Sobre el Comportamiento del RTT
1. Resumen
El presente documento es un breve reporte de las investigaciones preliminares realizadas para entender el comportamiento del round-trip-time (rtt) entre origen y destino, cuando la ruta entre estos dos puntos atraviesa: Túneles MPLS, Middleboxes, y tecnologías de acceso distintas desde los puntos de medición. A su vez, se pone a prueba una metodología de medición basada en scamper y tracebox que se implementa en la herramienta rttExplorer.
Lastimosamente esta investigación preliminar tiene varias limitaciones, por ejemplo, pocos puntos de medición y complejidades para interpretar los resultados, ya que cada resultado requiere un analisis puntual y exaustivo dificil de automatizar.
Estos resultados parciales y tempranos, indican que no existe relación entre la presencia de tecnologías como MPLS o middleboxes con la distribución que muestra el rtt. Por otro lado, se encuentra que la distribución de rtt varía entre un ISP y otro. No queda claro si esta diferencia se debe a la tecnología de acceso de cada uno o por otros factores. Adicionalmente se confirma trabajos preliminares que encuentran que la distribución de rtt parece seguir una distribución estable de una sola componente, y el hecho de que eventualmente aparezca una segunda componente (distribución bimodal) se relaciona con cambios o problemas de red en la ruta entre el punto de medición y el hop analizado.
2. Introducción
La idea inicial de este trabajo surge al intentar analizar la distribución del rtt sobre distintos hops de internet. Dado que aparentemente el rtt tiene una distribución del tipo estable, se intentó encontrar porqué en algunas ocaciones esta distribución posee más de una componente modal. Basandose en trabajos anteriores, la sospecha a priori fue que esta segunda componente modal podría originarse en la existencia de alguna tecnología invisible para la topología IP, como MPLS o middleboxes. Lastimosamente no se encontró evidencia suficiente para sustentar esta hipotesis.
En este sentido, en el resto de este documento se describen algunas observaciones y resultados producto de esta investigación preliminar. Inicialmente se describe brevemente la herramienta y la metodología usada para medir el rtt de un hop determinado. Se describe adicionalmente las características del experimento y finalmente se muestran los ejemplos que se consideran más relevantes de los resultados observados.
3. Dataset
La metodología para obtener el dataset consiste en realizar mediciones del rtt a cada uno de los hops descubiertos mediante una sonda basada en paris-traceroute. En la siguientes secciones se detallan las características de estas mediciones.
3.1. Herramientas utilizadas
Los datos expuestos en el presente reporte técnico fueron obtenidos mediante rttExplorer, que no es más que una herramienta basada en Python para realizar mediciones del rtt (round-trip-time). Estas mediciones se realizan sobre los distintos saltos que atraviesa una sonda tipo traceroute entre origen y destino al viajar sobre el Internet. Especificamente rttExplorer usa scamper y tracebox para garantizar que los paquetes enviados en cada sonda eviten en lo posible el balanceo de carga de los enrutadores del Internet.
La metodología que implementa rttExplorer es simple:
-
Inicialmente se envía una sonda de descubrimiento hacia el destino deseado. Como resultado esta sonda revela todos los hops encontrados. Cada cierto intervalo de tiempo (típicamente en el orden de decenas de minutos), una sonda de similares características vuelve a enviarse para confirmar que la ruta previamente desubierta se mantiene estable o revelar un nuevo camino. Este proceso se repite periodicamente mientras dura la exploración.
-
El siguiente paso, una vez que se descubren los hops entre origen y destino, es enviar una sonda de mediciones. Esta segunda sonda tiene por objeto medir el rtt a cada hop previamente descubierto por la última sonda de descubrimiento. La herramienta rttExplorer trata en lo posible de medir el rtt para todos los hops de forma casi simultanea. Estas mediciones se repiten para todos los hops de cada ruta de forma periodica cada cierto intervalo de tiempo (típicamente en el orden de segundos), mientras dura la exploración.
-
Finalmente los resultados son almacenados localmente en formato json y son expuestos en una mongoDB en donde se almacena de forma definitiva los resultados de las mediciones.
3.2. Selección de puntos de prueba y destinos
Debido a limitaciones para ubicar puntos de prueba, el presente dataset solamente utiliza ubicaciones que se encuentran en puntos domiciliarios de internet pertenecientes a los siguientes operadores:
- Telecom: Servicio sobre tecnología Docsis (Fibertel)
- Telefónica: Servicio sobre tecnología DSL (Speedy)
- Personal: Servicio sobre tecnología LTE
Los destinos se eligen al azar, sin ningún criterio específico e intentando que se ubiquen en distintas zonas geográficas.
3.3. Detalles de la sonda
Se realizan exploraciones y mediciones usando indistintamente sondas TCP o UDP. En cada uno de los resultados mostrados en las siguientes secciones se describirá el protocolo utizado.
| Protocolo | tcp/udp |
|---|---|
| Puerto origen | random |
| Puerto destino | 443(tcp)/4444(udp) |
| Método | tcp-paris, udp-paris |
| Intervalo de Descubrimiento | 10 min |
| Intervalo de Mediciones | 1 sec |
3.4. Limitaciones del experimento
- Limitados puntos de medición disponibles.
- Resultados basados en pocos experimentos (Tres origenes a aproximadamente una decena de destinos).
4. Resultados
La idea inicial del experimento fue entender con el mayor detalle posible el comportamiento del rtt sobre links de internet que enfrentan distintos escenarios, por ejemplo, que atraviesan middle boxes, túneles MPLS, o tecnologías subyacentes distintas (como distintas redes de acceso o redes de transporte). Desafortunadamente, dadas las limitaciones en esta fase para tener más puntos de medición, no todos los escenarios pudieron ser evaluados ni se hizo suficientes pruebas para obtener resultados concluyentes.
Sin embargo, preliminarmete se encuentró que el comportamiento del rtt no se ve afectado por la presencia de middle boxes (MB) o túneles MPLS. Asimismo se confirma la distribución del tipo estable del rtt como ya se había planteado en discusiones anteriores. Esta distribución típicamente presenta una sola componente modal. Aunque eventualmente pueden aparecer distribuciones estables bimodales.
La aparición de componentes modales adicionales parece no tener relación alguna con la presencia de MPLS o MB, sino más bien se relaciona con:
-
Cambios en el path que resultan imperceptibles en terminos de hops: Es decir, se observa que el rtt cambia aún cuando se mantienen tanto los hops hasta el destino (misma ruta) y la cantidad de hops desde el destino al punto de medición (
reply_ttl). -
Una segunda componente modal en la distribución parece estar relacionada a la carga de la red. Esto es principalmente notorio cuando se hace analiza mediciones que tienen una duración prolongada (en el orden de varias horas).
En las siguientes secciones se muestran los resultados mas representativos de los distintos casos analizados.
4.1. Distribución estable con componente modal única.
4.1.1. Variación de rtt en función de horas pico de consumo del ISP.
| parametro | valor |
|---|---|
| ISP punto de medicion | Telecom |
| Tecn. Acceso punto de medición | Docsis |
| IP origen | 192.168.0.126 |
| IP destino | 187.102.77.237 |
| hop IP | 200.89.165.222 |
| ttl inicial | 5 |
| hop AS | AS10318 (Telecom) |
La distribución de rtt presenta una sola componente modal. No se observan túneles MPLS en el path ni middleboxes.
Adicionalmente se puede observar que el rtt varía en el tiempo en función de las horas de mayor consumo de la red de acceso.
4.1.2. Variación de rtt por outages en la red.
| parametro | valor |
|---|---|
| ISP punto de medicion | Telefonica |
| Tecn. Acceso punto de medición | DSL |
| IP origen | 192.168.1.35 |
| IP destino | 185.45.165.14 |
| hop IP | 200.51.208.166 |
| ttl inicial | 4 |
| hop AS | AS22927 (Telefonica) |
La distribución del rtt presenta una sola componente modal. El hop analizado es el ingress LSR de un túnel MPLS. Finalmente, en el path No se observan middleboxes.
Adicionalmente se puede observar que la componente modal del rtt no cambia con el tiempo a pesar de que se detectan cortos intervalos de outage durante el monitoreo.
4.2. Distribución estable con componente bimodal.
4.2.1. Variación de rtt por cambios leves y de larga duración.
| parametro | valor |
|---|---|
| ISP punto de medicion | Telefonica |
| Tecn. Acceso punto de medición | DSL |
| IP origen | 192.168.1.35 |
| IP destino | 185.45.165.14 |
| hop IP | 201.179.128.1 |
| ttl inicial | 2 |
| hop AS | AS22927 (Telefonica) |
La distribución del rtt presenta dos componentes modales que ocurren por cambios leves en el rtt durante intervalos prolongados. Este cambio puede notarse principalmente las 12:15 y 15:00. Sin embargo, si se grafica la distribución resultante en intervalos más cortos de tiempo, solo se observaría una componente estable.
Durante la ruta hasta el hop analizado, no se encuentran ni túneles mpls ni middleboxes.
4.2.2. Variación de rtt por cambios bruscos y de larga duración.
| parametro | valor |
|---|---|
| ISP punto de medicion | Telefonica |
| Tecn. Acceso punto de medición | DSL |
| IP origen | 192.168.1.35 |
| IP destino | 187.49.218.114 |
| hop IP | 187.49.218.114 |
| ttl inicial | 19 |
| hop AS | AS28154 (Telecom) |
La distribución del rtt presenta dos componentes modales que ocurren por cambios bruscos en el rtt durante intervalos prolongados. Este cambio puede notarse principalmente las 04:30. Sin embargo, si se grafica la distribución resultante haciendo un corte a las 04:30, solo se observaría una componente estable en la distribución.
Durante la ruta hasta el hop, se descubren túneles mpls antes de alcanzar el hop analizado y no se registran middleboxes. Sin embargo, los LSR (routers MPLS) en hops previos, no influyen en el cambio de comportameinto del rtt.
El cambio brusco del rtt en el dominio temporal podría significar que las sondas cambiaron de ruta, sin embargo no se detecta ningun indicio de esto analizando la ruta del traceroute (hops, probe_ttl y reply_ttl). Este comportamiento también se observa en el ejemplo siguiente (hop 190.216.88.34).
| parametro | valor |
|---|---|
| ISP punto de medicion | Telefonica |
| Tecn. Acceso punto de medición | DSL |
| IP origen | 192.168.1.35 |
| IP destino | 181.30.134.68 |
| hop IP | 190.216.88.34 |
| ttl inicial | 11 |
| hop AS | AS4323 (Level 3 AR) |
4.2.3. Variación de rtt por cambios bruscos y cortos.
| parametro | valor |
|---|---|
| ISP punto de medicion | Telecom |
| Tecn. Acceso punto de medición | Docsis |
| IP origen | 192.168.0.126 |
| IP destino | 198.45.49.161 |
| hop IP | 200.89.165.222 |
| ttl inicial | 6 |
| hop AS | AS10318 (Telecom) |
La distribución del rtt presenta dos componentes modales que ocurren por cambios eleves en el rtt durante un intervalo corto de tiempo. Este cambio puede notarse principalmente antes de las 22:30.
El hop analizado es el ingress LSR de un túnel MPLS. Finalmente, en el path No se observan middleboxes.
En este caso, el cambio leve del rtt en el dominio temporal podría coincidir con saturación de la red del ISP.
4.3. variación de rtt por ISP
Lastimosamente no se tienen suficientes puntos de medición para entender porqué el comportamiento del rtt varía de ISP en ISP. Pero resulta importante remarcar la diferencia en las características de la distribición estable que surge al analizar los resultados desde diferentes ISPs. A continuación se muestran tres gráficas representativas de cada ISP.
Es caracerístico que las mediciones desde Telecom presentan mayores variaciones en el tiempo, mientras que las mediciones desde Telefónica parecen ser más planas. Esto se observa en las siguientes figuras.
Personal (LTE)
Telecom (Docsis)
Telefonica (DLS)
5. Conclusiones
- De forma preliminar, la presencia de túneles MPLS o Middleboxes no caracterizan ningún comportamiento especial en la distribución del rtt.
- La doble componente modal de la distribución estable parece estar más relacionada con cambios en la red, que con una característica propia de la distribución del rtt. Esto es, la distribución bimodal solamente aparecería si se mide el rtt durante un tiempo suficientemente grande (orde de varias horas) como para aumentar la probabilidad de que haya algún cambio en el comportamiento de la red.
6. Posibles investigaciones futuras
- Replicar las experiencias presentadas en este reporte preliminar con más puntos de medición.
- Resultaría interesante si las características de la distribución estable permiten conocer la tecnología de subyacente de la red, por ejemplo, qué tipo de redes de acceso se usan (LTE, Docsis, DSL, etc).
- No queda claro cuales son los fenómenos que causan que el rtt cambie bruscamente aún cuando no hay otros indicios de cambio de path. Probablemente esto se deba que hay tecnologías invisibles para la topología IP (MPLS, Ethernet, Tecnologías de Transporte, etc). Intentar explicar a qué se deben estas variaciones de rtt resultaría interesante, así mismo se podría analizar si los cambios bruscos de rtt podrían permitir inferir con precisión los cambios de ruta en un path.