دانلود تحقیق اندازه گیری ترافیک

فصل1
اندازه گیری ترافیک
در این بخش، خلاصه ای از روشهای مونیتوریگ بکار گرفته شده در جمع آوری داده برای آنالیز های قسمت های بعدی ارائه میکنیم و محیط شبکه ای در مرکز تحقیقات و مهندسی موریس (MRE) در Bellcore را که اطلاعات بدست آمده از آنجا جمع آوری شده است، را مختصراً شرح میدهیم.

1-1 اندازه گیری ترافیک
طیف وسیعی از تجهیزات تجاری و دست ساز برای مونیتورینگ یا جمع آوری داده از LAN ها موجود است.

در یک سوی این طیف، تجهیزاتی قرار دارند که بسته ها را به محض دیده شدن توسط نمایشگر، پردازش میکنند و عموماً دسته کم شکلهایی از کاهش داده را روی بسته های دیده شده اعمال میکنند.

ما این نوع آنالیز را آنالیز را آنالیز " روی هوا" مینامیم.

در این حالت معمولاً اطلاعات از پیش دانسته زیادی – در مورد اینکه چه چیز از شبکه برای ما مهم است – نیاز است.

در طرف دیگر طیف، تجهیزاتی قرار دارند که ابداً هیچ پردازشی روی ترافیک انجام نمی دهند؛ بلکه تنها همه یا بخشی از هر بسته را در هنگام دیده شدن، ذخیره میکنند.

از آنجا که در این روش کاهش داده و تحلیل آن پس از جمع آوری داده انجام میشود، این روش را تحلیل "بازنگرانه" مینامیم.

اکثر تجهیزات تجاری موجود برای مونیتورینگ LAN، گرایش بیشتری به روش "روی هوا" دارند تا روش بازنگرانه.

با این وجود یک تحلیلگر LAN معمولی تاحدی قابلیت تحلیل زمان-حقیقی از شبکه و ذخیره و بازنگری ترافیک را دارد.

همچنین، معمولاً میتوان نوع بسته هایی را که باید ذخیره شوند، مشخص کرد.

تعداد بسته هایی که این نوع تحلیلگر ها میتوانند ذخیره کننددر تعداد ونرخ بسته های ذخیره شده در مدت زمان طولانی محدود است.

با حرکت به سمت حالت بازنگرانه، برخی جنبه های ترافیک میتواند دقیقتر ذخیره شود.

خصوصاً زمان رسیدن هر بسته.

همچنین، تعداد بسته های ذخیره شده در یک اجرا به طرز قابل توجهی بیشتر میشود.

سیستم مونیتورینگ به کار رفته در جمع آوری داده هایی که ما از آنها در این پایان نامه استفاده کرده ایم، دست ساز بوده است و تمام بسته های دیده شده در شبکه تحت مطالعه را با زمان دقیق ذخیره میکند.

همچمنین این کار را زمان بسیار طولانی بدون وقفه انجام میدهد.

با توجه به اینکه هیچ اطلاعات از پیش دانسته ای در مورد بسته هایی که باید ذخیره شوند، به تحلیلگر داده نشده است؛ مگر اینکه چه مقدار از بسته باید ذخیره شود، نمایشگر ما بسیار نزدیکتر به سمت بازنگرانه طیف است.

این دستگاه توسط یکی از نویسندگان (Wilson) ساخته شده است.

قلب نمایشگر یک کامپیوتر تکبرد (SBC) که پایه پردازشگر 68030 به همراه یک سخت افزار اترنت به عنوان واسط اترنت با کارایی بالاست .کامپیوتر تک برد طوری برنامه ریزی شده است که بسته ها از شبکه تحت مطالعه به محض رسیدن دریافت کرده و آنها را در بافر قرار داده و برای هر بسته زمان و اطلاعات وضعیت را ذخیره میکند.این SBC به یک دستگاه کامپیوتر توسط یک مجموعه تطبیق دهنده گذرگاه متصل است .برنامه به اجرا در آمده روی کامپیوتر به طور دوره ای از SBC می پرسد که آیا بافر های آنها پر شده است یا خیر.در صورتی که بافر ها پر شده باشند آنها را روی دیسک ذخیره میکند.برنامه دیگری که با اولویت کمتری تر روی کامپیوتر درحال اجراست برنامه ایست که اطلاعات را از روی دیسک روی یکی از دو نوار دیجیتال 9mm برای سیستم ذخیره می کند .این نوارها امکان دخیره بسته ها بدون وقفه و ترای طولانی مدت را به دستگاه به سییستم می دهد .پس 27 میلیون بسته روی یک نوار 8mm در 2.3Gbyte ذخیره خواهد شد.

هر بسته ای مع در اترنت نورد بررسی قرارمیگیرد نمایشگر یک مهرزمان را ذخیره میکند که یک عدد 48 بیتی است که تعداد بازه های 4 usاست که از زمان شروع گذشته است .این مهر زمان به جای زمان قرار داده شدن بسته روی اترنت بیاننکر زمان رسیدن انتهای بسته است که البته زمان اولی به راحتی قابل محاسبه است .نمایشگر همچنین طول بسته ، وضعیت واسط اترنت و 60 بایت اول داده هر بسته را ذخیره میکند .این نمایشگر زمان رسیدن بسته ها را با دقت 20 u s دخیره کرده که این دقت بالا برای تحلیل های بعدی بسیار حیاطی است.

استفاده از واسط کار بری اترنت با کارایی بالا و SBC به دلیل نیاز به دقت بالا در زمان رسیدن بسته ها است .بسته های نرم افزاری زیادی برای نصب روی کامپیوتر وجود دارند که از وواسط اترنت کامپیوتربرای ثبت زمان بسته ها استفاده میکنند که این سیستم ها هرگز دقت نمایش فوق را نخواهند داشت .دلیل آن تاخیر های ناشی از سیستم عامل و واسط های I/O کامپیوتر است .با استفاده از واسط اترنت جدا از این مشکل اجتناب شده است .

1-2.

محیط شبکه در BELLCORE
محیط MRE یک محیط نوعی تحقیقاتی یا توسعه نرم افزاری است جایی که کامپیوترها ماشین های اولیه ای درروی میز های مردم هستند این مجموعه کامپیوتر ها در ابتدا طبق طرحی منظم چیده شده بود که به مرور زمان به طور دلخواه و اتفاقی گسترش یافت .که این نحوه کسترش برای تحلیل ما مفید است زیرا داده ها را واقعی تر میکند .هم چنین می توان تغییرات ترافیک شبکه را با گسترش شبکه مشاهده کرد.جدول 1 توصیفی خلاصه از داده های ترافیک شبکه آنالیز شده در کار این پروژه را نشان میدهد .ما 4 مجموعه داده اندازه گیری شده در نظر گرفتیم که هرکدان ترافیک 20 تا 40 ساعت این شبکه اترنت هستند و حاوی 10 میلیون بسته اترنتی هستند .داده ها در نقاط مختلف LAN ودرزمان های مختلف در طی 4 سال اتدازه گیری شده اند.(اگوست 92 اکتبر 92 ژانویه 90 و فوریه 92).

چهار مجموعه ی داده برای تحلیل جمع آوری شده است .دو مجموعه اول از ترافیک اندازه گیری شده در اگوست و اکتبر 89 از یک شبکه اترنت برای سرویس دهی یک کتابخانه تحقیقاتی جمع آوری شده است .

بیشتر ترافیک مربوط به سرویس هایی بودند که از پروتکل اینترنت (IP) استفاده میکردند.یا پروتکل سیستم فایل شبکه (NFS ) پروتکل IP برای login های راه دور و پست الکترونیکی و NFS برای سرویس هایی از سرور به کاربران مناسب است.علاوه بر آن سرویس های دیگری نیز موجود بودند مانند صدای رادیوی محلی که با فرمت u-low کد گذاری شده بود و در ساعاتی ار روز روی شبکه پخش میشد .در شکل(22.1) طرحی از شبکه MRE در آن زمان موجود است.در سال 89 سیستم های شبکه از SWN-3 به سیستم های بر پایه RISC ارتقا یافت و به خاطر افزایش توان محاسباتی ماشین در شبکه بار شبکه افزایش یافت.مثلا توجه کنید که در ساعات شلوغ در اکتبر 89 واقعا شلوغ است :30% بازده اترنت در مقایسه در 50% در آگوست 89 به همین خاطر تغییراتی در ساختار شبکه حاصل شد.

دسته سوم داده که در ژانویه 90 به دست آمده است از کابل اترنتی اندازه گیری شده اند که دو بال امکانات MRE را به هم متصل می کرد .(شکل 22.2) سمت دیگر به یک کتابخانه دیگر اختصاص یا فته بود.

در زمان جمع آوری این داده ها ، 160 نفر در کتابخانه دوم مشغول بودند .این قسمت خاص از این نظر که در قسمتی قرار داشت که شبکه را به دنیای خارج اینترنت متصل میکرد ،خاص بود.ترافیک روی این کابل از منابع بسیار مختلف ناشی میشد :
1-سرور های فایل بسیار فعال که به این قسمت متصل بودند .

2-ترافیک بین دو بال شبکه
3-ترافیک بین کتابخانه و ما بقی BELLCORE
4-ترافیک بین کل BELLCORE و دنیای خارج اینترنت
ترافیک نوع 4 را که ما آن را ترافیک خارجی مینامیم ،ترافیک ناشی از صحبت های ماشین های BELLCORE با دیگر ماشین ها در سراسر اینترنت بود.ترافیک خارجی این قسمت به طور خاص اندازه گیری شده اند.

نوع دسته چهارم که در فوریه 92 اندازهگیری شده است از ستون فقرات اترنت کل ساختمان و پس از راه اندازی دستگاه های امنیتی MRE به دست آمده است واین کابل ترافیک کتابخانه های MRE و سایر ساخمان های BELLCORE و تمام ترافیک با مقصد خارج ازBELLCORE را حمل میکرد.به ختطر اینکه این کابل ترافیک سرور های فایل را نداشت ترافیک آن نسبت به دسته های قبلی کاهش چشم گیری دارد ،از طرف دیگر تعداد login های راه دور و پست های الکترونیکی بالا رفته بود .همچنین این کابل ترافیک رادیو را بین دوکتابخانه حمل میکرد،تفاوت این دسته با دسته های قبل در این است که این ترافیک بیشتر روتر به روتر است تا میزبان به میزبان.

فصل2 تعاریف ریاضی در این بخش ما مفاهیم وابستگی طولانی-برد و خودشباهتی را فرموله میکنیم و نشان میدهیم این دو مفهوم چگونه به هم مربوط میشوند.

همچنین تعریفی از توزیع های با دنباله سنگین ارائه خواهیم داد و روی دو نوع خاص آن یعنی پرِتو و توزیعهای a-پایدار بحث خواهیم کرد.

2-1.وابستگی طولانی برد و خودشباهتی 2-1-1.وابستگی طولانی-برد(LRD) فرض کنید یک فرآیند تصادفی گسسته با ایستانی از مرتبه دوم و آماره های مرتبه دوم متناهی باشد.

میانگین آنرا و واریانسش را در نظر بگیرید.

تابع خودهمبستگی را به صورت زیر نمایش میدهیم.

(2-1) تعریف-گوییم یک فرآیند با وابستگی طولانی-برد(LRD) با پارامتر هارست برابر H است اگر (2-2) که در آن ثابت است.

یک تعریف معادل برای وابستگی طولانی-برد تعریف مبتنی بر طیف توان فرآیند یعنی است.

یک فرآیند با وابستگی طولانی-برد است اگر طیف توان آن در رابطه زیر صدق کند: (2-3) که در آن ثابت است.

معادله (2-4) ایجاب میکند که برای فرآیند های با وابستگی طولانی-برد، داشته باشیم: (2-4) برای.

بنابراین، علیرغم اینکه در تاخیرهای بالا خودهمبستگی کوچک است، اما تاثیر مجموع آن بزرگ است.

این خاصیت کاملاً با خواص فرآیندهای استاندارد متفاوت است.

به عنوان مثال، برای فرآیند مشهور ARMA، تابع خودهمبستگی با افزایش تاخیر به صورت هندسی نزول میکند.

اینگونه فرآیند ها که خودهمبستگی جمع پذیر دارند، با عنوان فرآیندهای با وابستگی کوتاه برد شناخته می شود.

شهود بیشتر نسبت به خواص فرآیند های با وابستگی طولانی-برد میتواند با ملاحظه فرآیند جمع بسته شده آنها حاصل شود.

فرآیند جمع بسته شده با مرتبه که به صورت نشان داده میشود، متوسط بلوکهای بدون همپوشانی با طول از است.یعنی: (2-5) برای فرآیند های LRD داریم: (2-6) که در آن ثابت است.

از آنجا که جمع بندی معادل تغییر مقیاس زمانی است، معادله (2-4) نشان میدهد که تحت تغییر مقیاس زمانی فرآیند LRD با سرعت کمتر از فرآیند های iid نرم میشوند.

یعنی با سرعت کمتر از برای های بزرگ.

از این دیدگاه، فرآیند LRD تغییر مقیاس داده شده شباهت خود را به فرآیند اصلی حفظ خواهد کرد.

2-1-2.خودشباهتی تعریف-یک فرآیند پیوسته در زمان با مقادیر حقیقی خود متشابه با اندیس است اگر برای هر ، هر توزیع متناهی بعد برابر با توزیع متناهی بعد باشد.یعنی: (2-7) که در آن به معنی تساوی در تمام توزیعهای متناهی بعد است.

به اندیس پارامتر هارست فرآیند خودمتشابه گفته میشود.

با فرض اینکه تکانه های مرتبه برای موجود باشد، میتوان نشان داد: (2-8) که به وضوح نشان میدهد که فرآیند خودمتشابه ایستان نیست.

همچنین داریم: (2-9) (2-10) یک نمونه فرآیند خودمتشابه، حرکت براونی است، که به صورت زیر تعریف میشود: یک فرآیند گوسی با متوسط 0 است.

همبستگی و ، حداقل و است.

میتوان نشان داد که یک فرآیند خودمتشابه با پارامتر هارست است.

زیرا : (2-11) فرم کلی تر حرکت براونی، حرکت براوی کسری (FBM) است؛ که به صورت زیر تعریف میشود: (2-12) که در آن حرکت براونی استاندارد، تابع گاما و است.

به وضوح، یک فرآیند گوسی با متوسط 0 است و .

همچنین اگر تعریف را برای گسترش دهیم، داریم .

همچنین برای هر داریم: (2-13) یعنی خود متشابه است.

توجه ما بیشتر معطوف به فرآیند های خودمتشابه با افزایشای ایستان است.

فرآیند با نموهای ایستان گفته میشود اگر: (2-14) به عبارت دیگر، توزیع های متناهی بعد مستقل از باشد.

اگر فرآیند خودمتشابه با نموهای ایستان باشد، آنگاه که باعث میشود تمام ها نیز با میانگین 0 باشند.

تابع خودهمبستگی و برابر است با: (2-15) در حالی که فرآیند های غیر گوسی خود متشابه با نمو ایستان زیادی موجود است، تنها یک فرآیند گوسی خودمتشابه با نمو ایستان موجود است که همان FBM است.

فرآیند FBM نقش به سزایی در مدل کردن وقایع طبیعی و ترافیک داده دارد.

نمو های FBM ، نویز گوسی کسری (FGN) نامیده میشود.

2-1-3.رابطه بین خودشباهتی و وابستگی طولانی-برد فرض کنید یک فرآیند خودمتشابه با نمو ایستان باشد .

نوع زمان-گسسته آن باشد.

طبق رابطه (2-4) داریم: (2-16) به راحتی میتوان نشان داد که تابع خودهمبستگی بالا در رابطه زیر صدق میکند: (2-17) یعنی به صورت هذلولوی نزول میکند.

یعنی نموهای ایستان یک فرآیند خودمتشابه، یک فرآیند LRD است.

تعریف-یک فرآیند گسسته در زمان ، "