Generátor sítového provozu

Generátor sítového provozu Přemysl Hrubý, HRU221 Abstrakt: Nalezení nebo naprogramování (v přenositelném jazyce) konfigurovatelného  generátoru   provozu   ­   simulátoru   zátěže   charakteristické   pro   různé   typy   služeb.  Generátor musí běžet v OS Linux. Klíčová slova: sít, Linux, provoz, generování  1  Úvod..............................................................................................................................2  2 Vlastní řešení.................................................................................................................2  2.2 Server.....................................................................................................................2  2.2 Klient......................................................................................................................3  2.3 Vyhodnocovací program........................................................................................3  Instalace a požadavky pro provoz.....................................................................................5  Testování...........................................................................................................................5  Závěr.................................................................................................................................5

červen 2008

1/5

 1  Úvod Účelem   této   práce   bylo   nalézt   nebo   naprogramovat   použitelný   a   konfigurovatelný   generátor   provozu   na  úrovňi generování datových toků, ne paketů. Práci jsem započal průzkumem již hotových řešení. Ty se pro  toto použití ukázaly jako nevhodné ať už z důvodu zaměření na přenášení již zachycených paketů (Mauszahn,  projekt P­A­T­H, bittwist, packeth), obtížné konfiguraci (generátor paketů jenž je součástí jádra OS Linux)  nebo zaměřením spíše na generování velkého počtu spojení a testování latencí apod. (uPerf). Proto jsem se  rozhodl pro tvorbu vlastního generátoru provozu.

2 Vlastní řešení Samotný výsledný program je rozdělen do celkem tří částí: server, klient a program na vyhodnocení  výsledků.   Server   je   program,   který   načte   konfiguraci,   provede   spojení   se   všemi   klienty   dle   uvedené  konfigurace a začne generovat datový provoz. Po ukončení testu pak server od klientů stáhne naměřené údaje  a uloží je k pozdějšímu zpracování. Klient je program, který přijímá testovací datové streamy a umožňuje  jejich měření. Program pro zpracování výsledku je v aktuální podobě představován vykreslením průběhu  testu do podoby grafu přenosové rychlosti v čase. Pro potřeby prototypování a ověrování funkce správného časování odesílání paketů jsem nejdříve zvolil  programovací jazyk Perl. Po zjištění, že i v tomto lze dosáhnout dostatečných rychlostních limitů jsem upustil  od původní myšlenky generatoru psanem v C/C++ a celý projekt je tak psán v Perlu. To poskytuje výhodu v  rychlosti vývoje a jednoduché rozšiřitelnosti.

2.2 Server Funkcí serveru je provádět samotné testování dle zadané konfigurace. Na příkazové řádce přijímá několik  parametrů: ● ­p port – definuje port na kterém probíhá komunikace s klienty (default je „9988“) ● ­c configfile – definuje alternativní konfigurační soubor (default je „config“) ● ­h – vypíše nápovědu ● ­o   outfile   –   definice   výstupního   souboru,   do   kterého   se   uloží   naměřené   výsledky   (povinný  parametr) Jako jazyk pro konfigurační soubor byl zvolen Perl, čímž je možné jednoduchým a přehledným, ale přitom  silným a rozšiřitelným způsobem konfigurovat. Ukázka konfiguračního souboru: streams => { local1 => "udp/127.0.0.1:4000", remote1 => "udp/192.168.100.1:4000", remoteTcp => "tcp/192.168.100.2:4004"  }, 0 => { local1 => [15000, 500], remote1 => [15000, 500], remoteTcp => [15000, 500], }, 10 => { local1 => undef, }, 15 => { remote1 => [150000, 1000], remoteTcp => [150000, 1000], }, 25 => undef červen 2008

2/5

Tento konfigurační soubor definuje celkem 3 datové streamy – dva typu UDP, jeden pak typu TCP. Všechny  tyto datové streamy jsou v čase 0 testu nastaveny na generování dat rychlostí 15000 B/s s velikostí datového  zápisu 500B. V čase 10s je pak stream pojmenovaný local1 vypnut. V čase 15s jsou pak změněny parametry  dvou zbývajících streamů na 150000 B/s a velikost zápisu 1000B. Celý test je pak ukončen po 25s běhu. Celý konfigurační soubor se skládá ze sekcí, oddělených čárkami. Sekce, jejíž název je složen pouze z číslic,  představuje změnu konfigurace v daném čase běhu testu. Je­li místo obsahu sekce uvedeno klíčové slovo  undef, je ukončen test. V opačném případě probíha změna parametrů zadaných streamů. Změna se provádí  takto: nazevStreamu => [bandwidth, writeSize] Takto nastavíme jak přenosovou rychlost v B/s, kterou se mají data generovat, tak i velikost bloku dat, které  se posílají najednou. Speciální sekcí je sekce se jménem streams. Pomocí této sekce definujeme streamy a  jejich   vzdálené   koncové   body   a   použitý   přenosový   protokol.   Záznamy   jednotlivých   streamu   jsou   opět  oddělovány čarkami. Definice streamu se provádí takto: nazevStreamu => 'protokol/vzdalenaStrana:port' Název streamu je limitován pouze na alfanumerické znaky, bez omezení délky. Podporované protokoly jsou  TCP a UDP. Vzdálenou stranu lze zadat jak pomocí IP, tak pomocí DNS jména. Po spuštění programu je načtena konfigurace a po zjištění ze je syntakticky spravně, a obsahuje jen a právě  potřebné   údaje   (kontrola   sekcí,   použití   nedefinovaných   streamů   apod.)   se   začnou   postupně   kontaktovat  klientské   testovací   programy   (z   toho   plyne,   že   testovací   server   je   možno   spustit   až   po   spuštění   všech  testovacích klientů). Po úspěšném navázání spojení se všemi klienty a po předání konfigurace (na kterých  portech mají naslouchat) započne samotný test v jehož průběhu jsou odesílána data klientským stranám. Po  skončení testu jsou ze všech klientů stažena naměřená data. Ty je pak možno dalším programem vykreslit do  podoby grafu přenosové rychlosti v čase.

2.2 Klient Klient po spuštění čeká na spojení ze serveru. Po jeho uskutečnění dostane konfiguraci a začne naslouchat  na zadaných portech. Po obdržení signálu pro započetí testu pak začne přijímat data z datových spojení a  měřit čas příchodu a velikost dat. Tyto údaje pak po skončení testu předává zpět serveru. Klient dále přijímá tyto možnosti skrze parametry příkazové řádky: • ­p port – port na kterém bude klient očekávat spojení od serveru • ­h – vypíše nápovědu

2.3 Vyhodnocovací program Tento program provádí vyhodnocení naměřených dat jejich vykreslením do grafu přenosové rychlosti v  čase.   Při   vykreslování   je   na   naměřená   data   aplikováno   vyhlazení   pomocí   plovoucího   průměru.   Program  přijímá tyto parametry příkazové řádky: • ­o soubor.png – udává jméno souboru, do kterého bude uložen graf • ­r resultFile – udává cestu k souboru s výsledky naměřenými pomocí testovacího programu • ­s časVSekundách – specifikuje s jakou přesností bude graf vykreslen (tj. hustotu bodů) • ­a časVSekundách – udává interval pro aplikaci plovoucího průměru • ­S šířka,výška – udává (v pixelech) velikost vykreslovaného grafu • ­h – vypíše nápovědu Ukázka vytvořeného grafu pro celkově 6 streamu:

červen 2008

3/5

 Tento graf je výsledkem měření za pomocí konfiguračního souboru: streams => { local1 => "udp/127.0.0.1:4000", local2 => "udp/127.0.0.1:4001", local3 => "udp/127.0.0.1:4002", remote1 => "udp/192.168.100.1:4000", remote2 => "udp/192.168.100.1:4001", remote3 => "udp/192.168.100.1:4002", }, 0 => { local1 => [15000, 500], local2 => [15000, 500], local3 => [15000, 500], }, 5 => { remote1 => [15000, 500], remote2 => [15000, 500], remote3 => [15000, 500], }, 10 => { local1 => undef, local2 => undef, remote1 => undef, remote2 => undef, }, 15 => { local3 => [150000, 1000], remote3 => [150000, 1000], }, 25 => undef červen 2008

4/5

3. Instalace a požadavky pro provoz Instalace zpočívá pouze v nakopírování souboru z distribuce. Na klientských stranách je pak potřeba  pouze   soubor   paclient.pl.   Program   využívá   modulů   zahrnutých   jako   CORE   moduly   Perlu,   jsou   tedy  dodávány vždy již v distribuci perlu. Jedinou vyjímkou je modul  File::Temp. Tento modul je však hojně  instalován,   bývá   součástí   balíku   podpůrných,   automaticky   instalovaných,   modulů   většiny   moderních  Linuxových distribucí. Pro vykreslování grafů je pak ještě zapotřebí mít nainstalovaný program Gnuplot.

4. Testování Ověření funkčnosti jsem prováděl na několika různých PC, s různými distribucemi OS Linux a Perlu  samotného. Testování probíhalo na architekturách x86 a x86­64. Samostatně pak byl proveden výkonostní test  kde   serverem   bylo   PC   kancelářské   kvality   –   CPU   Celeron   2.6GHz,   512MiB   RAM,   běžná   síťová   karta.  Maximální stabilní dosaženou hodnotou bylo generování přibližně 56Mbit/s datového toku, s velikostí zápisu  1000B. Toto množství odpovídá 7000 paketům za vteřinu.

5. Závěr Díky použití Perlu je program jednoduše rozšiřitelný. Při potřebě generování větších datových toků by  však zřejmě bylo vhodné program přepsat například do jazyka C. Použitý komunikační protokol mezi klienty  a serverem, stejně jako format souboru s výsledky je čistě textový. Jeho formát ja pak zdokumentován ve  zdrojovém kodu.

červen 2008

5/5