4.3. Використання стандартних метрик часу затримки відповіді та трасування

Поняття «локальності» («locality») використовується в роботах сучасних дослідників цієї тематики часто, але не систематично в тому розумінні, що кожний автор розуміє під локальністю деяку абстрактну характеристику; як правило, формалізація визначення поняття якщо і дається, то немає обґрунтування його як саме метричної характеристики.

В той же час, в роботах, орієнтованих на дослідження проблематики IP-геолокації в ТР СООМ, основний акцент зроблено на геополітичну або географічну прив’язку ніж на абстраговану мережну топологію.

В даній роботі «локальністю» вузлів в контексті розосереджених мереж взагалі, та однорангових мереж зокрема, називається характеристика даного вузла по відношенню до будь-якого іншого вузла мережі, доступного для обміну інформацією з даним, яка дозволяє віднести топологічну відстань між цими двома вузлами до певного класу в термінах мережі.

Таке визначення дозволяє віднести локальність до типу метричних характеристик, оскільки:

- Відстані між вузлами можуть бути спроектовані на метричному просторі мережі, як в термінах простору імен, так і в інших кількісних термінах, наприклад в кількості проміжних вузлів та часу затримки відповіді;

- Метричний простір дозволяє ввести операції додавання мережних відстаней, який при певних умовах та дотриманні контрольованих умов вимірювання дозволяє введення комутативного закону;

На нашу думку, доцільно зосередити увагу на нижчих рівнях структури мережі Інтернет, які традиційно не мають стандартних засобів впровадження метрики локальності по відношенню до інших вузлів. Вищі рівні зазвичай оперують внутрішніми даними та стандартним протоколом BGP, який дозволяє до певної міри оцінювати топологічну віддаль.

Розробники сучасних середовищ моделювання та дослідження розосереджених мереж не приділяють питанням визначення локальності суттєву увагу. Переважна більшість реалізацій таких середовищ, коли мова йде про будь-яку метрику логічної відстані між вузлами мережі, використовує або затримку відповіді, виміряну в одиницях часу, або кількість вузлів, які проходить пакет трасування (так званий засіб traceroute).

Ці показники не тільки піддаються впливу непередбачуваних змін в умовах та якості каналів зв’язку, але вони потребують залучення додаткового вимірювального трафіку а також суттєвого часу на проведення вимірювань. Обраний для трасування протокол може бути відфільтрований на пограничних маршрутизаторах цільової системи, що унеможливить отримання результатів взагалі. Коли мова йде про вимірювання часу затримки відповіді, зміна умов навантаженності каналів зв’язку може викликати збільшення часу затримки відповіді на порядок. В таких умовах, наприклад, не навантажений трафіком користувацький канал ADSL може відповісти швидше ніж повністю зайнятий гігабітний канал.

Принцип роботи засобу трасування полягає в тому, що він відправляє послідовність пакетів на вказану цільову адресу, при цьому для кожної наступної групи пакетів значення поля TTL (Time-to-live) збільшується на 1, починаючи з першої групи, в якій це поле дорівнює 1. Кожний проміжний вузол повинен зменшувати значення цього поля перед передачею пакету далі. Коли значення поля досягає 0, таким вузлом у зворотному напрямку генерується службовий пакет з кодом помилки. Збільшення припиняється при досягненні цільового вузла або коли кількість проміжних вузлів перевищує задане значення, звичайно 30. Таким чином, при послідовному збільшенні значення TTL засіб отримує пакети з кодом помилки від кожного вузла, який приймає участь у передачі пакету.

Засоби трасування в залежності від платформи використовують три найбільш розповсюджених в мережі Інтернет протоколу — TCP, UDP та ICMP. В той час як останній може здаватися найбільш придатним для трасування, оскільки був спеціально розроблений як протокол керування передачею даних та діагностики мережі, ICMP часто буває відфільтрованим на пограничних маршрутизаторах. Тому на платформах, споріднених GNU/Linux, протоколом за замовчуванням для засобу трасування використовується UDP.

Іноді розглядають цілий клас таких завад, як «перемикання трафіку» і намагаються вдосконалити засіб трасування таким чином, щоб уникати негативних ефектів від даного класу завад при визначенні локальності. Вказується, що схеми балансування трафіку в магістральних каналах застосовують автоматичне розподілення вхідного пакету даних на один з декількох вихідних інтерфейсів за певним алгоритмом. Це може бути циклічний перебір, явно вказані пріоритети. Найчастіше використовується маркування — призначення однакового маркеру певному класу пакетів за ознаками, що вказані в його заголовку, наприклад, номери послідовностей, номери протоколів, групи вихідних або вхідних адрес тощо.

В схемах балансування таке перемикання трафіку є суттєвим технологічним засобом. При балансуванні кожного окремого пакету його маркери призначуються незалежно від інших, а у випадках балансування потоків обчислення маркерів виконується таким чином, щоб зберігати однаковий маркер для кожного з’єднання TCP або сеансу обміну UDP. При цьому маркери навіть для однієї і тієї ж пари вихідної та цільової адрес будуть різними, оскільки можуть відрізнятися номери протоколів, номери портів, ідентифікатори сеансу та послідовності тощо.

В [4] робиться висновок, що класичний засіб traceroute принципово не може знайти всі наявні канали зв’язку на тих ділянках проходження пакету, де присутнє балансування трафіку. Якщо ж маркерне перемикання каналів відбудеться безпосередньо під час вимірювань, то трасування може показати взагалі неіснуючий маршрут проходження пакетів (рис.4.5, 4.6).

Рисунок 4.5. Типова ситуація перемикання трафіку та неіснуючий маршрут (L-A-D-E), знайдений засобом трасування Paris Traceroute.

Позначення вузлів маршруту:

S — вихідний вузол,

L — вузол, де здійснюється балансування трафіку по двом маршрутам,

A та C — вузли першого маршруту,

B та D — вузли другого маршруту,

E — кінцевий вузол ділянки балансування.

Рисунок 4.6. Типова ситуація перемикання трафіку та неіснуюча петля маршруту на вузлі «E», знайдена засобом трасування Paris Traceroute.

Позначення вузлів маршруту:

S — вихідний вузол,

L — вузол, де здійснюється балансування трафіку по двом маршрутам,

B та C — вузли першого маршруту,

A — вузол другого маршруту,

E — кінцевий вузол ділянки балансування.

Для випадків, коли балансування трафіку виконується для потоків, автори роботи [4] створили вдосконалений засіб трасування Paris Traceroute. В стандартних засобах трасування в залежності від обраного протоколу, заголовок кожного наступного пакета модифікується при зміні номеру послідовності ICMP або змісту UDP дейтаграми, відповідно змінюється і контрольна сума пакету. Paris traceroute підбирає змістовну частину пакету таким чином, щоб контрольна сума заголовку не змінювалася. Не змінюється також і номер послідовності, якщо таке поле передбачене поточним обраним протоколом. Таким чином алгоритми маркування потоків не призначають пакетам трасування різні маркери і пакети ідуть одним і тим самим шляхом.

Незважаючи на інноваційне рішення авторів вдосконаленого засобу трасування, експериментальні випробування показали, що при отриманій підвищеній точності визначення топології ділянок маршруту передачі пакетів, цей метод все ще піддається артефактам трасування, таким як петлі, цикли та зірки з відносно високою частотою виникнення.

Крім того, Paris Traceroute потребує як мінімум такого ж часу, як і стандартний засіб трасування. В задачах академічного та дослідницького характеру це повністю припустимо, але як частина прикладного рішення для однорангових мереж з високим навантаженням по трафіку затримки тривалістю до хвилини можуть виявитися критичними для стабільної роботи. Навіть якщо кожен вузол зі списку опитування в одноранговій мережі буде опитано методом Paris_Traceroute одночасно і паралельно, це все одно потребує до хвилини очікування і суттєвого обсягу службового трафіку. В ситуаціях, коли список опитування може модифікуватися в процесі роботи (як, наприклад, в файлообмінних мережах з великою кількістю джерел одиниці контенту), кожен новий вузол повинен буде пройти таку саму процедуру вимірювання топологічної метрики, що в умовах існуючого навантаження від вже запущених процесів обміну ще більше ускладнюється.