàn bộ nhiệm vụ giám sát. Thay vào đó, việc giám sát phải được thực hiện theo một phương thức mẫu hoá. Nếu điều n ày xảy ra, người ta có thể cần các luật để điều khiển việc mẫu hoá chẳng hạn như: “Độ lớn lưu lượng cơ sở có thể được ước lượng từ các mẫu thu thập được tại một tốc độ nhỏ„ Trong khi một số thiết bị đo hoặc phần cứng chuyển mạch/định tuyến đầu cuối tốc độ cao có khả năng liên tục giám sát các dòng lưu lượng thì các ứng dụng chẳng hạn như lập kế hoạch dung lượng, lại không cần mức độ chi tiết như thế. Trong miền NSFNET, viện truyền thông ANS đã thực hiện các thực nghiệm trong việc mẫu hoá với độ phân mảnh là 1 trong 50 gói tin, 1 trong 100 gói t in và 1 trong 1000 gói tin. Để dùng cho việc lập kế hoạch dung lượng th ì họ phát hiện ra rằng mẫu hoá với tốc độ 1 trong N gói tin là chấp nhận được với giá trị N có độ lớn trung bình. Nhưng tốc độ mẫu hoá cỡ 1 trong 1000 gói tin lại bị cho là quá lớn để có th ể tin cậy cho việc lập kế hoạch dung lượng. Giá trị N là bao nhiêu là phù h ợp cho tái cấu hình mức mạng hay về bản chất chính là việc lập kế hoạch dung lượng trong các mạng IP ngày nay cần các nghiên cứu bổ sung. Trong khi với giá trị khoảng vài trăm hoặc nhỏ hơn là một lựa chọn ban đầu tốt thì tốt hơn hết là tính phân m ảnh mẫu hoá có thể thay đổi bởi người dùng. Đây là một đặc tính quan trọng, có khả năng thay đổi để thoả mãn các yêu cầu về độ chính xác đo, các đặc tính lưu lượng v à công suất xử lí. Việc mẫu hoá dựa trên thời gian ngắt là không được khuyến khích vì các kết quả không phản ánh một cách an toàn đặc tính bùng nổ của lưu lượng. Khi tái cấu hình mức mạng là hướng hiệu năng (chẳng hạn như tối thiểu hoá trễ đầu cuối tới đầu cuối) th ì các phép đo liên quan đòi hỏi gán nhãn thời gian truyền dẫn/thời gian đến cho gói tin một cách chính xác. Các lựa chọn phân mảnh mẫu hoá để đáp ứng các y êu cầu này bao gồm:  Chọn 1 trong N, trong đó một gói tin ngẫu nhiên không n ằm trong N gói tin kế tiếp sẽ được chọn. Điều này làm gi ảm sự thiên vị xuất hiện trong dữ liệu qua quá trình m ẫu hoá.  Chọn các gói tin liên tiếp nhau để nghiên cứu thời gian đến ở giữa và để phân tích thời gian đến của các gói tin.  Lựa chọn tất cả các gói tin từ một dòng duy nhất (dòng này được xác định từ một tầng trên tương ứng). Mặc dù cần các nghiên cứu sâu hơn liên quan tới tốc độ mẫu hoá chấp nhận được và các khoảng ngắt tin tưởng được cho các yêu cầu ứng dụng cụ thể nhưng tới nay một điều rõ ràng là hai đặc tính của giám sát lưu lượng cho mục đích tái cấu hình mức mạng là:  Tốc độ mẫu hoá có thể cấu hình được  Xử lí dữ liệu không trực tuyến Tính phân mảnh đo và ma trận lưu lượng Cùng với tính phân mảnh mẫu hoá, còn có vấn đề về tính phân mảnh đo. Mục đích của giám sát là một ma trận lưu lượng mạng mà nhờ đó có thể dự đoán được nhu cầu lưu lượng cho tương lai [...]... tái cấu hình mức mạng bao gồm dòng lưu lượng đến một bộ định tuyến biên được định tuyến tới một bộ định tuyến biên khác Dòng có đặc trưng là vết thời gian của các byte/giây đến dòng đó Các cơ chế để nhận được vết thời gian của một dòng lưu lượng sẽ được trình bày ở phần dưới đây Vết thời gian của dòng lưu lượng có thể bao gồm tốc độ byte trung bình trong dòng lưu lượng trên một khoảng thời gian cho... mạng là ma trận độ lớn lưu lượng giữa các bộ định tuyến biên trong mạng IP/WDM Như vậy việc cần làm là xác định VTP (i,j) Nó biểu diễn độ lớn lưu lượng loại P đang di chuyển từ bộ định tuyến biên i tới bộ định tuyến biên j trong một khoảng thời gian trung bình T Do vậy, các phép đo này cung cấp một vết thời gian của độ lớn lưu lượng giữa một cặp bộ định tuyến biên cho mỗi kiểu lưu lượng T là thông số... mỗi kiểu lưu lượng T là thông số phân mảnh đo Nó biểu diễn sự phân tích thời gian của các vết lưu lượng Cho trước VTP (i,j), mô hình mạng IP, và thuật toán định tuyến được sử dụng, độ lớn lưu lượng yêu cầu cho mỗi tuyến nối IP trong một khoảng thời gian có thể hoàn toàn được xác định Chẳng hạn như, dòng lưu lượng có thể được biểu diễn bởi một vết thời gian bao gồm trung bình trong 5 phút số byte/giây . Chương 6: Đo kiểm và giám sát lưu lượng Các mạng IP/WDM được dùng để phân phát lưu lượng IP. Đo kiểm lưu lượng mạng đạt được thông. cho một ‘dòng lưu lượng trong kĩ thuật lưu lượng là rất quan trọng đối với tập hợp dữ liệu và đối với việc sử dụng các kết quả thống kê lưu lượng được thu