Tesi di Laurea Specialistica EMULAZIONE DI EFFETTI WAN NELLA VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI DI SERVER WEB. Candidato Emiliano Zeppa.

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1 Tesi di Laurea Specialistica EMULAZIONE DI EFFETTI WAN NELLA VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI DI SERVER WEB Candidato Emiliano Zeppa Relatore Chiar.mo Prof. Salvatore Tucci Correlatore Dr. Valeria Cardellini Sommario Benchmarking di server Web Emulazione degli effetti WAN Progetto ed implementazione del prototipo Testing Risultati sperimentali Conclusioni e sviluppi futuri

2 Approccio tradizionale per il benchmarking di server Web Switch Server LAN Connessione tra server e client di tipo FastEthernet (100Mbit/s) Si ignorano ritardi, perdite, limitazioni sulla banda, multipath,, ecc. Ambiente fortemente discordante con la realtà Introduzione degli effetti WAN L effettiva determinazione delle prestazioni dei server Web può avvenire solo introducendo gli effetti tipici delle reti geografiche (come Internet) dove essi operano Alternative Monitoraggio di server realmente impiegati Simulazione del funzionamento della rete Emulazione in tempo reale degli effetti in una LAN

3 Approcci possibili all emulazione WAN (1) Emulatore Server Router Approccio centralizzato le operazioni di emulazioni sono svolte dal router,, appositamente modificato mediante l inserimento dell emulatore WAN Approcci possibili all emulazione WAN (2) Emulatore Emulatore Server Switch Emulatore Approccio distribuito le operazioni di emulazione sono svolte dalle macchine client, le quali devono essere modificate mediante l inserimento dell emulatore WAN

4 Approcci possibili all emulazione WAN (3) Approccio centralizzato Semplicità della realizzazione del sistema Scarsa scalabilità del sistema Approccio distribuito Migliore scalabilità del sistema Modifica di tutte le macchine client coinvolte Obiettivi della tesi Progettare ed implementare un emulatore WAN che permetta l introduzione dei fenomeni caratteristici delle reti geografiche nell esecuzione dei test di valutazione delle prestazioni dei server Web eseguite nell ambito di reti locali Evidenziare le differenze fra i risultati ottenuti mediante test eseguiti con una LAN normale rispetto alle stesse prove eseguite con una LAN modificata per mezzo dell emulatore WAN realizzato

5 Caratteristiche dell emulatore WAN Effetti emulati: Tipo di Perdita dei pacchetti RTT Multipath Realizzato per il sistema operativo Linux (versione del kernel ) Progetto dell emulatore WAN (1) L emulatore WAN si compone di 4 moduli: Selezione dei pacchetti Filtra i pacchetti appartenenti alle connessioni che l utente desidera condizionare Recupero dei parametri della Coda In Networking del s. o. Motore di emulazione Coda Out Emulazione dei fenomeni WAN Trasmissione del pacchetto

6 Progetto dell emulatore WAN (1) L emulatore WAN si compone di 4 moduli: Selezione dei pacchetti Filtra i pacchetti appartenenti alle connessioni che l utente desidera condizionare Recupero dei parametri della Coda In Networking del s. o. Motore di emulazione Coda Out Emulazione dei fenomeni WAN Trasmissione del pacchetto Progetto dell emulatore WAN (2) L emulatore WAN si compone di 4 moduli: Selezione dei pacchetti Recupera dall archivio dei profili di servizio i parametri che definisco le prestazioni della che si vuole emulare Recupero dei parametri della Identificatore della Modello di Emulazione dei fenomeni WAN Trasmissione del pacchetto Archivio dei modelli di

7 Progetto dell emulatore WAN (3) L emulatore WAN si compone di 4 moduli: Selezione dei pacchetti Recupero dei parametri della Emulazione dei fenomeni WAN Trasmissione del pacchetto Riproduce gli effetti WAN secondo i parametri che l utente ha specificato Limitazione della banda di trasmissione dei dispositivi dal lato client Ritardo dovuto ai fenomeni di routing Perdita dei pacchetti Progetto dell emulatore WAN (4) L emulatore WAN si compone di 4 moduli: Restituire il pacchetto al sistema operativo Selezione dei pacchetti Recupero dei parametri della Coda In Networking del s.o + Selettore dei pacchetti Motore di emulazione Coda Out Emulazione dei fenomeni WAN Trasmissione del pacchetto Trasmissione del pacchetto

8 Progetto dell emulatore WAN (4) L emulatore WAN si compone di 4 moduli: Restituire il pacchetto al sistema operativo Selezione dei pacchetti Recupero dei parametri della Coda In Networking del s.o + Selettore dei pacchetti Motore di emulazione Coda Out Emulazione dei fenomeni WAN Trasmissione del pacchetto Trasmissione del pacchetto Implementazione dell emulatore WAN (1) Dall header del pacchetto si ricavano le informazioni per discriminare il traffico Leggi header del pacchetto Il primo controllo verifica se il pacchetto appartiene ad una già instaurata SÌ Pacchetto appartiene ad una già esistente NO Il secondo controllo verifica se il pacchetto appartiene al traffico che deve essere condizionato Se entrambi i test risultano negativi il pacchetto viene restituito al sistema operativo Leggi parametri della Chiama la funzione di emulazione WAN SÌ Crea una nuova Chiama la funzione di emulazione WAN Pacchetto ha gli attributi del traffico indicato in uno dei profili di servizio NO Restituisci il pacchetto al sistema operativo

9 Implementazione dell emulatore WAN (2) L emulazione del fenomeno di perdita dei pacchetti implementa l automa a due stati del modello di Gilbert p Good Bad 1 - p 1 - q q Normale Leggi probabilità di perdita nello stato normale Leggi lo stato della Stato della Leggi numero casuale Congestione Leggi probabilità di perdita nello stato di elevata congestione Modello tipico delle reti fisse: il fattore che domina il fenomeno di perdita è la congestione SÌ Elimina pacchetto Numero casuale < Probabilità di perdita NO Chiama funzione di emulazione successiva Implementazione dell emulatore WAN (3) Il ritardo imposto è proporzionale alla dimensione del pacchetto Leggi larghezza banda di trasmissione del client Leggi le dimensioni del pacchetto Ritardo parziale = dimensione pacchetto / larghezza banda Il ritardo di routing è stabilito in maniera casuale in modo da tenere conto del multipath Leggi RTT della Leggi numero casuale Ritardo routing= RTT * (numero casuale / MAX)

10 Testing dell emulatore WAN I test sono stati effettuati utilizzando il benchmark httpperf Le caratteristiche peculiari di httperf sono: Capacità di generare e sostenere un carico di entità elevata, tale da sovraccaricare il server Web in esame Supporto completo delle caratteristiche dei protocolli HTTP/1.0 e HTTP/1.1 C S C S Es.: httperf Permette al client di generare e sostenere sovraccarico costante di richieste per il server Es.: WebStone Piattaforma di testing Piattaforma utilizzata per l esecuzione dei test: MODEM (valerianus) MODEM (zenobia) ADSL (augustus) Ethernet (aemilianus) Server Distribuzione dell utenza: 2/3 modem (56Kbit/s) 1/3 ADSL (256Kbit/s) LAN - FastEthernet

11 Risultati sperimentali (1) Ritardo di routing: : variabile tra 0 e 400 ms Tempo medio d interarrivo (sec) LAN normale 90-percentile tempo di risposta (msec) 0,04 Throughput medio (risposte/sec) 8,70 5,80 4,30 3,70 3,10 90-percentile del tempo di risposta (ms) Tempo medio d'interarrivo delle richieste (sec) 400 ms 200 ms 100 ms 50 ms 0 ms 0,7 Tempo di risposta aumenta Throughput diminuisce Throughput medio (risposte/sec) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 400 ms 200 ms 100 ms 50 ms 0 ms Tempo medio d'interrarivo delle richieste (sec) Risultati sperimentali (2) Perdita dei pacchetti: variabile tra 0% e 9% Tempo medio d interarrivo (sec) LAN normale 90-percentile tempo di risposta (msec) 0,04 Throughput medio (risposte/sec) 8,70 5,80 4,30 3,70 90-percentile del tempo di risposta (ms) % 6% 3% 0% 10 3,10 Tempo medio d'interarrivo delle richieste (sec) 0,7 Tempo di risposta aumenta Throughput diminuisce Throughput medio (risposte/sec) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 9% 6% 3% 0% Tempo medio d'interarrivo delle richieste (sec)

12 Conclusioni Si è realizzato un tool atto a valutare l impatto l dei fenomeni WAN sulle prestazioni dei server Web Operando in maniera distribuita sulle macchine client coinvolte nell esecuzione esecuzione dei test, emula: la limitazione di banda dei dispositivi di trasmissione le operazioni di routing il fenomeno della perdita dei pacchetti All aumentare dell RTT e del tasso di perdita dei pacchetti: diminuzione del throughput aumento del tempo di risposta del server Sviluppi futuri Estensione del campo d impiego: d Test di sistemi server costituiti da un cluster di macchine Test del protocollo FTP Miglioramento dei meccanismi di emulazione dei fenomeni Rimozione del limite sulla larghezza di banda (attualmente dovuto alla granularità del sistema di misurazione del tempo di Linux) Introduzione di fenomeni non considerati, con particolare attenzione alle tecnologie mobili e wireless