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IX Salão de
Iniciação Científica
PUCRS
Método Para Medição de One-Way Delay com Sincronização por
Network Time Protocol em Ambientes Full-Mesh
Kleber Hugo Stangherlin1, Paulo Airton de Moraes Pereira Júnior1, Vagner Guadagnin1, William
Lautenschläger1 (orientador), Jorge Silveira Guedes1 (orientador)
1
Faculdade de Engenharia, PUCRS
Resumo
O One-Way Delay (OWD, em português, atraso de uma via) é uma métrica de elevada
importância no cenário atual, visto que é um forte parâmetro para avaliar e garantir a qualidade
de serviço. Sua medição é amplamente discutida, pois envolve muitas dificuldades no processo
de sincronização dos relógios dos computadores envolvidos na medição. Este trabalho propõe
um novo método para a medição de OWD, capaz de atuar em um ambientes full-mesh.
Introdução
O crescimento da internet e a crescente demanda por serviços que atuam sobre ela,
fazem com que cada vez mais, as operadoras concentrem seus esforços em garantir ao usuário
qualidade nos serviços oferecidos (QoS, do ingês, Quality of Service). Este trabalho atua neste
contexto, visto que ele visa propor um novo método para aferir o atraso de uma via (OWD, do
inglês, One-Way Delay) (KALIDINDI, 1999a).
O OWD é uma métrica que requer sincronia entre os relógios dos pontos envolvidos na
medição. Ele consiste do tempo transcorrido desde a injeção do primeiro bit do pacote na rede,
até a recepção do último bit. O estado da arte na medição de OWD é discutido em (DE VITO,
2008). Este trabalho mantém seu foco sobre o Network Time Protocol (NTP) (MILLS, 1992),
pois este protocolo define um algoritmo para sincronização dos relógios, filtro de amostras, e
correção de escorregamento. Os pacotes deste protocolo trafegam por meio da Wide Area
Network (WAN). Em geral, a precisão obtida utilizando o NTP é de dezenas de milisegundos
(SMOTLACHA, 2003).
Metodologia
Antes da descrição do método aqui proposto para a medição OWD, cabe uma definição
dos diferentes tipos de atraso aos quais um pacote é exposto quando trafega em uma rede.
Segundo (DE VITO, 2008), eles podem ser classificados em: atraso de processamento, atraso de
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fila, atraso de transmissão e atraso de propagação. O atraso de processamento é caracterizado
pelo tempo gasto na leitura dos cabeçalhos e verificação de erros. O atraso de fila ocorre quando
um pacote espera em uma fila de outros pacotes, para ser transmitido no enlace. O atraso de
transmissão é o tempo gasto para injetar os pacotes na rede, depende da velocidade da interface
e do tamanho do pacote. O atraso de propagação depende do meio utilizado para trafegar os
dados e da distância.
Na aferição do OWD, utilizou-se uma plataforma de medição já existente, denominada
NetMetric. Esta plataforma implementa a arquitetura UAMA, que é definida em (SANTOS,
2007). Ela visa a unificação do processo de obtenção das métricas de uma rede. Nesta
plataforma são definidas três entidades: gerente, agente e MOM (do inglês, Manager of
Managers). O processo de medição propriamente dito começa pelo gerente, que envia uma
seqüência de pacotes ao agente. Por sua vez, o agente faz a coleta dos pacotes e os envia de
volta ao gerente. Todos os pacotes que trafegam entre essas duas entidades recebem marcações
de tempo ao serem enviados ou recebidos, isto possibilita que o gerente, no final do processo,
calcule as métricas de interesse. A terceira entidade, o MOM, é responsável por agendar e
configurar os processos de medição. Ele oferece uma interface web para estas operações e
também para a visualização dos resultados.
Existem topologias de rede que são caracterizadas por um excelente atraso e alta
confiabilidade, elas são chamadas full-mesh. Algumas topologias full-mesh requerem que todos
os pontos de medição estejam conectados entre si. A plataforma NetMetric possui em uma
mesma entidade computacional um gerente e múltiplos agentes (definindo o conceito de
sobreposição). Esta característica dá destaque à plataforma visto que o número de computadores
necessários para medir todos os enlaces de uma rede full-mesh é reduzido drasticamente.
A sincronização de relógios na plataforma NetMetric utiliza o protocolo NTP. Nesta
abordagem, um único servidor é adotado como referência de tempo para todos os pontos de
medição. Entretanto esta estratégia está sujeita a distâncias diferentes de cada ponto até o
servidor NTP, isso resulta em sincronizações com precisões distintas. Este trabalho propõe que
o relógio da entidade agente seja atualizado com o relógio do gerente no meio de cada medição.
Esta mudança descentraliza a referência de tempo da arquitetura, e inibe o risco de uma das
entidades estar melhor sincronizada com a referência do que a outra. Entretanto, isto gera um
novo problema: em um contexto de sobreposição, um agente pode alterar o relógio do sistema
enquanto outro agente responde a uma medição. Para contornar este novo problema, este
trabalho propõem a implementação do cliente NTP como uma extensão do agente, e fazer com
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que este calcule os horários relativos a uma marcação de tempo que existe apenas em memória,
logo o novo agente não irá interferir no relógio do sistema.
A precisão obtida com o NTP, depende da assimetria dos caminhos de ida e volta.
Entretanto o pacote do NTP possui um tamanho de apenas 76 bytes, portanto como em
(DOWNEY,1999) os atrasos de processamento e de transmissão podem ser desprezados, visto
que a maior parcela do atraso sofrido por este pacote é composta pelo atraso de propagação.
Esta constatação, aliada ao estudo cuidadoso da RFC2679 (KALIDINDI, 1999a), permite que
seja possível fazer a medição de OWD utilizando pacotes aproximadamente dez vezes maiores
que os pacotes do NTP, e assim medir um valor de OWD superior em magnitude, porém com
um baixo erro relativo.
Resultados
A validação do método proposto foi realizada utilizando o NCTUns 5.0 Network
Simulator and Emulator (NCTUns). Foram utilizadas três configurações diferentes, os
resultados estão expostos na tabela 1.
CFG-1 (DOWN/UP)
CFG-2 (DOWN/UP)
CFG-3 (DOWN/UP)
Atraso de Propagação (ms)
100/100
130/130
200/50
Largura de Banda (kbps)
50/100
100/200
200/100
Valor Médio (ms)
234/173
197/167
161/191
Esperado (ms)
225/162
192/161
156/187
Erro Relativo(%)
4,05/6,98
2,42/3,92
3,60/2,33
Desvio Padrão (ms)
2,55/2,46
3,00/3,15
Tabela 1.: Resultados obtidos com três configurações diferentes no simulador.
2,40/4,60
Conclusão
Os resultados obtidos nos testes com o simulador indicam que o método proposto é
robusto para assimetrias no atraso de transmissão, entretanto ele requer que o atraso de
propagação seja simétrico. Estas situações são muito comuns, visto que cresce a adesão aos
serviços de banda larga, onde a largura de banda em um sentido é geralmente, muito menor do
que no outro.
Referências
DE VITO, L., et al. IP One-Way Delay Measurement: State of the Art, IEEE TRANSACTION ON, 2008.
KALIDINDI, S., et al. A One-way Delay Metric for IPPM, RFC 2679, 1999a.
SMOTLACHA, V., et al. One-way delay measurement using NTP synchronization, TERENA, 2003.
MILLS, D. L., et al. Network Time Protocol, ver 3, RFC 2680, 1992.
SANTOS, G., et. al. UAMA: a Unified Architecture for Active Measurements in IP Networks, IFIP/IEEE,
2007.
DOWNEY, A. B., Using pathchar to estimate Internet link characteristics, Proc. of Conf. on App., 1999.
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