O Serviço Experimental MonIPÊ
Estratégias de Medição Ativa e Análise de
Resultados
Edison Melo
Equipe MonIPÊ
monipe-sc@npd.ufsc.br
monipe-ba@npd.ufsc.br
http://wiki.monipe.rnp.br
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Agenda
• Matrizes de Medição
• Análise de resultados
– Métricas e aplicabilidade
– Gráficos CACTISonar
– Testes Regulares
– Resultados
• Ferramentas
– Análises de eventos
• Parâmetros de
– Conclusões
medições
• Matriz de medições
– Testes sob Demanda
• Na última milha
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Métricas e aplicabilidade (1)
• Atraso em um sentido
– Detecção de sintomas de congestionamento
– Medição de alta precisão,
– Validar aplicação na rede (ex: VoIP, Vídeo)
• Atraso de ida e volta
– Identificar congestionamento na rede
– Identificar baixo desempenho em TCP em links de
alta velocidade
– Medir a disponibilidade de dispositivos de rede
– Estimar o atraso sem a necessidade de
sincronização de relógios
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Métricas e aplicabilidade (2)
• Variação do atraso em um sentido
• Predição de desempenho de aplicações sensíveis a
variação do atraso (VoIP)
– Dimensionamento do de-jitter buffer
– Detecção de sintomas de congestionamento
• Perda de pacotes
• Congestionamento e erros são as duas maiores
razões para a perda de pacotes
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Métricas e aplicabilidade (3)
• Largura de banda alcançável (TCP/UDP)
– Certificação do enlace contratado,
– Dimensionamento de aplicações,
– Simulação e aplicação rodando na rede
• Métricas Derivadas MOS
– Métrica subjetiva para avaliar capacidade da
rede para suportar VoIP
– Estimativa do valor através de parâmetros da
rede (atraso, variação do atraso e perdas)
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Classificação dos Testes
• Testes Regulares
• Realizados periodicamente
• Configuração fixa
• Utiliza a malha de medição e parâmetros “fixos”
• Utilizado para simulação do comportamento de aplicações
• Análise de tendências da rede
• Testes sob Demanda
• Usuários autorizados
– Utilizado para certificação de enlaces entre PoPs e instituições
– Obtenção de resultados em tempo real
• Usuários em geral
– Utilizado para medição da última milha
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6
Testes Regulares
• Ambiente de medições
– CACTISonar, perfSONAR CL-MP e perfSONAR MA
• Ferramentas e Métricas
– OWAMP
•
•
•
•
•
Medição do atraso em um sentido
Perdas em um sentido
Cálculo da variação do atraso
Cálculo do MOS
Outras métricas derivadas
– BWCTL
• Largura de banda alcançável em TCP
• Largura de banda alcançável em UDP
• Outras métricas derivadas
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7
Testes Regulares – Malha de medição
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
8
Testes Regulares - OWAMP
• Parâmetros de medição – OWAMP (Full Mesh)
– O propósito da malha de medição (full mesh) é ter uma visão geral do estado da rede
identificando individualmente o estado da comunicação entre todos os PoPs
– Periodicidade
• De 5 em 5 minutos
– Pacotes de teste: 10 pacotes por fluxo de teste
– Tamanho do pacote: 42 Bytes
• 20 Bytes: IP
• 8 Bytes: UDP
• 14 Bytes: Payload
– Intervalo entre pacotes de teste: 10 pacotes por segundo
– Largura de banda para medição: ~3,36Kbps por fluxo
– Impacto na rede: Desprezível
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9
Testes Regulares – OWAMP (2)
Malha de medição rede IPÊ – OWAMP (Full Mesh)
• Medição entre os PoPs (Full Mesh)
• Instituições medem com o PoP diretamente conectado
• Um ciclo de medição a cada 5 minutos
• 289 medições por ciclo
• Agendamento: CACTISonar MA Central - Escalamento:
CL-MP
NPctes/fluxo
Tam Pctes
Bytes/fluxo
Bits / fluxo
Kbbps
Fluxos
No Pcotes por fluxo
14+20+8
NPctes * Tam-Pctes
Bytes/fluxo * 8
Bits/fluxo / 1000
No Fluxos de medição
10
42
420
3360
3,36
289
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+9 PoPs
=30,24
=> 87,36
10
Testes Regulares – OWAMP (3)
Simulação de fluxo de voz – g.711
• O objetivo desta medição periódica é obter indicadores de desempenho da rede
na presença de tráfego de voz utilizando o codec g.711
• Protocolo: UDP
• Periodicidade:
– De 60 em 60 minutos
• Duração do teste: 3 minutos
• PPS: 50
• Tamanho do pacote: 200 Bytes
–
–
–
–
–
–
20 Bytes – cabeçalho IP
8 Bytes – UDP
12 Bytes – RTP
160 Bytes - Payload
Consumo de banda: 80Kbps por fluxo
Impacto na rede: Baixo
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Testes Regulares – OWAMP (4)
Malha de medição rede IPÊ – Simulação Fluxo g.711
Destino /
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Origem
AC
AM AP BA CE DF ES MG MT
1 AC
80
2 AM
80
3 AP
80
4 BA
80
5 CE
80
6 DF
80
80 80 80 80 80 80 80
7 ES
80
8 MG
80
9 MT
80
10 PA
80
11 PE
80
12 PR
80
13 RJ
80
14 RN
80
15 RR
80
16 RS
80
17 SC
80
18 SP
80
Kbps
80
80 80 80 80 1360 80 80 80
PPS
50
50 50 50 50 850 50 50 50
• Fluxos com origem e destino em Brasília
• Um ciclo de medição de 3 minutos a cada 60 minutos
• 34 medições por ciclo
• Agendamento: CACTISonar MA Central Escalamento: CL-MP
Armazenamento: MA-SQL
10 11 12 13 14 15 16 17 18
PA PE PR RJ RN RR RS SC SP
80 80 80 80 80 80 80 80 80
80 80 80 80 80 80 80 80 80
50 50 50 50 50 50 50 50 50
Kbps
PPS
80
50
80
50
80
50
80
50
80
50
1360
850
80
50
80
50
80
50
80
50
80
50
80
50
80
50
80
50
80
50
80
50
80
50
80
50
2.640
1700
Simulção de
chamada com G.711
Kbbps
80
Destino /
1
Duração 3min
Origem
AM
Fluxos
34
1 AM
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Testes Regulares – OWAMP (5)
Simulação de fluxo de voz – g.729
• O objetivo desta medição periódica é obter indicadores de desempenho da rede
na presença de tráfego de voz utilizando o codec g.729.
• Protocolo: UDP
• Periodicidade:
– De 30 em 30 minutos
• Duração do teste: 3 minutos
• PPS: 50
• Tamanho do pacote: 60 Bytes
–
–
–
–
20 Bytes – cabeçalho IP
8 Bytes – UDP
12 Bytes – RTP
28 Bytes - Payload
• Consumo de banda: 24 Kbps
• Impacto na rede: Baixo
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Testes Regulares – OWAMP (6)
Malha de medição rede IPÊ – Simulação Fluxo g.729
• Fluxos com origem e destino em Brasília
• Um ciclo de medição de 3 minutos a cada 30 minutos
• 34 medições por ciclo
• Agendamento: CACTISonar MA Central Escalamento: CL-MP
Armazenamento: MA-SQL
Destino /
Origem
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Testes Regulares – Bwctl
Parâmetros de medição BWCTL – Medição TCP
• Esta medição tem como objetivo identificar a largura de banda alcançável entre
dois pontos finais.
• Periodicidade
• De 60 em 60 minutos
• Duração do teste
– 10 segundos
• Tamanho da janela TCP
– Otimizada pelo BDP
• Consumo de banda: Deve utilizar toda a banda disponível até o limite
da capacidade da interface
• Impacto na rede:
– Baixo
– Semelhante a um FTP
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Testes Regulares – Bwctl (2)
Malha de medição rede IPÊ – Largura de banda alcançável - BWCTL - TCP
• Um ciclo de medição a cada 60 minutos
• 40 medições por ciclo
• Agendamento: CACTISonar
Escalamento:
CL-MP
Armazenamento: MA-SQL
Janela Servidor
Calculado de acordo com BDP
Janela Cliente
Calculado de acordo com BDP
Duração
10 Segundos
Intervalo
1 / hora
Fluxos de medição 40
Baseado na topologia da rede IPÊ = Medição entre vizinhos nos dois sentidos
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Testes sob Demanda
• As medições sob demanda são utilizadas para avaliar
instantaneamente o estado da rede.
• O objetivo deste tipo de medição é permitir aos usuários
autorizados realizarem medições não contempladas
pelas medições regulares.
• Este tipo de medição tem como objetivo descobrir a capacidade de
um enlace ou uma conexão fim-a-fim em escoar um determinado tipo
de tráfego.
• Avaliar com mais profundidade um problema de desempenho na
rede.
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Testes sob Demanda
Certificação de enlaces em tempo real (UDP)
• Ambiente
– ICE, perfSONAR/CL-MP
• Ferramenta:
– BWCTL - UDP
• Finalidade
– Certificação de desempenho/capacidade de enlaces
• Tipo de usuário
– Usuários autorizados
• Parâmetros de medição
– Largura de banda: Configurável
– Tamanho do pacote: 1500 Bytes
– Largura de banda para medição: Configurável
– Impacto na rede: Pode ser Alto
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Testes sob Demanda
Certificação de enlaces em tempo real (TCP)
• Ambiente
– ICE, perfSONAR CL-MP
• Ferramenta
– BWCTL - TCP
• Finalidade:
– Certificação de desempenho/capacidade de enlaces
• Tipo de usuário
– Usuários autorizados
• Parâmetros de medição
– Duração do teste: Configurável pelo usuário
– Tamanho da janela TCP: Otimizada pelo BDP
– Largura de banda para medição: Deve utilizar toda a banda disponível
até o limite da capacidade das interfaces
• Impacto na rede:
– Depende do tempo, porém usa TCP e se adapta
– Semelhante ao FTP
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Testes sob Demanda
Atraso e perdas em um sentido
• Ambiente
– ICE, perfSONAR CL-MP
• Ferramenta
– OWAMP
• Finalidade
– Verificação de qualidade do enlace em tempo real
• Tipo de usuário
– Usuários autorizados
• Métricas
– Atraso unidirecional e perdas
• Parâmetros de medição - OWAMP
–
–
–
–
–
Pacotes de teste: 10 pacotes por teste ou Configurável
Tamanho do pacote: 42 Bytes (14 + 20 + 8) ou Configurável
Intervalo entre pacotes de teste: 10 pacotes por segundo ou Configurável
Largura de banda para medição: ~3,36Kbps ou Configurável
Impacto na rede: Desprezível por padrão (Pode ser alto)
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Testes sob Demanda
Desempenho da última milha
• Ambiente de medição
– Network Diagnostic Tool (NDT) - Servidores
– Cliente WEB na estação do usuário final
• Métricas
– Largura de banda alcançável em TCP
• Parâmetros de medição
– Duração
• 10 segundos – cliente para servidor
• 10 segundos – servidor para cliente
•
Consumo de banda
– Deve utilizar toda a banda disponível até o limite da capacidade da
interface de menor capacidade
• Impacto na rede:
– Baixo
– Semelhante a um FTP
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Visualização de resultados
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Gráficos CACTISonar (1)
Tipos de gráficos
• Ferramenta: ping
–
–
–
–
Atraso Bidirecional
Variação do Atraso Bidirecional
Pacotes
Percentis
• Ferramenta: owamp *
–
–
–
–
–
–
–
–
Atraso Unidirecional
Variação do Atraso Unidirecional
Pacotes (erros, fora de ordem, perdidos)
Percentis
Sincronização de Relógio
Erro de Temporização
Hops
* Gráficos utilizados até
MOS
o momento pelo Monipê
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Gráficos CACTISonar (2)
Tipos de gráficos
• Ferramenta: bwctl (tcp) *
–
–
–
–
Vazão
Quantidade de dados transmitidos
Janela
MTU, MSS
• Ferramenta: bwctl (udp)
–
–
–
–
–
–
–
Vazão
Perda
Buffer
Datagramas
Jitter
Banda Transmitida
Acumulado
* Gráficos utilizados até
o momento pelo Monipê
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Atraso Unidirecional
•
•
•
Este gráfico mostra o atraso unidirecional entre dois Pontos
Medição em milisegundos (ms)
Valores: Mínimo, Médio, Mediana, Máximo
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Variação do atraso
•
•
•
•
Basicamente é a diferença do tempo de chegada entre pacotes
Não é sensível a precisão de relógio
Medido em MS | (Gráfico geralmente mostra em m (ms), microsegundos)
Valores no gráfico
– Variação do atraso
– Desvio padrão
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Atraso - Percentis
• Um percentil é o valor de uma variável abaixo do qual uma
determinada porcentagem de observações se encontra. Então o 25o
percentil é o valor (ou escore), abaixo dos quais 25 por cento das
observações podem ser encontrados
– Considerando a média do atraso
- p25 – 25% Dos valores medidos para atraso e tem valor inferior a 2,20 MS
- P50 – 50% Dos valores medidos para o atraso tem valor inferior a 2,22 MS
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Pacotes
• Apresenta percentual de
– OWD Loss: Pacotes perdidos
– OWD Dup: Pacotes duplicados
– OWD Reord: Pacotes fora de ordem
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MOS
• Mean Opinion Score
– Nível / Escala
 5 excelente
 4 bom
 3 Médio
 2 Ruim
 1 péssimo
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HOP
• Número de roteadores no caminho fim-a-fim
– Permite verificar mudanças de topologia
– Caminhos assimétricos
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Clock Sync
• Mostra se o teste OWAMP foi realizado com o host sincronizado
através do NTP
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Time error
•
Apresenta o erro de relógio do host em relação ao NTP em segundos
– O relógio dos dois hosts envolvidos na medição são apresentados
– SC: ST1 (GPS)
– PR: ST2 (Fonte Interna via NTP)
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
BWCTL - Bandwidth
• Estimativa da largura de banda alcançável
• Medida em bps / Mbps
• O gráfico apresenta somente um sentido da medição
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
BWCTL - Transmitted
• Estimativa da quantidade de dados transmitida
• Medida em bytes / Mbytes
• O gráfico apresenta somente um sentido da medição
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
BWCTL – Packet (Característica do pacote)
•
MTU - Unidade Máxima de Transmissão
– MTU descreve o tamanho máximo de um pacote IP que pode ser transferido
sobre um link sem fragmentação

1500 bytes (Ethernet, 802.11 WLAN)
9000 ou mais Bytes (Jumbo Frame, se ativo)
MSS - Maximum Segment Size

Genericamente: MTU – ( IP + TCP Headers) = 1500 - (20 + 20) = 1460

•
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
BWCTL - Window

Tamanho da Janela TCP


Medido em Bytes
Relação com o BDP
BDP = Largura de banda de contenção/gargalo x Atraso do caminho
Ajuda a estimar tamanho ótimo da janela do TCP
Ex: Link 2Mbps, atraso RTT = 300ms
2000000 x 0,30 = 600.000 / 8 = 75.000 bytes = Valor da janela TCP, ou
2/8 = 0,25 * 0,3 = 0,75M = 75 Kbytes
10Mbps, atraso 100ms
10.000.000 x 0,10 = 1.000.00 / 8 = 12.500 bytes = 125 KBytes
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Efeito do tamanho da Janela TCP
Medição na
Rede Giga
Efeito do
tamanho da
janela TCP na
Vazão
64KB=42Mbps
75KB=100Mbps
420K=413Mbps
RTT ~ 6ms
BDP
Larg. Banda=1G
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
37
Análise de resultados
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Panorama geral da rede (out/2008)
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Panorama geral da rede (mai/2009)
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Panorama geral da rede
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Panorama geral da rede (out/2008)
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Panorama geral da rede (mai/2009)
RJ – One Way Delay
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
SC → PA (out/2008)
Banda X Atraso Unidirecional X Variação de Atraso Unidirecional
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Vazão TCP: PA → RJ
Banda X Vazão
Porque baixa
vazão se existe
banda no
sentido
PA -> RJ
???
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Vazão RS → SC (09/10/2008)
Enlace Fora do Ar
Evento:
enlace SC – RS Fora
Hops
Mps – Links PoPs
SC 1Gbps
RS 100Mbps *
* Instalação Provisória
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
OWD
VoIP MOS: PA (102M) – SC
(2,5G)
Qualidade de Voz através da análise do MOS
SC - PA
PA - SC
RJ - PA
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
VoIP MOS: AM (20M) – SC
(2,5G)
Qualidade de Voz através da análise do MOS (2)
SC - AM
AM - SC
AM - SP
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
VoIP MOS: AC (6M) – SC (2,5G)
Qualidade de Voz através da análise do MOS (3)
SC - AC
AC - SC
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
VoIP MOS: AC (6M) – SC (2,5G)
Qualidade de Voz através da análise do MOS (4)
SC - AC
AC - SC
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
VoIP MOS: AC (6M) – SC (2,5G)
Qualidade de Voz através da análise do MOS (5)
AC - SC
SC - AC
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
VoIP MOS: AC (6M) – SC (2,5G) II
Qualidade de Voz através da análise do MOS (6)
AC - SC
SC - AC
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Analise de Medições (out/2008)
• Categorias de Enlaces dos PoPs
– Enlaces entre 1Gbps e 10Gbps
• RS, SC, PR, SP, RJ, BA, PE, CE, MG, DF
– Enlaces entre 100Mbps e 155Mbps
• MT, PA, RN, ES
– Enlaces de 6 a 20Mbps - Terrestre
• AM, AC
– Enlaces de 4 e 6Mbps - Satélite
• RR, AP
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Analise de Medições (out/2008)
• Categorias de Enlaces dos PoPs
– Enlaces entre 1Gbps e 10Gbps
• RS, SC, PR, SP, RJ, BA, PE, CE, MG, DF
• Enlaces não congestionados
• Enlaces de alta capacidade de transmissão
• OWD Estável (Atraso Unidirecional)
• Baixa ou quase nenhuma perda de pacotes
• MOS Muito bom
• Vazão TCP Limitada pelo BDP
• Bom sincronismo através da rede ( Jitter <0,02ms)
• Atraso baixo e mantém correlação com a distância entre
os PoPs
• Variação do atraso dentro do esperado
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Analise de Medições (out/2008)
• Categorias de Enlaces dos PoPs
– Enlaces entre 100Mbps e 155Mbps
• Alguns Enlaces congestionados
– PA pelo menos em um sentido
–atualmente ok ??
– MT está OK
• OWD Não Estável
• Relativa perdas de pacotes
• MOS razoável (RNP → PA)
• Baixa Vazão
• Sincronismo NTP ruim (links
congestionados)
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Analise de Medições (out/2008)
• Categorias de Enlaces dos PoPs
– Enlaces de 6 a 20Mbps - Terrestre
• AM, AC
• Enlaces congestionados
– Enlaces de baixa capacidade
• OWD Variável
• Alta perdas de pacotes no sentido do PoP para o
Núcleo da rede
• Baixa vazão (~ 650kbps/150kbps horário Pico e não
congestionado)
• Sincronismo NTP via rede ruim
• Médio Atraso
• Variação do atraso médio e constante
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Analise de Medições (out/2008)
• Categorias de Enlaces dos PoPs
– Enlaces de 4 e 6Mbps - Satélite
• Enlaces congestionados
• Elevada perdas de pacotes
• MOS razoável ( RNP → AP)
• Baixa Vazão
• Sincronismo NTP ruim (links
congestionados)
• Elevado tempo de propagação OWD >
250ms causado pelo enlace via satélite
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
Conclusões
• Matrizes são dimensionadas para:
• Possibilitar uma visão geral da saúde da rede
• Emular o comportamento de aplicações
• Categorizações específicas dos enlaces
• Eventos podem ser visualizados pelas medições
2ª Reunião MonIPÊ - 10º Workshop RNP Recife – 27/Maio/2009
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Edison Melo
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