MEDICIONES REDES RFC2544

Curso de Evaluación de pérformance de Redes

Medidas a realizar en dispositivos de redes 1 Conceptos previos sobre mediciones .................................................................... 2 1.1 Conformance vs. Performance ........................................................... 2 1.2 Dos visiones sobre la creación de estándares de pruebas ...................... 2 2 Introducción...................................................................................................... 2 3 Tareas realizadas por el BMWG............................................................................ 3 4 Terminología y metodología de pruebas según RFC 1242 y RFC 2544 ....................... 3 4.1 Arquitectura de pruebas (RFC 2544 ítem 6) ......................................... 3 4.2 Throughput ..................................................................................... 5 4.3 Latency ........................................................................................... 6 4.4 Frame loss rate ............................................................................... 7 4.5 Back-to-back frames ........................................................................ 8 4.6 System recovery .............................................................................. 9 4.7 Reset .............................................................................................10 4.8 Consideraciones generales ...............................................................11 4.8.1 Formato y tamaño de trama .....................................................11 4.8.2 Verificación de tramas recibidas................................................11 4.8.3 Modificadores .........................................................................11 4.8.4 Direcciones de protocolo ..........................................................12 5 Terminología y metodología de pruebas según RFC 2285 y RFC 2889 ......................12 5.1 Fully meshed throughput, frame loss and forwarding rate ....................13 5.2 Partially meshed one-to-many/many-to-one .......................................15 5.3 Partially meshed multiple devices ......................................................16 5.4 Partially meshed unidirectional traffic.................................................17 5.5 Congestion Control ..........................................................................18 5.6 Forward Pressure and Maximum Forwarding Rate ..............................19 5.7 Address caching capacity ................................................................21 5.8 Address learning rate.......................................................................22 5.9 Errored frames filtering ....................................................................23 5.10 Broadcast frame Forwarding and Latency .........................................25 6 Instruemntal diponible.......................................................................................26 6.1 Instrumentos de mano.....................................................................26 6.2 Instrumentos de campo ...................................................................28 6.3 Instrumentos de laboratorio .............................................................28 7 Referencias ......................................................................................................31

1


1 Conceptos previos sobre mediciones 1.1 Conformance vs. Performance Existen dos grandes grupos de tipos de medidas, de conformidad (conformance) y de rendimiento (performance). La conformidad permite comprobar si un dispositivo cumple con las recomendaciones, el rendimiento, nos dice que tan bien se comporta el equipo bajo diferentes condiciones. Por ejemplo eligiendo un grupo de dispositivos todos ellos pueden “pasar” las pruebas de conformidad, pero con las pruebas de rendimiento se puede comparar los dispositivos. [1] Pruebas de conformance ¿Envía y recibe los mensajes en el formato correcto? ¿El dispositivo se apaga al recibir un mensaje inapropiado? ¿Realiza la tarea deseada?

Pruebas de performance ¿Realiza correctamente la priorización de mensajes? ¿Con alta caga de tráfico continúa funcionando? ¿Bloquea comunicaciones no deseadas?

1.2 Dos enfoques sobre la creación de estándares de pruebas •

•

Internet Engineering Task Force (IETF) en el grupo Benchmarking Methodology Working Group (BMWG): el enfoque se basa en la creación de dos tipos de documentos, de terminología (define las características funcionales relevantes) y de metodología de pruebas. MEF (Metro Ethernet Forum) y el ATM Forum: son basados en la ratificación de estándares, todas las pruebas hacen referencia al estándar en cuestión.

El método utilizado por el IETF (BMWG) se considera más apropiado para medidas de performance, mientras que el utilizado por el MEF y el ATM Forum se considera más apropiado para medidas de conformance.[2]

2 Introducción Se analizarán definiciones y medidas a realizar en dispositivos de redes, basándose en las RFC’s propuestas por el IETF (BMWG), las medidas apuntan a poder describir el rendimiento (performance) de un equipo bajo prueba DUT (device under test). El análisis se basará en cuatro FRC’s: • Definición de términos utilizados o RCF 1242 (Benchmarking Terminology for Network Interconnection Devices) o RFC 2285 (Benchmarking Terminology for LAN Switching Devices) • Pruebas a realizar o RFC 2544 (Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices) o RFC 2889 (Benchmarking Methodology for LAN Switching Devices) Posteriormente se hará un estudio (teórico) del instrumental disponible para realizar este u otro tipo de pruebas, analizando los posibles campos de aplicación. Al final del trabajo se presentan medidas realizadas sobre equipos utilizando algunas de las medidas recomendadas en la RFC 2544.

2


3 Tareas realizadas por el BMWG La principal meta del BMWG es de realizar una serie de recomendaciones en lo concerniente a medidas de performance en tecnologías de interredes (internetworking technologies) más aún estas recomendaciones se pueden enfocar en los sistemas o servicios que son construidos por estas tecnologías. Cada recomendación describirá: • La clase de equipo, sistema, o servicio brindado. • Discutirá las características de performance correspondiente a cada clase. • Deberá identificar claramente el tipo de medida. • Deberá brindar los requerimientos para la presentación de los resultados obtenidos, en un formato común y no ambiguo. El alcance del BMWG está limitado a la caracterización de la tecnología utilizada mediante estímulos simulados en ambientes de laboratorio. En otras palabras el BMWG no pretende producir benchmarks para redes operacionales.

4 Terminología y metodología de pruebas según RFC 1242 y RFC 2544 La RFC 2544 discute y define un número de describir y comparar las características interconexión de redes. Asimismo describe resultados de las pruebas. Este trabajo se centrará en las pruebas descriptas en la RFC 2544 (ítem 26): • Throughput (ítem 26.1) • Latency (ítem 26.2) • Frame loss rate (ítem 26.3) • Back-to-back frames (ítem 26.4) • System recovery (ítem 26.5) • Reset (ítem 26.6)

pruebas que pueden ser utilizadas para de performance de dispositivos de los formatos para el reporte de los de rendimiento (Benchmarking tests)

Los siguientes términos definidos en mayúscula tienen un significado particular • • •

DEBE (MUST): el ítem es obligatorio. DEBERÍA (SHOULD): el ítem es recomendado, pueden existir motivos para ignorar el ítem en ciertas circunstancias, de ser así debe de ser estudiado cuidadosamente. PUEDE (MAY): el ítem es opcional, se puede llegar a omitir el ítem.

4.1 Arquitectura de pruebas (RFC 2544 ítem 6) La manera ideal de implementar las pruebas es usar un equipo de prueba (tester) con puertos de transmisión y recepción, es la arquitectura recomendada (ver figura 1). De ser así el equipo de prueba puede determinar si todos los paquetes transmitidos fueron recibidos y verificar que los paquetes correctos sean recibidos.

3


Figura 1 La misma funcionalidad se puede obtener con el transmisor (sender) separado del receptor (receiver), ver figura 2. Si (transmisor y receptor) no son controlados de algún modo que simulen un único equipo de prueba ciertas medidas pueden llegar a ser imposibles de realizar con la precisión necesaria, por ejemplo: para la prueba de latencia (latency) deben de estar sincronizados mediante una unidad externa (ejemplo GPS) o sincronizados directamente (ejemplo mediante cable coaxial).

Figura 2 Es posible realizar las pruebas más allá de un DUT (RFC 2544 ítem 19) extendiendo el modelo a un sistema de DUT´s interconectados por ejemplo: • LAN-WAN-LAN: 802.3-> DUT 1 -> X.25 @ 64kbps -> DUT 2 -> 802.3 • Inter-LAN: 802.3 -> DUT 1 -> FDDI -> DUT 2 -> FDDI -> DUT 3 -> 802.3

Figura 3 Existen limitaciones a tener en cuenta en este enfoque por ejemplo la latencia introducida por otros dispositivos (ejemplo CSUs/DSUs, switches, etc.).

4


4.2 Throughput Definición (RFC 1242 ítem 3.17): La máxima tasa a la cual ninguna de las tramas ofrecidas es descartada por el dispositivo. Objetivo: Medir el throughput según RFC 1242. Procedimiento: Enviar un número específico de tramas a una tasa específica a través del DUT, luego contar las tramas correctamente recibidas desde el DUT. Si la cantidad de tramas ofrecidas es menor a la cantidad de tramas correctamente recibidas desde el DUT, la tasa del flujo ofrecido se reduce y el ensayo se vuelve a correr. El throughput es la máxima tasa a la cual la cantidad de tramas transmitidas por el DUT es la misma que la transmitida por el equipo de prueba. El ensayo debe realizarse con los formatos y tamaños de tramas especificados (ver 4.8.1). Presentación de resultados: Se DEBERÍA reportar en forma de gráfica donde la coordenada x= tamaño de la trama, la coordenada y=la tasa de transmisión de las tramas. Se DEBERÍA graficar tanto los valores teóricos como los valores obtenidos en el ensayo. Ejemplo: la grafica muestra los valores teóricos, por más detalles consultar RFC 2544 apéndice B

Figura 4 Eje X: tamaño de tramas (bytes) Eje Y: cantidad de tramas por segundos (FPS)

5


4.3 Latency Definición (RFC 1242 ítem 3.8): Para dispositivos Store and Forward: El intervalo de tiempo comenzando cuando el último bit de la trama entrante alcanza el puerto de entrada y terminando cuando el primer bit de la misma trama es visto en el puerto de salida. Para dispositivos bit Forwarding: El intervalo de tiempo comenzando cuando el final del primer bit de la trama entrante alcanza el puerto de entrada y terminando cuando el comienzo del primer bit de la misma trama es visto en el puerto de salida.

Figura 5 Objetivo: medir la latencia según RFC 1242. Procedimiento: Primero se determina el throughput del DUT para cada uno de los largos de trama (ver 4.8.1). Se envía un flujo de datos de un particular tamaño de trama a través del DUT al throughput que se determinó anteriormente, hacia un destino específico. El flujo deberá ser de por lo menos 120 segundos de duración. Un marcador (tag) deberá ser incluido dentro de una trama luego de los 60 segundos. El tiempo en el cual esta trama es completamente transmitida se graba (marca de tiempo A). La lógica del receptor en el equipo de prueba debe reconocer este marcador en el flujo de datos y grabar el tiempo en el cual esta trama es recibida (marca de tiempo B). La latencia es la resta de las marcas de tiempo B y A. Esta definición sirve tanto para dispositivos store and forward como para bit forwarding. Esta prueba debe repetirse por lo menos 20 veces y reportar el valor medio de los valores guardados. Presentación de resultados: Se DEBERÍA presentar en forma de tabla con una columna para cada tipo de tamaño de trama.

6


Observación: si se utilizan dos instrumentos para la medición de la latencia, estos deben de estar sincronizados entre sí. Ejemplo: [3] Largo de trama (bytes) 64 128 256 512 1024 1280 1518

Tramas por segundo (FPS) 13000 8200 4500 2349 1197 958 812

Store & Forward Latency (us) 450 480 502 562 658 704 775

4.4 Frame loss rate Definición (RFC 1242 ítem 3.6): Porcentaje de tramas que deberían ser enviadas (forwarded) por un dispositivo de red bajo estado estacionario de carga (constante) pero no son enviadas (forwarded) por la falta de recursos. Objetivo: Medir la tasa de pérdida de tramas según RFC 1242. Procedimiento: Se envía un específico número de tramas a una tasa específica a través del DUT y se cuentan cuantas tramas son transmitidas por el DUT. La tasa de pérdida de tramas se calcula como: ( (contador_entrada – contador_salida) * 100 ) / contador_entrada El primer ensayo será para la tasa de tramas que corresponde al 100% de la máxima tasa del medio de entrada, para cada tamaño de trama (ver 4.8.1). Se repite el procedimiento para la tasa que corresponde al 90% del máximo utilizado y luego para el 80% de esta tasa. Esta secuencia continuará (reduciendo en intervalos del 10%) hasta que hallan dos pruebas exitosas en las cuales no se encuentren tramas perdidas. Presentación de resultados: Se DEBERÍA reportar en forma de gráfica. El eje de las X deberá ser la tasa de tramas de entrada, como un porcentaje de la tasa teórica para el medio, a un específico tamaño de trama. El eje de las Y deberá ser el porcentaje de pérdidas de tramas para una específica tasa de entrada.

Figura 6

7


Observación: Esta medida es útil para conocer el comportamiento del DUT en una condición de sobrecarga de la red, como se comportaría el DUT frente a condiciones patológicas como ser por ejemplo tormentas de broadcast (broadcast storms).

4.5 Back-to-back frames Definición (RFC 1242 ítem 3.1): Tramas de un mismo largo, enviadas a una tasa para la cual hay una separación legalmente mínima entre tramas, para un medio dado, durante un período de tiempo, comenzando desde el estado inactivo (idle time).

Figura 7 Objetivo: medir el back-to-back frames definido según RFC 1242. Procedimiento: Se envía una ráfaga de tramas con el mínimo inter-frame gap al DUT y se cuentan las tramas “forwardeadas” por el DUT. Si la cuenta de tramas transmitidas es igual al número de tramas “forwardeadas” se incrementa el largo de la ráfaga y la prueba se vuelve a correr. Si el número de tramas “forwardeadas” es menor que el número de tramas transmitidas, se reduce el largo de la ráfaga y la prueba se vuelve a correr. El valor del back-to-back frames es el número de tramas con el mayor tamaño de ráfaga para el cual el DUT puede manejarlas sin pérdida de tramas. La duración de la prueba deberá de ser por lo menos de 2 segundos y repetida por lo menos 50 veces. El valor reportado deberá ser el promedio de los valores obtenidos.

Figura 8 Presentación de resultados: Se DEBERÍA presentar en forma de tabla con una columna para cada tamaño de trama que se probó. Se PUEDE reportar la desviación estándar de cada medida. Largo de tramas (bytes) 64 128 256 512 1024 1280 1518

Cantidad de tramas 37200 21112 11320 5872 2992 2395 2030

8


Observaciones: Esta prueba intenta determinar la capacidad del buffer del DUT.

Figura 9 Existen una cantidad de dispositivos que pueden producir ráfagas back-to-back frames, como por ejemplo backup de sistemas (ejemplo rdump). En redes con MTU pequeños (por ejemplo Ethernet) se deben transmitir muchos fragmentos, dado que el proceso de reensamblado implica tener todos los fragmentos , la perdida de uno de ellos puede causar un loop en el transmisor (con el transmisor intentado enviar un bloque largo de datos). 4.6 System recovery Objetivo: caracterizar la rapidez a la cual el DUT se repone de una situación de sobrecarga. Procedimiento: Primero se determina el throughput del DUT para cada tamaño de trama especificado. Luego se envía un flujo de datos a la tasa mínima entre: el 110% del throughput o la máxima tasa para ese medio, durante al menos 60 segundos. A una marca de tiempo A determinado se reduce al 50% de la tasa actual y se graba el tiempo de la última trama perdida (marca de tiempo B). El tiempo de recuperación se determina por la resta de las marcas de tiempo B y A. La prueba DEBERÍA ser repetida un número de veces y el promedio de los resultados deberá ser reportado.

Figura 10

9


Presentación de resultados: Se DEBERÍA reportar en formato de tabla con una columna para cada tamaño de trama utilizado. Largo de trama (bytes) 64 128 256 512 1024 1280 1518

Tramas por segundo (FPS) 14300 8445 4528 2349 1197 958 812

Recovery Time (us) 2800 2750 2730 2730 2720 2720 2720

4.7 Reset Objetivo: Caracterizar la rapidez a la cual el DUT se recupera de un reset de hardware o software. Procedimiento: Primero se determina el throughput del DUT para cada tamaño de trama especificado. Luego se envía un flujo continuo de tramas al determinado throughput para el mínimo largo de tramas. Causar un reset en el DUT. Monitorear la salida hasta que las tramas comiencen a ser “forwardeadas” y guardar los tiempos en que la última trama del flujo inicial (marca A) y la primera trama del siguiente flujo (marca B) son recibidas. Esta prueba podrá ser corrida utilizando tramas con direcciones de redes directamente conectadas al DUT. El valor de reset se obtiene de la resta de las marcas de tiempo B y A.

Figura 11

10


Presentación de resultados: El valor de reset podrá ser reportado como un simple conjunto de valores, uno para cada tipo de reset. Tipo de reset Hardware Software Corte de energía

Tiempo de reset (segundos) 6.3 3.1 6.7

4.8 Consideraciones generales Para las pruebas antes mencionadas, la RFC 2544 especifica un conjunto de consideraciones a tener en cuenta. A continuación se mencionan las más importantes. 4.8.1 Formato y tamaño de tramas (RFC 2544 ítems 8 y 9) Por ejemplo, para TCP/IP sobre Ethernet, se utilizarán paquetes UDP (los DUT pueden descartar tramas que no incluyan una cabecera de capa 4 válida, ver Apéndice C.2.1 RFC 2544), con tamaños de tramas entre 64 y 1518 bytes. Los valores recomendados en la RFC para los tamaños de trama son 64, 128, 256, 512, 1024, 1280 y 1518 bytes.

4.8.2 Verificación de tramas recibidas (RFC 2544 ítem 10) El equipo de prueba no deberá incluir para sus resultados, tramas que no correspondan a las tramas de pruebas. Por ejemplo los update de routing no deben ser incluidos en la cuenta de tramas recibidas. Preferentemente el equipo de prueba deberá incluir un número de secuencia en las tramas transmitidas y verificar estos números en las tramas recibidas. De ser así el reporte de los resultados debe incluir el número de tramas descartadas, fuera de orden y cantidad de tramas duplicadas.

4.8.3 Modificadores (RFC 2544 ítem 11) Para las pruebas se deben de tener en cuenta las posibles funcionalidades disponibles en el DUT y corroborar que estas funcionen correctamente. La RFC recomienda correr todas las pruebas con y sin modificadores separadamente. Las funcionalidades a tener en cuenta son: • Manejo de tramas de broadcast: determinar si hay algún efecto en la tasa de envío de tramas con la presencia de tramas de broadcast (1% del total de tramas). • Manejo de tramas de gestión: determinar que el DUT responde correctamente este tipo de tramas (se envía una trama por segundo). • Manejo de tramas de routing updates: determinar que al modificar de las tablas de ruteo no se vea afectada la tasa de envío (se envía una trama de routing update acorde al protocolo, por ejemplo en RIP cada 30 segundos, OSPF cada 90 segundos). • Manejo de filtros: determinar si el manejo de filtros en el DUT impacta negativamente en la tasa de envío de tramas (se utilizan el rango de direcciones IP asignadas al BMWG).

11


4.8.4 Direcciones de protocolo (RFC 2544 ítems 12, 14 y 16) Las pruebas deberán ser realizadas utilizando tanto un único direccionamiento como múltiples direcciones. Por ejemplo en el caso de IP, las direcciones de destino se toman aleatoriamente de un conjunto, de esta manera se prueba el motor de búsqueda de rutas. • Direccionamiento de tráfico. Diferenciar entre tráfico bidireccional y unidireccional. • Pruebas de multipuerto. Se envían tramas desde todos los puertos de entrada hacia todos los puertos de salida, con una secuencia definida. De esta forma se busca que el DUT maneje (como en el mundo real) varios paquetes direccionados hacia un mismo puerto.

5 Terminología y metodología de pruebas según RFC 2285 y RFC 2889 Extiende la metodología definida en la RFC 2544 para dispositivos de capa 2, dispositivos que manejan la conmutación de tramas en la capa de Control de Acceso al Medio (capa MAC). Asimismo se describen formatos específicos para el reporte de los resultados de las pruebas. Este trabajo se centrará en las pruebas de rendimiento (Benchmarking tests) descriptas en la RFC 2889 (ítem 5): • Fully meshed throughput, frame loss and forwarding rates (ítem 5.1) • Partially meshed one-to-many/many-to-one (ítem 5.2) • Partially meshed multiple devices (ítem 5.3) • Partially meshed unidirectional traffic (ítem 5.4) • Congestion Control (ítem 5.5) • Forward Pressure and Maximum Forwarding Rate (ítem 5.6) • Address caching capacity (ítem 5.7) • Address learning rate (ítem 5.8) • Errored frames filtering (ítem 5.9) • Broadcast frame Forwarding and Latency (ítem 5.10)

Los siguientes términos definidos en la RFC 2285 son de carácter general para las pruebas listadas anteriormente: •

Loads (ítem 3.5) o Intended load (Iload): El número de FPS que una fuente externa intenta transmitir al DUT/SUT para ser enviadas a una interfase de salida específica. o Offered load (Oload): El número de FPS que una fuente externa puede transmitir al DUT/SUT para ser enviadas a una interfase de salida específica. o Maximum offered load (MOL): El máximo número de FPS que una fuente externa puede transmitir al DUT/SUT para ser enviadas a una interfase de salida específica. o Overloading: intento de carga al DUT/SUT por encima de la tasa máxima de transmisión permitida por el medio. Observaciones: es importante diferenciar la carga que una fuente externa intenta aplicar al DUT/SUT con la carga observada o medida que realmente se aplica. Las colisiones o los mecanismos de control de congestión pueden afectar la tasa de transmisión que una fuente externa transmite al DUT/SUT.

12


La máxima carga permitida por el medio puede ser mayor a la que un dispositivo externo puede aplicar al DUT/SUT. •

Forwarding rates (ítem 3.6) o Forwarding rate (FR): el número de FPS que un DUT/SUT puede transmitir correctamente a las interfaces de destino dada una carga ofrecida. o Forwarding rate at maximum offered load (FRMOL): el número de FPS que un DUT/SUT puede transmitir correctamente a las interfaces de destino a la máxima carga ofrecida. o Maximum forwarding rate (MFR): la tasa de envío más alta de un DUT/SUT tomada de un conjunto interactivo de medidas de tasa de envío. Observaciones: la tasa de envío a la máxima ofrecida puede ser menos que la máxima tasa que un dispositivo puede enviar exitosamente. La tasa de envío de un dispositivo puede degradarse antes que la carga máxima sea alcanzada.

Ejemplo: Dispositivo de prueba (Offered load) 14,880 fps - MOL 13,880 fps 12,880 fps

DUT/SUT (Forwarding Rate) 7,400 fps - FRMOL 8,472 fps 12,880 fps - MFR

5.1 Fully meshed throughput, frame loss and forwarding rate Definición (RFC 2285: ítem 3.1) Fully Meshed traffic: tramas ofrecidas a un designado número de interfaces de un DUT/SUT, las cuales cada una de ellas recibe tramas de todas las otras interfaces bajo prueba.

Figura 12 Objetivo: Determinar el throughput, frame loss y el forwarding rate ofrecidos al DUT/SUT cuando el trafico es totalmente mallado según RFC 2285.

13


Procedimiento: Todos los puertos en el equipo de prueba DEBERÍA comenzar la transmisión de tramas con una diferencia entre ellos de un 1% de la duración de la prueba. Cada puerto DEBE transmitir hacia los otros según la siguiente secuencia (round robin), ejemplo de seis puertos con una dirección por puerto: Source Port Port Port Port Port Port Port

#1 #2 #3 #4 #5 #6

Destination Ports (in order of transmission) 2 3 4 5 6 1

3 4 5 6 1 2

4 5 6 1 2 3

5 6 1 2 3 4

6 1 2 3 4 5

2... 3... 4... 5... 6... 1...

El ensayo debe realizarse con los formatos y tamaños de tramas especificados (ver 4.8.1). Presentación de resultados: Se DEBERÍA presentar los resultados en forma de gráfica, donde la coordenada x=tamaño de trama, y=resultado de la prueba (throughput, frame loss o el forwarding rate) Ejemplo: Forwarding Rate Test Frame Length = 64 Offered Load = 15,237,939 bps (20.00% util) Forwarding Rate = 416,656 frames/sec (20.00% util) Offered Load = 30,475,878 bps (40.00% util) Forwarding Rate = 833,324 frames/sec (40.00% util) Offered Load = 76,190,084 bps (100.00% util) Forwarding Rate = 2,083,322 frames/sec (100.00% util) Maximum Forwarding Rate (MFR) = 2,083,322 (frames/sec) Forwarding Rate at Maximum Offered Load (FRMOL) = 2,083,322 (frames/sec) at MOL of 76,190,084 (bps) 100.00 (% util) Throughput Test (Start = 100.0 Min = 0.0 Max = 100.0 Resolution = 0.5) Frame Length = 64 Throughput test parameters: Start = 100.0 Min = 0.0 Max = 100.0 Res = 0.5 Offered load = 76,190,084 bps (100.000% util) ILoad = 100.000% util Frame Loss Rate = 0.000002 (1 frame) Offered load = 38,094,848 bps (50.000% util) ILoad = 50.000% util Frame Loss Rate = 0.000003 (1 frame) Offered load = 24,999,936 bps (32.813% util) ILoad = 32.813% util Frame Loss Rate = 0.000000 (0 frames) Offered load = 25,297,305 bps (33.203% util) ILoad = 33.203% util Frame Loss Rate = 0.000005 (1 frame) Binary search complete: Throughput is 24,999,936 bps (32.813% util)

Observaciones: Como se observa en la tabla existe una distribución balanceada de la carga sobre todas los puertos. De no seguir este algoritmo se producirán inconsistencias en los resultados. Esta prueba no pretende simular tráfico real. Para pruebas que utilizan múltiples direcciones por puerto, el puerto de destino es el mismo y el par de direcciones fuente/destino, deben de ser elegidas

14


aleatoriamente, para ejercitar la habilidad del DUT/SUT de buscar en las tables de direcciones. 5.2 Partially meshed one-to-many/many-to-one Definición (RFC 2285: ítem 3.3.2): Partially Meshed traffic: tramas ofrecidas hacia una o más interfaces de entradas del DUT/SUT y direccionadas hacia una o más interfaces de salida, donde las interfaces son mutuamente excluyentes y mapeadas en las formas one-to-many, many-to-one or many-to-many (ver figura 13)

Figura 13 Objetivo: Determinar el throughput ofrecido al DUT/SUT cuando el trafico es parcialmente mallado según RFC 2285. Procedimiento: Dependiendo de la dirección del tráfico (one-to-many, many-to-one) algunos o todos los puertos estarán transmitiendo. Todos los puertos en el equipo de prueba DEBERÍA comenzar la transmisión de tramas con una diferencia entre ellos de un 1% de la duración de la prueba. La forma de transmitir las tramas será acorde al algoritmo de round robin. El ensayo debe realizarse con los formatos y tamaños de tramas especificados (ver 4.8.1). Presentación de resultados: Se DEBERÍA presentar los resultados en forma de gráfica, donde la coordenada x=tamaño de trama, y=resultado de la prueba (throughput). Observaciones: Tráfico parcialmente mallado simula mejor conexiones de backbones que el tráfico totalmente mallado. Ejemplo: Forwarding Rate test Direction = Reverse (One to Many) Frame Length = 64 Offered Load = 544,212 bps (10.00% util) Forwarding Rate = 14,880 frames/sec (10.00% util) Offered Load = 1,632,636 bps (30.00% util)

15


Forwarding Rate = 44,642 frames/sec (30.00% util) Offered Load = 5,442,150 bps (100.00% util) Forwarding Rate = 148,808 frames/sec (100.00% util) MFR = 148,808 (frames/sec) FRMOL = 148,808 (frames/sec) at MOL of 5,442,150 (bps) 100.00 (% util) Forwarding Rate test Direction = One (Many to One) Frame Length = 64 Offered Load = 1,414,875 bps (2.00% util) Forwarding Rate = 36,385 frames/sec (1.88% util) Offered Load = 2,829,750 bps (4.00% util) Forwarding Rate = 74,329 frames/sec (3.84% util) Offered Load = 4,244,626 bps (6.00% util) Forwarding Rate = 111,428 frames/sec (5.76% util) Offered Load = 5,659,501 bps (8.00% util) Forwarding Rate = 145,587 frames/sec (7.53% util) Maximum Forwarding Rate (MFR) = 145,587 (frames/sec) Forwarding Rate at Maximum Offered Load (FRMOL) = 145,587 (frames/sec) at MOL of 5,659,501(bps) 8.00 (% util)

5.3 Partially meshed multiple devices Objetivo: medir el throughput y el forwarding rate ofrecidos de dos DUT equipados con múltiles puertos e interconectados por un puerto de alta velocidad (high speed backbone uplink), por ejemplo GbE, ATM, SDH/SONET.

Figura 14

Procedimiento: Todos los puertos en el equipo de prueba DEBERÍA comenzar la transmisión de tramas con una diferencia entre ellos de un 1% de la duración de la prueba. Cada puerto DEBE transmitir hacia los otros según la secuencia de round robin. El tráfico local se PUEDE remover de la lista de round robin. El ensayo debe realizarse con los formatos y tamaños de tramas especificados (ver 4.8.1). Presentación de resultados: Se DEBERÍA presentar los resultados en forma de gráfica, donde la coordenada x=tamaño de trama, y=resultado de la prueba (throughput o forwarding rate). Ejemplo: Forwarding Rate Test LocalTraffic = Yes

16


Frame Length = 64 Offered Load = 15,237,939 bps (20.00% util) Forwarding Rate = 416,662 frames/sec (20.00% util) Offered Load = 30,475,878 bps (40.00% util) Forwarding Rate = 833,324 frames/sec (40.00% util) Offered Load = 76,190,084 bps (100.00% util) Forwarding Rate = 2,083,322 frames/sec (100.00% util) MFR = 2,083,322 (frames/sec) FRMOL = 2,083,322 (frames/sec) at MOL of 76,190,084 (bps) 100.00 (% util) Throughput Test LocalTraffic=No Frame Length = 64 Throughput Test Parameters: Start = 100.0 Min = 0.0 Max = 100.0 Resolution = 0.5 Offered load = 76,190,084 bps (100.000% util) Intended Load (ILoad) = 100.000% util Frame Loss Rate = 28.5 (17,855,864 frames) Offered load = 38,094,848 bps (50.000% util) ILoad = 50.000% util Frame Loss Rate = 0.000013 (4 frames) Offered load = 19,047,219 bps (25.000% util) ILoad = 25.000% util Frame Loss Rate = 0.000006 (1 frames) Offered load = 9,523,609 bps (12.500% util) ILoad = 12.500% util Frame Loss Rate = 0.000000 (0 frames) Offered load = 16,368,844 bps (21.484% util) ILoad = 21.484% util Frame Loss Rate = 0.000000 (0 frames) Binary search complete: Throughput is 16,368,844 bps (21.484% util)

5.4 Partially meshed unidirectional traffic Objetivo: Determinar el throughput ofrecido al DUT/SUT cuando la mitad de los puertos el DUT/SUT están enviando tramas a la otra mitad de los puertos.

Figura 15 Procedimiento: Todos los puertos en el equipo de prueba DEBERÍA comenzar la transmisión de tramas con una diferencia entre ellos de un 1% de la duración de la prueba. Cada puerto transmisor DEBE enviar tramas hacia todos los puertos receptores según la secuencia de round robin.

17


El ensayo debe realizarse con los formatos y tamaños de tramas especificados (ver 4.8.1). Presentación de resultados: Se DEBERÍA presentar los resultados en forma de gráfica, donde la coordenada x=tamaño de trama, y=resultado de la prueba (throughput o forwarding rate). Ejemplo: Forwarding Rate Test Frame Length = 64 Offered Load = 7,618,969 bps (20.00% util) Forwarding Rate = 208,331 frames/sec (20.00% util) Offered Load = 15,237,939 bps (40.00% util) Forwarding Rate = 416,662 frames/sec (40.00% util) Offered Load = 38,095,052 bps (100.00% util) Forwarding Rate = 1,041,661 frames/sec (100.00% util) MFR = 1041661 (frames/sec) FRMOL = 1041661 (frames/sec) at MOL of 38,095,052 (bps) 100.00 (% util) Throughput Test Frame Length = 64 Throughput Test Parameters: Start = 100.0 Min = 0.0 Max = 100.0 Resolution = 0.5 Offered load = 38,095,052 bps (99.999% util) Intended Load (ILoad) = 100.000% util Frame Loss Rate = 0.00 (0 frames) Binary search complete: Throughput is 38,095,052 bps (99.999% util)

5.5 Congestion Control Objetivo: Determinar como el DUT maneja la congestión en los siguientes casos: • Como el DUT implementa el control de congestión • Como la congestión en un puerto afecta el tráfico de puertos no congestionados Este procedimiento determina si están presentes los mecanismos de control de congestión head of line blocking (HOLB) y/o back pressure.

Procedimiento:

Figura 16

18


Esta prueba DEBE se debe realizar con múltiplos de cuatro puertos (dos puertos de entrada y dos de salida) con el mismo MOL. Ambas fuentes transmisoras DEBE transmitir el mismo número de tramas. La primera fuente DEBE de transmitir tramas al MOL alternadamente a ambos puertos de recepción. La segunda fuente DEBE transmitir al MOL solamente al puerto congestionado. El puerto sin congestión debe de recibir a una tasa igual al 50% de MOL. El puerto congestionado debe de recibir a una tasa de entre 100 y 150% de MOL. Las tramas destinadas al puerto sin congestión no deben de ser descartadas debido a la congestión en otros puertos.

Presentación de resultados: La prueba DEBE reportar en el puerto no congestionado, el frame loss rate, el FR (a 50% del Oload) y en el puerto congestionado el fame loss rate. Observaciones: Si el HOLB está presente los paquetes son encolados en el buffer del puerto de entrada o en la placa de la matriz de conmutación. Una conmutación con HOLB descartará paquetes destinados a puertos no congestionados, pudiendo haber congestión en otros puertos. Back pressure está definida como cualquier técnica utilizada por el DUT/SUT para evitar la pérdida de tramas, impidiendo que las fuentes de tráfico transmitan tramas hacia fuentes congestionadas. Si no hay control de congestión el porcentaje esperado de pérdida de tramas en el puerto congestionado es de 33% (a 150% de sobrecarga). Este puerto está recibiendo 100% de un puerto y 50% del otro y solo puede sacar 100%. (150 – 50) / 150. Ejemplo: Congestion Control Test Frame Length = 64 Intended Load (ILoad) = 100.0 Port Block 1 (Ports: Port 1, Port 2, Port 3 and Port 4) Transmit Port 1 Offered Load = 76,190,105 bps (100.00% util) Transmit Port 2 Offered Load = 76,190,105 bps (100.00% util) Port 1 Port 3 (uncongested) FR = 74,404 fps FLR = 0.00% Port 1 Port 4 (congested) FR = 10,618 fps FLR = 85.73% Port 2 Port 4 (congested) FR = 138,197 fps FLR = 7.13% Head of line blocking not observed in any port blocks. Back pressure not observed in any port blocks.

5.6 Forward Pressure and Maximum Forwarding Rate Objetivo: La prueba de Forward Pressure sobrecarga un puerto del DUT/SUT y mide la salida para la forward pressure. Si el DUT/SUT transmite con interframe gap menor a 96 bits, existe forward pressure. La prueba de Maximun Forwarding Rate mide el valor de pico de la FR cuando la carga varía entre el valor del throughput (hallado en 5.1) y el MOL.

19


Procedimiento:

Figura 17 Forward Pressure: Esta prueba se realiza enviando tráfico a una carga mayor que la velocidad de línea utilizando un IFG de 88 bits (el mínimo IFG definido en el estándar IEEE 802.3 es de 96 bits). El DUT en el puerto de salida debe enviar las tramas con un IFG de 96 bits, si transmite a un menor IFG se detecta forward pressure. Maximun Forwarding Rate: esta prueba es similar a la medida de FR descripta en 5.1, sin embargo en este ensayo el mínimo FR utilizado debe ser el resultado de la prueba de fully meshed throughput. Presentación de resultados: Ejemplo Forwarding Rate Test Frame Length = 64 Offered Load = 12,499,968 bps (32.81% util) Forwarding Rate = 341,796 frames/sec (32.81% util) Offered Load = 14,404,608 bps (37.81% util) Forwarding Rate = 393,876 frames/sec (37.81% util) Offered Load = 16,309,452 bps (42.81% util) Forwarding Rate = 445,961 frames/sec (42.81% util) Offered Load = 35,357,081 bps (92.81% util) Forwarding Rate = 966,795 frames/sec (92.81% util) Offered Load = 37,261,721 bps (97.81% util) Forwarding Rate = 1,018,875 frames/sec (97.81% util) Offered Load = 38,095,032 bps (100.00% util) Forwarding Rate = 1,041,661 frames/sec (100.00% util) MFR = 1,041,661 frames/sec (100.000% util) Note: Starting “Offered load” (in this case 32.81% for 64 byte frames) is equal to result of throughput test in the test starting on Page 1 (Fully Meshed Throughput, Frame Loss and Forwarding Rates). This should be derived for each frame size, per RFC 2889. Forwarding Pressure Test Port Pair: Port1 Port2 ILoad = 150,602 fps Max Theoretical ILoad = 148,809 fps FR = 146,439 fps Forward pressure not observed.

20


5.7 Address caching capacity Definición (RFC 2285: ítem 3.8.1):Es número de direcciones MAC que el DUT/SUT puede almacenar y enviar correctamente tramas hacia el destino sin perder tramas y sin inundar. Este número se pude dar en función de la cantidad de interfaces, por módulo o por dispositivo. Objetivo: Determinar Address caching capacity según RFC 2285. Procedimiento:

Figura 18 Esta prueba DEBE de ser desarrollada por lo menos en una configuración de tres puertos. Un puerto de aprendizaje (Learning, Lport), otro de prueba (Test, Tport) y otro de monitoreo (Monitor, Mport). El Lport envía tramas de aprendizaje con dirección de origen variable y dirección de destino fija, correspondiente al Tport. Al recibir tramas con dirección de origen variable el DUT/SUT debe de aprender estas direcciones. Las direcciones de origen DEBE de estar en orden secuencial. El Tport debe de retornar las tramas aprendidas hacia el Lport. El Mport escucha las tramas que son inundadas o las tramas perdidas. Mediante un algoritmo de búsqueda binaria se determina el exacto número de direcciones soportadas por puerto.

Presentación de resultados: Se DEBERIA presentar en forma de tabla incluyendo: • Número de direcciones usadas por cada iteración de prueba (variable). • Iload utilizada para cada iteración. • Número de tramas de prueba que fueron ofrecidas al Tport. • El contador de tramas de inundación en el Tport. Si el número no es cero significa que el DUT/SUT envió una trama de inundación en la cual la dirección de destino no estaba en la tabla. • Número de tramas correctamente enviadas al Lport durante la porción de la prueba (durante la iteración). • El contador de tramas de inundación en el Lport. Si el número no es cero significa que el DUT/SUT envió una trama de inundación en la cual la dirección de destino no estaba en la tabla.

21


•

El contador de tramas de inundación en el Mport.

Ejemplo: Address Caching Capacity Test AddressCachingLoads is 2000:100:4096:1 (start:min:max:resolution) Learning rate (Intended Load) is 50 fps Age time is 300 seconds

5.8 Address learning rate Objetivo: Determinar la tasa de aprendizaje de direcciones de un dispositivo de conmutación (LAN switching device). Procedimiento: Se utiliza la misma configuración que en 5.7. Un algoritmo similar al visto en 5.7 para determinar el address caching capacity, es utilizado para determinar el address learning rate. Esta prueba itera la tasa a la cual las tramas de aprendizaje son enviadas. Se recomienda configurar el número de direcciones enviadas como el máximo caching capacity.

Presentación de resultados: Igual que 5.7.

Ejemplo: Address Learning Rate Test

22


5.9 Errored frames filtering Objetivo: Determinar el comportamiento del DUT bajo condiciones anormales o frente a tramas con errores. El resultado de la prueba indica si el DUT/SUT filtra los errores o simplemente propaga las tramas con errores hacia el destino. Procedimiento: Cada una de las siguientes tramas ilegales para Ethernet deben de ser chequeadas: • Oversize: El DUT/SUT PUEDE filtrar tramas mayores a 1518 bytes de largo. Tramas con un tamaño mayor al estándar no se deberían enviar. DUT/SUT que soportan tramas marcadas (tagged) PUEDE enviar tramas hasta incluso 1522 bytes de largo. • Undersize: El DUT/SUT DEBE filtrar tramas menores a 64 bytes de largo para que no sean propagadas a través del DUT/SUT. • CRC Errors: El DUT/SUT DEBE filtrar tramas cuyo chequeo de validación de secuencia es erróneo. • Dribble Bit Errors: El DUT/SUT DEBE corregir y enviar tramas que contengan dribbling bits. Tramas transmitidas hacia el DUT/SUT que no terminan en un octeto límite, pero contienen un control de secuencia válido DEBE de ser aceptada por el DUT/SUT y transmitida hacia el correcto puerto de salida con el final de la trama terminando en un octeto límite. • Aligment Errors: El DUT/SUT DEBE filtrar tramas cuyo chequeo de validación de secuencia y no terminan en un octeto límite. Esto es un combinación de errores de CRC y errores de dribble bits.

23


Presentación de resultados: Para cada una de las condiciones antes mencionadas se DEBE decir si PASAN o FALLAN. Para propósitos de diagnósticos los contadores de tramas actuales PUEDE ser reportados. Ejemplo: Errored Frames Test Frame Length = 64, 20.0% utilization No-Error Frames Test: Passed Undersize Frames Test: Passed Oversize Frames Test: Passed CRC Errors Test: Passed Alignment Errors Test: Passed Dribble Bits Test: Passed Frame Length = 64, 30.0% utilization No-Error Frames Test: Passed Undersize Frames Test: Passed Oversize Frames Test: Passed CRC Errors Test: Passed Alignment Errors Test: Passed Dribble Bits Test: Passed RFC 2889 Errored Frames Test Duration = 30

24


5.10 Broadcast frame Forwarding and Latency Objetivo: Determinar el throughput y la latencia de un DUT cuando se envía tráfico de broadcast. Procedimiento: Ser deberán correr dos pruebas: • Broadcast Frame Throughput: Se utiliza un solo puerto fuente para transmitir tramas con la dirección de broadcast utilizando el formato de tramas especificado en la RFC 2544. Se seleccionan puertos para medir el FR y la tasa de pérdida de tramas. • Broadcast Frame Latency: Se utiliza la misma configuración que en el caso anterior, solo se envía una trama de prueba y se mide la latencia para cada puerto receptor.

Presentación de resultados: Se DEBE reportar en forma de gráfica. La coordenada x = largo de trama, la coordenada y = resultado de la prueba (throughput y latencia) Ejemplo: Broadcast Frames Throughput and Latency Test Throughput Test Parameters: Start = 100.0 Min = 0.0 Max = 100.0 Res = 0.5 Frame Length = 64 Offered Load = 76,190,105 bps (100.00% util) Frame Loss Rate = (0 frames) Forwarding Rate = 148,808 fps (100.00% util) Binary search complete: Throughput is 76,190,105 bps (100.00% util) Avg Latency is 183.585 microseconds Frame Length = 128 Offered Load = 86,486,220 bps (100.00% util) Frame Loss Rate = (0 frames) Forwarding Rate = 84,459 fps (100.00% util) Binary search complete: Throughput is 86,486,220 bps (100.00% util) Avg Latency is 172.883 microseconds

25


6. Instrumental disponible Si bien las recomendaciones del BMWG apuntan a pruebas de laboratorio, hoy en día se dispone de un variado tipo de instrumental, el cual permite realizar medidas de laboratorio y medidas de campo, los mismos apuntan (según corresponda) a realizar medidas de conformidad (conformance) y de rendimiento (performance). Se pretende brindar un breve descriptivo de los instrumentos disponibles, pueden existir excepciones a lo expuesto. Básicamente, se pueden clasificar en tres “categorías de instrumentos”, las mismas se realizaron en base a la portabilidad, funcionalidades de los instrumentos y costo: •

• •

Portabilidad: existen dos grupos portables y no portables o Portables: pensados para campo, priorizan en el diseño parámetros como el peso, autonomía (duración de baterías), protección para golpes, acceso remoto, etc. o No portables: instrumentos pensados para ambientes de laboratorio, en general tienen mayor porte y están diseñados para estantes (shelves), priorizan las funcionalidades, cantidad de interfaces, no requieren una alta integración como en los portables. Funcionalidades de los instrumentos: se relaciona con las prestaciones como ser, cantidad y tipo de interfaces disponibles (Ethernet, Fibre Channel, SDH, etc.) y medidas que permiten realizar. Costo: Varía acorde a los otros dos parámetros.

Categorías de instrumentos: • Instrumentos de mano • Instrumentos de campo • Instrumentos de laboratorio 6.1 Instrumentos de mano Instrumentos con pocas interfaces disponibles (no más de dos), en general no se permiten pruebas simultáneas en ambas interfaces (ej.: no se puede utilizar el puerto Ethernet y el GbE al mismo tiempo). Comúnmente permiten realizar cuatro de las 6 pruebas descriptas en la RFC 2544, a saber: Throughput, Latency, Frame loss rate y Back-to-back frames, no miden System recovery y Reset. No permiten medir acorde a la RFC 2889. Permiten un monitoreo de red, pero no husmear la misma (sniffer). Pensados para pruebas de conectividad de red (no certificación de cableado), transmisión de paquetes, etc.

26


Vienen equipados con herramientas como ser: Estadísticas de paquetes, Ping, Trace Route, etc.

27


Muchas veces se adoptan las pruebas de la RFC 2544 (con 2 instrumentos uno como master y otro como slave) para brindar medidas de tráfico asimétrico (caso ADSL). Este tipo de medidas puede ser planteadas para conocer el estado del enlace en un momento dado.

6.2 Instrumentos de campo Instrumentos que brindan la posibilidad de otras prestaciones como ser: • Mayor densidad de puertos por placas ( 2, 4 y 8 puertos Ethernet/Fast, GbE) • Permiten medidas simultáneas en los puertos. • Placas con otras funcionalidades (ejemplo: SDH-NG, ATM) • Monitoreo del tráfico (sniffer) • Permiten realizar medidas acorde RFC2889 • Permiten realizar pruebas de conformance. Algunos de estos instrumentos son híbridos, permitiendo pruebas en equipos de datos y de las redes de transporte (por ejemplo SDH).

6.3 Instrumentos de Laboratorio Instrumentos no portables (generalmente para ser instalados en bastidores) pensados para pruebas en laboratorios, este tipo de instrumental definen conjuntos de pruebas los cuales se componen de: • Recomendaciones: RFC 2544, RFC2889, Draft–ietf–bmwg–fib–meth–xx.txt, Draft–ietf–ospf–hitless–restart.xx.txt, etc, MEF 9 Conformance Test Suite. [7] • Pruebas propietarias o Variaciones de los estándar [7] o Pruebas definidas por el fabricante [4] [7] [3] Los tipos de prueba son por ejemplo: • BGP (conformance y performance): verificar si el DUT cumple con lo definido en las siguientes especificaciones de BGP: RFC1771, RFC 1772, draft-ietf-idrbgp4-12,and draft-ietf-idr-bgp4-17. [4] • OSPF verificar si el DUT cumple con lo definido en las siguientes especificaciones: RFC 1583, RFC 2328, RFC 2370, RFC 1587, RFC 1765, RFC 2740. [4]

28


•

Calidad de servicio (QoS): priorización de colas (Queue Priorization) medir la capacidad del sistema de priorizar un fuljo sobre otro. [7]

•

Seguridad: Pruebas de Negación del servicio (DoS), source address spoofing detection, ping flood (ICMP echo) detection, ping of death detection. [7]

•

Access Services: escalabilidad de sesiones PPPoX (cantidad de sesiones PPPoX que se pueden iniciar y mantener), PPPoX session setup rate (cuantas sesiones puede establece por ejemplo 25 sesiones/segundo). [7]

•

IP Multicast: Scaled group forwarding matriz (cuantos grupos multicast el sistema puede manejar sin perder trafico), aggregated multicast throughput, multicast latency, IGMP multisession scalability. [7]

Ejemplo: instrumental laboratorio, en general requieren Terminal (externo) para configuración y presentación datos.

Tipo de prueba Throughput Frame Loss Rate Latency Back-to-Back Frames System Recovery

Tiempo de medida 10 seg 10 seg

Cantidad de ensayos 10 veces 5 veces

Tamaño de tramas 7 tipos 7 tipos

11min 40 seg 5 min 50 seg

120 seg 2 seg

20 veces 10 X 50 veces 10 veces

7 tipos 7 tipos

4hs 40 min 1hs 57 min

7 tipos

1hs 16 min

60 seg

de un la de

Tiempo Total

Tiempo total de pruebas 8hs

29


7 Referencias [1] http://www.isd.mel.nist.gov/projects/openarch/Jun_2002/EthernetIP_Perf_Metrics_2002-06-

04.pdf. [2] http://www.ieee802.org/802_tutorials/march04/WPP_tutorial_03_15_04_v01.ppt.

[3] Spirent Communications (http://www.spirentcom.com) / Layer3_Testing.pdf,

Layer2_Testing.pdf [4] Ixia (http://www.ixiacom.com/library/white_papers/), Border Gateway Protocol (BGP): Conformance and Performance Testing, Open Shortest Path First (OSPF): Conformance and Performance Testing [5] Sunrise telecom (http://www.sunrisetelecom.com/) [6] IETF-drafts (Internet Engineering Task Force) charter.html)

(http://132.151.1.19/html.charters/bmwg-

[7] Agilent Tecnologies (http://advanced.comms.agilent.com/n2x/docs/journal/), The Journal of Internet Test Methodologies. [8] Anritsu Corporation (www.anritsu.com/) [9] MEF (Metro Ethernet Forum)

Ing. Pablo Scaniello Mail: [email protected] Ing. Gonzalo Sosa Mail: [email protected]

30

MEDICIONES REDES RFC2544

Recommend Documents