TKK | Tietoverkkolaboratorio | Julkaisut

Timo Viipuri: Traffic Analysis and Modeling of IP Core Networks


Työ PDF-muodossa. The work in PDF format.
Date: 20.12.2005
Pages: 123
Department:Department of Electrical and Communications Engineering
Chair: S-38 Telecommunications Technology
Supervisor:Professor Jorma Jormakka
Instructor:Lic. (Tech.) Marko Luoma

Abstract of Master's Thesis

There are many reasons for analyzing traffic in an operational IP network: studying user behavior, measuring the network performance, observing network usage levels and identifying fault situations. All communication networks in general are monitored at some level by the administrators to be aware of how the users behave and how the network meets their demands.

Simulations provide an efficient and economical way of estimating the performance of a network. They are widely utilized when studying communication networks and they have proven especially useful when designing new and novel networks. However, an unresolved issue has always been: how reliable are the results from the simulations?

This thesis presents a method for evaluating the accuracy of network traffic simulations. The method consists of three stages: analysing the traffic in a real network, performing simulations of the corresponding scenario, and finally, comparing the performance of the real and simulated networks. If the two networks function similarly, simulations can be said to accurately mimic the real world. In this thesis, only the first stage --- analysing the real network --- is completed and the simulations are left for further studies.

A passive measurement infrastructure for monitoring and analyzing a network was designed and implemented. Traffic was captured from multiple locations in the network and analyzed on a one-week time scale. One day of the week was selected where busy and slow hours were analyzed in more detail. The analysis had two objectives: gathering traffic generation statistics and measuring the network performance. Based on the former objective, a traffic model was built which can be used for replicating the network conditions into a simulation environment. The latter objective was achieved by measuring two parameters: one-way packet latency and packet loss ratio. In addition, a traffic property called self-similarity was measured which can be used in the simulations to evaluate the quality of the traffic model.

Keywords: IP traffic, analysis, modeling

Timo Viipuri: IP-runkoverkkojen liikenteen analysointi ja mallinnus

Diplomityön tiivistelmä

Toiminnassa olevan IP-verkon liikenteen analysoimiseen on monta syytä: käyttäjien toiminnan seuraaminen, verkon suorituskyvyn mittaaminen, verkon käyttöasteen tarkkaileminen sekä vikatilanteiden tunnistaminen. Yleisesti ottaen kaikkia tietoverkkoja valvotaan jollain tasolla, jotta ylläpitäjät pysyisivät tietoisina käyttäjien toimista ja verkon toiminnallisuudesta.

Simulaatiot tarjoavat tehokkaan ja taloudellisen tavan arvioida verkon suorituskykyä. Niitä hyödynnetään paljon tietoverkkojen tutkimuksessa ja ne ovat osoittautuneet erityisen hyödyllisiksi uusien ja uudenlaisten verkkojen suunnittelussa. Ratkaisematon ongelma on kuitenkin aina ollut: kuinka luotettavia ovat simulaatioista saadut tulokset?

Tämä diplomityö esittelee menetelmän verkkoliikennesimulaatioiden tarkkuuden arvioimiseksi. Menetelmä on kolmivaiheinen: oikean verkon liikenteen analysoiminen, vastaavanlaisen tilanteen simuloiminen, ja lopuksi, oikean ja simuloidun verkon suorituskykyjen vertaaminen. Mikäli verkkojen toiminnallisuus on samankaltaista, simulaation voidaan arvioida jäljittelevän tarkasti oikeaa verkkoa. Tässä diplomityössä suoritetaan ainoastaan menetelmän ensimmäinen vaihe: oikean verkon analysointi. Simulointiosuus jätetään tulevan tutkimuksen varaan.

Työssä suunniteltiin ja toteutettiin verkon passiivinen liikennemittausjärjestelmä. Liikennettä tarkkailtiin useista eri mittauspisteistä ja analysoitiin viikon pituiselta ajanjaksolta. Tältä ajalta valittiin yksi päivä, jolta analysoitiin tarkemmin kiireisen ja hiljaisen tunnin liikenne. Analysoinnilla oli kaksi tavoitetta: liikenteen luomisen tilastollinen tarkastelu ja verkon suorituskyvyn mittaaminen. Edellisen tavoitteen perusteella kehitettiin liikennemalli, jota voidaan käyttää verkko-olosuhteiden jäljentämisessä simulaatioympäristöön. Jälkimmäinen tavoite saavutettiin mittaamalla kahta tunnuslukua: yksisuuntaista pakettiviivettä ja pakettihäviösuhdetta. Lisäksi mitattiin liikenteen ominaisuutta nimeltä itsesimilaarisuus, mitä voidaan hyödyntää simulaatiovaiheessa liikennemallin laadun arvioimisessa.

Avainsanat: IP-liikenne, analysointi, mallinnus

Tietoverkkolaboratorio on nyt osa Tietoliikenne- ja tietoverkkotekniikan laitosta. Tällä sivulla oleva tieto voi olla vanhentunutta.

Tämän sivun sisällöstä vastaavat ja Webmaster.
Sivua on viimeksi päivitetty 15.03.2005 10:02.
URI: http://www.netlab.tkk.fi/julkaisut/tyot/diplomityot/1039/index.shtml
[ TKK > Sähkö- ja tietoliikennetekniikan osasto > Tietoverkkolaboratorio > Julkaisut ]