CENTRAL RESEARCH INSTITUTE FOR PHYSICSBUDAPEST

(1)

К, TAR NAY

Tv- Щ -.1 Г О

KFKI-1980-128

Hungarian 'Academy o f Sciences

CENTRAL RESEARCH

INSTITUTE FOR PHYSICS

BUDAPEST MEASUREMENT PRINCIPLES IN

NETWORK MONITORING

(2)

2017

"Ш^{'К - . /}

;

(3)

MEASUREMENT PRINCIPLES IN NETWORK MONITORING

K. Tarnay

Central Research Institute for Physics H-1525 Budapest 114, P.O.B. 49, Hungary

HU ISSN 0368 5330

I S B N 9 6 3 3 7 1 7 7 4 4

K F K I - 1 9 8 0 - 1 2 8

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ABSTRACT

The paper classifies the measurement principles depending on the aim of measurement /diagnostics, performance and analysis/, and compares the in

formation of network measurement and communication protocols.

АННОТАЦИЯ

В статье дается классификация принципов измерения сети вычислительных машин в зависимости от цели измерений /диагностика, определение мощности, анализ/, а затем сравнивается информация измерений сети ЭВМ с информацией коммуникационного протокола.

KIVONAT

A cikk a számitógéphálózatok mérési elveit osztályozza a mérés céljától függően /diagnosztizálás, teljesítőképesség meghatározás, analízis/, majd összehasonlítja a hálózatok mérésének és a kommunikációs protokolloknak az információ tartalmát.

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HIERARCHY OP MEASUREMENTS

The m e asu re m en t o f c o m p u te r n e tw o rk s can be c h a r a c t e r i z e d by t h r e e l e v e l s :

- d i a g n o s t i c s

- p e r f o r m a n c e m easu rem en t - a n a l y s i s .

The f i r s t l e v e l b r i n g s t h e e v e n ts i n t o th e f o c u s , th e s e c o n d one t h e law s and t h e t h i r d one th e v a l i d i t y o f la w a .

The T a b le g i v e s a c o m p a ris o n o f th e t h r e e l e v e l s .

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DIAGNOSTIC MEASUREMENT PERFORMANCE MEASUREMENT ANALYTIC MEASUREMENT

PARAMETERS TO BE MEASURED

- c u r r e n t n e t w o r k c o n f i g u r a t i o n - c u r r e n t o p e r a t i o n a l s t a t u s

- t i m e - t h r o u g h p u t

- c a p a c i t y o f t h e n o d e s t o r e s - q u e u e s

- u t i l i z a t i o n o f r e s o u r c e s

- a v e r a g e m e s s a g e d e l a y , t h r o u g h p u t , n e t w o r k l o a d

- o p t i m i z a t i o n p r o b l e m s - p a c k e t e r r o r b e h a v i o u r - l i n e o v e r h e a d

MODEL OF COMPUTER NETWORK

- r a t h e r s i m p l i f i e d d e t e r m i n i s t i c g r a p h - d i r e c t e d a n d w e i g h t e d g r a p h

1

- p r o b a b i l i s t i c g r a p h

- p r o b a b i l i s t i c model d e s c r i b e d by J a c k s o n - J a c k s o n ’ s model m o d i f i e d by K l e i n r o c k - model b a s e d on F l o y d ’ s a l g o r i t h m - d e c i s i o n model a s a n a i d t o r o u t i n g

- p e r f o r m a n c e m o d e l s

- model f o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s - s t a t i s t i c a l v a l i d a t i o n model - i n t e r - n e t w o r k m o d e ls

WORKLOAD - r e a l , d u r i n g n orm al o p e r a t i o n - a r t i f i c i a l t r a f f i c g e n e r a t o r - t i m e - c o n t r o l l e d

- e v e n t - c o n t r o l l e d

- r e a l , d u r i n g n o rm al o p e r a t i o n - a r t i f i c i a l t r a f f i c g e n e r a t o r s

- t e s t t a p e l i b r a r y w i t h d i f f e r e n t m e s s a g e m i x e s , p r o c e s s i n g l o a d s a n d t e s t d u r a t i o n

- t h e same a s i n p e r f o r m a n c e m e a s u r e m e n t - more s o p h i s t i c a t e d w o r k l o a d s f o r a n a l y z i n g

t h e c o r r e l a t i o n o f p a r a m e t e r s an d t h e e f f e c t o f c o n n e c t e d n e t w o r k s

MEASURING METHODS - a d d i t i o n a l p a r t s o f s t a n d a r d p a c k e t s - s p e c i a l p a c k e t s

- d i g i t a l m e a s u r i n g m e t h o d s

- a c c u m u l a t e d s t a t i s t i c s - s n a p s h o t s t a t i s t i c s - t r a c i n g

- s t o c h a s t i c m e a s u r e m e n t m e t h o d s

- t h e m e t h o d s o f s t o c h a s t i c m e a s u r e m e n t s

MONITORS - s o f t w a r e

- o n e o r m or e h o s t s w ork a s m e a s u r e m e n t c e n t e r

- h y b r i d m o n i t o r s y s t e m s w i t h d i s t r i b u t e d a c t i v i t y

- s p e c i a l h o s t s f o r m o n i t o r i n g

- t h e same a s i n p e r f o r m a n c e m e a s u r e m e n t - c o m p le x m et h o d b a s e d on a l g o r i t h m t o

d e c r e a s e c o n v o l u t i o n e r r o r EVALUATION - d a t a r e d u c t i o n

- d i s p l a y o f t h e s t a t e o f n e t w o r k c o m p o n e n t s - l i s t s o f e l e m e n t s n e a r t o o v e r l o a d

- l i s t s o f e r r o n e o u s c o m p o n e n t s

- h i s t o g r a m s

- a v e r a g e v a l u e s , moments - d i s t r i b u t i o n s

- j o i n t d e n s i t y f u n c t i o n - a n a l y t i c model

ERRORS - o v e r h e a d

- low m o n i t o r r e s o l u t i o n - h i g h m o n i t o r r e s o l u t i o n

- t h e m e a s u r e m e n t d i s t u r b e s o r c h a n g e s t h e q u a n t i t i e s t o b e m e a s u r e d - s a m p l i n g e r r o r

- q u a n t i z a t i o n

- p r o p a g a t i o n o f e r r o r s - e f f e c t o f t h e model - c o n v o l u t i o n e r r o r s

EXAMPLES - ARPANET, t h e d e v e l o p m e n t o f NCC - a u t o m a t i c m o n i t o r s y s t e m o f G e n e r a l

E l e c t r i c I n t e r n a t i o n a l Ne tw or k

- on e week o f ARPANET - BISCOM s t o r e - a n d - f o r w a r d

m e s s a g e - s w i t c h i n g s y s t e m

- l i n e o v e r h e a d m e a s u r e m e n t o f ARPANET - ALOHA

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- 3

The p u r p o s e o f d i a g n o s t i c m e a su re m e n ts i s t h e c o n t r o l o f c o r r e c t o p e r a t i o n o f c o m p u te r n e t w o r k s , t h e d e t e c t i o n a n d d i a g n o s t i c s o f e r r o r s . The o p e r a t i o n o f a c o m p u te r n e tw o r k i s c h a r a c t e r i z e d b y e v e n t s o f d i f f e r e n t t y p e s .

The p e rfo rm a n c e o f a c o m p u te r n e tw o rk m eans t h e q u a l i t y and q u a n t i t y o f s e r v i c e s i n c a s e o f a g i v e n w o r k lo a d . The p u r p o s e o f p e rfo rm a n c e m e a su re m e n ts i s t h e a n a l y s i s o f e f f e c t i v e o p e r a t i o n u n d e r d y n a m ic a lly c h a n g in g c o n d i t i o n s .

The g o a l o f a n a l y t i c m e a s u re m e n ts i s t o u n d e r s t a n d t h e p r o c e s s i n c o m p u te r co m m u n ic a tio n and t h e i r im p a c t on t h e p e r f o r m a n c e o f t h e s y s te m .

The m e a su re o f a n a l y t i c m e a su re m e n ts i s d e te r m in e d i n t h e m ost g e n e r a l way b y t h e j o i n t d e n s i t y f u n c t i o n o f t h e p e r f o r m a n c e p r o b a b i l i t y

v a r i a b l e s ( e . g . c r o s s c o r r e l a t i o n f u n c t i o n ) .

RELATIONSHIP BETWEEN PROTOCOLS AND MEASUREMENT

PROTOCOLS OP DIFFERENT LEVELS AND DIAGNOSTIC MEASUREMENT

Some p a r t s o f p r o t o c o l s c a n b e u s e d a s a t o o l o f d i a g n o s t i c s . L in k l e v e l p r o t o c o l (a c k n o w le d g e m e n t, c y c l i c re d u n d a n c y c h e c k e t c . ) , p a c k e t l e v e l p r o t o c o l ( r e c e i v e r e a d y , f lo w c o n t r o l e t c . ) an d u s e r l e v e l p r o t o c o l ( l o g i n , lo g o u t e t c . ) .

COMPARISON OF PROTOCOL INFORMATION AND MEASUREMENT INFORMATION M easurem ent i n f o r m a t i o n c a n b e d e s c r i b e d by a c o n d i t i o n a l e n t r o p y

n m

H(X/Y) s £ £ P ( x . , y . ) l o g P ( x ./ У л)

i = l j = l 1 3 3

X i s t h e f i r s t m e ssag e s o u r c e ( t h e q u a n t i t y t o b e m e a s u re d ) Y i s t h e se c o n d s o u r c e ( t h e m e a s u re d q u a n t i t y ) .

The c o n d i t i o n a l e n t r o p y d e t e r m in e s t h e m e a su re m e n t l o s s . I f a l l m essag e l e n g t h s hav e t h e same p r o b a b i l i t y , t h e a v e r a g e t r a n s m i t t e d i n f o r m a t i o n i s

H(Y)=2log n

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4

I f t h e n e tw o rk i s p a c k e t - s w i t c h e d , t h e maximum v a l u e o f a v e r a g e t r a n s m i t t e d i n f o r m a t i o n i s

К * . 1 ) ) ! « - 2l 0 g Пе

A p r o t o c o l c a n h e c o n s i d e r e d a s a s o u r c e c o d e f o r r e p r e s e n t i n g c o n t r o l i n f o r m a t i o n . G a l l a g e r show ed t h a t t h e a v e r a g e p r o t o c o l i n f o r m a t i o n p e r m e ssag e i s

1 H ( e ) +

\

H( S) b i t s

I f t h e a v e r a g e t r a n s m i s s i o n d e l a y i s g iv e n b y d , t h e t r a n s m i t t e d p r o t o c o l i n f o r m a t i o n p e r m e ssag e m u st be a t l e a s t

- g l o g C l - e " “ 4) +

}

H ( e )

SUMMARY

The p a p e r g iv e s a s c o p e o f c o m p u te r m etw ork m e a s u re m e n t. The w e l l - a r t i c u l a t e d d i s c u s s i o n - b a s e d on m e asu re m en t h i e r a r c h y - m akes e a s i e r t o u n d e r s t a n d th e m e asu re m en t p u r p o s e s , t h e m e th o d s an d t o o l s o f m easu rem en t an d t h e r e s t r i c t i o n s . The m e a su re m e n ts w ere i l l u s t r a t e d b y u p - t o - d a t e e x a m p le s . F i n a l l y t h e r e l a t i o n b e tw e e n p r o t o c o l s and d i a g n o s t i c s was d i s c u s s e d and t h e p r o t o c o l i n f o r m a t i o n an d m e asu re m en t i n f o r m a t i o n w ere c o m p a re d .

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Kiadja a Központi Fizikai Kutató Intézet Felelős kiadó: Sándory Mihály

Szakmai lektor: Csákány Antal Nyelvi lektor: Ambrózy Denise

Példányszám: 345 Törzsszám: 80-770 Készült a KFKI sokszorosító üzemében Felelős vezető: Nagy Károly

Budapest, 1980. december hó