Herramientas pasivas para el análisis y evaluación de prestaciones en redes de alta velocidad

Abstract

Hoy en día el uso de las redes de ordenadores se ha vuelto imprescindible para casi cualquier tarea. Como consecuencia de la expansión de las mismas, comprobar que una red alcanza el rendimiento y funcionamiento esperado supone una tarea crítica para los administradores. Debido a las dimensiones y a la cantidad de flujos de datos que alcanzan, no siempre es posible utilizar medidas activas. En este tipo de escenarios se puede utilizar herramientas de monitorización pasiva, aunque estos métodos no son siempre triviales. Durante la realización de esta tesis se han analizado algunos problemas para la evaluación de prestaciones a través del uso de herramientas pasivas. El primer enfoque ha sido el estudio de un generador de tráfico, que sirviera para ser utilizado en simulaciones en las que se pueda reproducir los problemas de una red real. Con este objetivo, se ha propuesto una adaptación del algoritmo de Perlin Noise para generar tráfico al vuelo, de forma ilimitada y con las características de un modelo Fractional Gaussian Noise (FGN). La precisión obtenida de este modelo era comparable con la obtenida por un generador de tipo Random Midpoint Displacement (RMD). Otro de los problemas analizados durante la realización de la tesis ha sido la detección de los problemas de disponibilidad percibidos por los clientes. En la actualidad, la detección de interrupciones constituye una de las tareas más críticas en una red. Con este objetivo, se ha propuesto un algoritmo para la detección de interrupciones de servicio a través del estudio del tráfico pasivo. El algoritmo propuesto es simple, puesto que se basa en el uso de contadores sencillos y en la utilización de dos filtros, para decidir si en un intervalo de tiempo los clientes no pueden acceder a un servicio. El algoritmo ha sido probado en un entorno emulado y un escenario real con clientes accediendo a servicios populares de Internet. Para ambos escenarios se obtuvieron buenos resultados de detección. Otro problema habitual en las redes es la estimación de la latencia de la red. Mientras que en la literatura se pueden encontrar multitud de estudios para su aproximación a través de medidas activas, se encuentra poco sobre métodos pasivos. Un estimador preciso que puede ser utilizado pasivamente es el uso del Timestamp Transport control Protocol (TCP). Sin embargo, se ha comprobado cómo sólo podría ser usado para un pequeño porcentaje de conexiones. Por este motivo, se ha propuesto un estimador enfocado a redes de alta velocidad, basado en la hipótesis que el servidor intentará ajustarse a la ventana anunciada por TCP en el cliente, sin mandar nunca más datos que los permitidos por este. El método ha sido comparado con los valores obtenidos por el estimador basado en el Timestamp TCP, y si bien no es tan preciso como este, los resultados han sido lo suficientemente buenos como para ser utilizados. La última prestación pasiva analizada ha sido la identificación del algoritmo de control de congestión del protocolo TCP utilizado por los servidores. El algoritmo de control de congestión es un algoritmo interno de TCP, que no es anunciado en el establecimiento de la conexión y que depende del sistema operativo del servidor. En la literatura existen numerosos estudios en los que se compara el rendimiento obtenido en un escenario dependiendo del algoritmo de control de congestión utilizado. Por contra, no hay tantos para la identificación de los mismos y menos todavía de forma pasiva. Se ha realizado una primera aproximación de la identificación pasiva utilizando solamente el parámetro principal que caracteriza estos algoritmos. La estimación del parámetro ha permitido la elaboración de un algoritmo clasificador. Este algoritmo ha sido probado tanto para un escenario de entrenamiento como para uno de validación. Dichos experimentos han derivado en porcentajes de identificación elevados.