Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze Prof. Dr.-Ing. J. Eberspächer An internet-topology based, scalable model for transmission.

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1 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze Prof. Dr.-Ing. J. Eberspächer An internet-topology based, scalable model for transmission times Gerald Kunzmann Gerald.Kunzmann@tum.de Robert.Nagel@tum.de

2 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 2 L KN Motivation „verteiltes Telefonbuch“

3 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 3 L KN Motivation Telefonbuch-Anwendung: –Möglichst schnelle Suchen (QoS) –Antwort erforderlich (  strukturiertes P2P) „Large scale“ Simulation: –Ziel: mindestens 1 Mio. Knoten –Problem: Speicher und Rechenzeit

4 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 4 L KN Simulation IP Schicht: –Simulator ns2 –Genaue Modellierung –Eigenschaften von TCP –Paket-Delays, Puffer usw. Overlay Schicht: –Hoher Abstraktionsgrad –Kurze Simulationszeit –Weniger Ressourcen nötig  Viele Knoten simulierbar –Eigener Simulator

5 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 5 L KN Modellierung der Übertragungszeiten (TT) TopologieDatensatzEuklidischZufall Knoten, Router, Links, Puffer Alle Overlay- Verbindungen d-dimensionale Koordinaten Verteilungs- funktion Alle SchichtenSchicht 7 Exakte TTTT gespeichert TT ≈ euklid. Distanz TT = zufälliger Wert Viele Daten Viele Daten O(N 2 ) Skaliert gut O(N) Nur wenige Parameter O(1) „Zu“ genauSehr genauGenauUngenau

6 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 6 L KN „Zwischending“ Simulation in Overlay-Schicht Modellierung von Paketlaufzeiten zwischen den einzelnen Knoten „Echte“ Topologie zwischen Overlay Knoten Modellierung von Paketverlusten  P2P Protokoll kann RTT Messungen durchführen und darauf reagieren Eigenschaften von TCP (z.B. Retransmit) durch „Paket-Funktionen“ teilweise modelliert trotzdem mehr Knoten als im ns2 simulierbar

7 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 7 L KN Global Network Positioning (GNP) Abbildung der Knoten in einem n-dimensionalen Raum Berücksichtung der gemessenen Laufzeiten Paketlaufzeit entspricht geometr. Distanz der Knoten

8 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 8 L KN Skitter Monitor Locations RTT Messungen von Skitter (CAIDA) Monitore messen täglich RTT zu etwa 500.000 Knoten 5-dimensional  6 „Landmarks“ geografisch weit entfernt

9 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 9 L KN Bestimmung der Koordinaten der Monitor-Knoten d(N1,N2 ): gemessener Delay d‘(N1,N2 ): berechneter Delay Minimierung von  () mit Downhill Simplex Methode b-root (US)d-root (US)i-root (UK)k-root (SE)nrt (JP)ihug (NZ) b-root (US)-68,882186,476172,536127,812185,123 d-root (US)68,882-118,98795,266208,739229,618 i-root (UK)186,476118,987-36,523315,139319,436 k-root (SE)172,53695,26636,523-275,874312,360 nrt (JP)127,812208,739315,139275,874-138,511 ihug (NZ)185,123229,618319,436312,360138,511-

10 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 10 L KN Bestimmung der Koordinaten Messung der RTT eines Knotens zu jedem Monitor Berechnung der Koordinaten erfolgt offline.... mit dem selben Algorithmus b-rootd-rooti-rootk-rootnrtihug 141.51.142.1173,401105,51133,17325,699303,406322,851 152.19.54.2110,37510,980129,899118,820214,285250,868 81.210.123.97192,465126,28677,66250,964357,501545,738...

11 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 11 L KN Beispiel mit 500 Knoten London Stockholm Maryland (Ost) Kalifornien (West) NeuseelandTokio 2-dimensionale Projektion! [ms]

12 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 12 L KN Fehlerabschätzung Wie nah liegt das Model der Realität? 50% der gemessenen Übertragungszeiten weisen einen Fehler < 12,4% gegenüber der gemessenen Zeiten auf (5 Dimensionen, 6 Monitore) 00,511,52 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 Relativer Fehler Verteilungsfunktion

13 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 13 L KN Simulierte RTT ohne PNS Gleicher Mittelwert!

14 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 14 L KN Simulierte Suchzeiten ohne PNS

15 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 15 L KN Proximity Neighbor Selection (PNS) „Nahe“ Verbindungen werden bevorzugt Rekursive Suche: –jeder Knoten kommuniziert nur mit seinen Nachbarn und Fingern  RTT Messung möglich Iterative Suche: –Initiator der Suche bei allen Hops beteiligt  Kommunikation mit vielen verschiedenen Knoten  keine RTT Messung möglich!  RTT Berechnung

16 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 16 L KN RTT Berechnung Jeder Knoten bestimmt seine Koordinaten durch RTT Messung zu anderen Knoten mit bekannten Koordinaten (Nachbarn, Finger) Verzögerung zu einem „fremden“ Knoten kann mit dessen Koordinaten berechnet werden GNP Koordinaten können in der Simulation leider nicht wieder verwendet werden :-(  Vivaldi Koordinaten –Dynamisch und dezentral bestimmbar

17 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 17 L KN Vivaldi Koordinaten RTT Messung d RTT Berechnung d‘ d < d‘ ? Knotengrößen (Schätzung der KO-Genauigkeit)  Stärke der Anpassung

18 Technische Universität München Lehrstuhl für Kommunikationsnetze ITG Workshop, Aachen Gerald Kunzmann 18 L KN Simulierte Suchzeiten mit PNS Koordinaten Zufällige TT