home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Info 1994 March / Internet Info CD-ROM (Walnut Creek) (March 1994).iso / inet / ien / ien-161 < prev    next >
Text File  |  1988-12-01  |  15KB  |  533 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8.  
  9.  
  10.  
  11.  
  12.  
  13.  
  14.  
  15.  
  16.  
  17.  
  18.  
  19.  
  20.        A Proposal for Simple Measurement Support for Users
  21.  
  22.  
  23.                              IEN 161
  24.  
  25.  
  26.                             R.G.Jones
  27.  
  28.  
  29.  
  30.                           November 1980
  31.  
  32.  
  33.  
  34.  
  35.  
  36.  
  37.  
  38.  
  39.  
  40.  
  41.  
  42.  
  43.  
  44.  
  45.  
  46.                     University College London
  47.  
  48.  
  49.  
  50.  
  51.  
  52.  
  53.  
  54.  
  55.  
  56.  
  57.  
  58.  
  59.  
  60.  
  61.   Simple                                                     IEN
  62. Measurement                                                  161
  63.   Support
  64.  
  65.  
  66.  
  67.                             Contents
  68.  
  69.  
  70.  
  71.  
  72.  
  73.  
  74.  
  75.   1. Introduction...........................................1
  76.  
  77.  
  78.   2. Motivation.............................................1
  79.  
  80.  
  81.   3. Measurements...........................................1
  82.  
  83.  
  84.   4. Current Measurement Support............................2
  85.  
  86.  
  87.   5. Proposed Support.......................................3
  88.  
  89.  
  90.   6. Summary................................................5
  91.  
  92.  
  93.  
  94.  
  95.  
  96.  
  97.  
  98.  
  99.  
  100.  
  101.  
  102.  
  103.  
  104.  
  105.  
  106.  
  107.  
  108.  
  109.  
  110.  
  111.  
  112.  
  113.  
  114.  
  115.  
  116.  
  117.  
  118.  
  119.  
  120.   Simple                                                     IEN
  121. Measurement                                                  161
  122.   Support
  123.  
  124.  
  125.      1. Introduction
  126.  
  127.        The majority of this note was originally  written  to
  128.      address a wider problem than measurements solely within
  129.      the ARPA catenet and the orientation of the  discussion
  130.      is  therefore  in those terms. However, it is felt that
  131.      the proposed technique would also  be  appropriate  for
  132.      user measurements confined to the catenet.
  133.  
  134.        The intention in distributing this note is to  gather
  135.      initial   reactions   to  the  proposed  technique  and
  136.      therefore no attempt has been made to fill in  all  the
  137.      details.
  138.  
  139.  
  140.      2. Motivation
  141.  
  142.        Increasingly   users   will    wish    to    evaluate
  143.      communication  performance  across  a  concatenation of
  144.      varied networks. The purpose of this note is to propose
  145.      a  minimal  set  of easily implemented facilities which
  146.      would support measurements of  network  performance  at
  147.      the  user  level,  in  particular  at  the  network and
  148.      transport levels.  It  is  based  on  ideas  originally
  149.      circulated in an INDRA Group Working Paper [1].
  150.  
  151.        Given the rapid proliferation  of  networks  and  the
  152.      corresponding increase in the variety of their type and
  153.      interconnection, it is felt that the facilities  should
  154.      not  be  tightly  bound  to  a  particular protocol but
  155.      should  be  supportable  across  as  many  networks  as
  156.      possible.  In particular, for the purposes of examples,
  157.      the environment in  which  the  measurements  would  be
  158.      performed  is assumed to extend beyond the ARPA catenet
  159.      system to include, for example, VANs or  PTT  X25-based
  160.      networks.
  161.  
  162.        The note deliberately concentrates on a subset of the
  163.      requirements for a comprehensive measurement program in
  164.      the hope  of  ensuring  rapid  implementation  of  this
  165.      essential subset.
  166.  
  167.  
  168.      3. Measurements
  169.  
  170.        The  performance  of  a  packet-switched  network  is
  171.      typically  characterized  by  delay  as  a  function of
  172.      throughput and the facilities proposed are intended  to
  173.      support  this  type  of  measurement.  In  the  case of
  174.      networks with a virtual call interface, the call set-up
  175.      time  is  obviously  an additional important parameter,
  176.  
  177.                               - 1 -                     R.G.Jones
  178.  
  179.   Simple                                                     IEN
  180. Measurement                                                  161
  181.   Support
  182.  
  183.  
  184.  
  185.      but this can be measured without requiring co-operation
  186.      from a remote site.
  187.  
  188.        Throughput and delay  measurements  are  most  easily
  189.      undertaken  by  employing  timestamps.  This  technique
  190.      requires at least the provision of an echo server at  a
  191.      remote  site.  Useful results, such as round-trip time,
  192.      can be obtained with even the simplest echo server.  If
  193.      global   clock  sychronization  can  be  achieved  (for
  194.      example, within a satellite-based net or by the use  of
  195.      broadcast   time   standards)   then   timestamping  at
  196.      intermediate  points  is   particularly   valuable   in
  197.      pinpointing   the   origins  of  delay  and  throughput
  198.      constraints. However, the insertion  of  timestamps  by
  199.      remote  sites  requires  an  agreed format and location
  200.      within the packet for  the  timestamps  and  an  agreed
  201.      triggering   mechanism.  In  a  network  with  adaptive
  202.      routing,  it  is  important   that   the   intermediate
  203.      timestamps  should  have  some  identification of their
  204.      origin associated with them.
  205.  
  206.        The minimum requirements for  a  measurement  program
  207.      are therefore seen to be a widely available set of echo
  208.      servers with  triggerable  timestamping  facilities.  A
  209.      more  thorough  program  of  work  would  require,  for
  210.      example, participating sites to make available  traffic
  211.      generators which were remotely controllable.
  212.  
  213.  
  214.      4. Current Measurement Support
  215.  
  216.        Within the domain of nets supporting ARPA  protocols,
  217.      timestamping  is  an  option  in  the  internet header.
  218.      Currently,   however,   there    is    no    associated
  219.      identification   of   the   origin  of  the  timestamp.
  220.      Furthermore, the number of timestamps is limited by the
  221.      maximum  size  of  the internet header and this is even
  222.      more restrictive if, for example, source routing is  to
  223.      be  employed.   In measurements beyond the ARPA catenet
  224.      the internet header may  well  be  lost  in  traversing
  225.      other  networks  where  gateways  may,  for example, do
  226.      protocol conversion at the transport level.
  227.  
  228.        Echo servers are available at  gateways  for  packets
  229.      utilizing  the  Gateway-Gateway Protocol but since such
  230.      packets are treated  differently  from  normal  traffic
  231.      these  are  useless  for  throughput  tests and provide
  232.      optimistic delay measurements.
  233.  
  234.  
  235.  
  236.                               - 2 -                     R.G.Jones
  237.  
  238.   Simple                                                     IEN
  239. Measurement                                                  161
  240.   Support
  241.  
  242.  
  243.        Other available  facilities  suffer  from  comparable
  244.      restrictions.  Current  support is therefore felt to be
  245.      inadequate not only in a wider context, but even within
  246.      the ARPA catenet system.
  247.  
  248.        The situation with regard to other nets, for  example
  249.      PTT X25-based nets, is even worse and it is unrealistic
  250.      to suppose that  PTTs  will  be  forward  in  providing
  251.      facilities.  Users  will  therefore be forced to be co-
  252.      operative if they wish to pursue a measurement  program
  253.      of reasonable extent.
  254.  
  255.  
  256.      5. Proposed Support
  257.  
  258.        The basic requirement is for a mechanism  which  will
  259.      allow  measurements  to  be  made across very different
  260.      nets.  With regard to interworking between  nets  based
  261.      on  different  protocols,  it is unreasonable to expect
  262.      groups  to  implement  protocols  specific  to  another
  263.      network.   Central  to  the  proposed  mechanism  is  a
  264.      standard format for the measurement data area which  is
  265.      independent  of the underlying network protocol. Such a
  266.      data area can be employed  as  the  user  data  of  the
  267.      selected protocol. Measurement data is distinguished at
  268.      the underlying protocol level from  normal  traffic  by
  269.      the  use  of  a  reserved  protocol  number  or port or
  270.      whatever is appropriate to the protocol.
  271.  
  272.        The proposed format is outlined in Figure 1.
  273.  
  274.        The type field specifies, for  example,  whether  the
  275.      data  is to be echoed, is an echo, or whether it should
  276.      simply be dropped by the receiving process.
  277.      The flag field can  be  used  to  specify  whether  the
  278.      station address should be inserted by each timestamping
  279.      station and to specify the categories  of  sites  which
  280.      should timestamp. For example, for measurements made at
  281.      the ARPANET internet datagram level,  the  flags  could
  282.      specify  that intermediate gateways should timestamp as
  283.      well as the destination.
  284.      The length field is used at the transport  level  as  a
  285.      record delimiter.
  286.      The sequence number field is simply a  field  in  which
  287.      the originating process can insert a data area sequence
  288.      number if so desired.
  289.      The offset field points to the location  at  which  the
  290.      next  timestamp  (and  possibly station identification)
  291.      should  be  inserted.   This   is   updated   by   each
  292.      timestamping  station  to point beyond the timestamp it
  293.      has inserted.
  294.  
  295.                               - 3 -                     R.G.Jones
  296.  
  297.   Simple                                                     IEN
  298. Measurement                                                  161
  299.   Support
  300.  
  301.  
  302.  
  303.  
  304.  
  305.              +---------------+---------------+
  306.              |     type      |     flags     |
  307.              +---------------+---------------+
  308.              |            length             |
  309.              +---------------+---------------+
  310.              |       sequence number         |
  311.              +---------------+---------------+
  312.              |            offset             |
  313.              +-------------------------------+
  314.              |        origin of ts#1         |
  315.              |          (optional)           |
  316.              +-------------------------------+
  317.              |          timestamp            |
  318.              |          number 1             |
  319.              +-------------------------------+
  320.              |                               |
  321.  
  322.              |          timestamp            |
  323.              |          number n             |
  324.              +-------------------------------+
  325.  
  326.  
  327.             FIGURE 1: Format of Measurement Data Area
  328.  
  329.      A sequence  of  timestamps  (possibly  with  associated
  330.      station identification) then follows the offset field.
  331.      For experiments with user data of  varying  sizes,  the
  332.      measurement  data  area would be followed by padding to
  333.      the appropriate length.
  334.      For throughput tests with minimal  size  user  data  it
  335.      would,  of  course,  be  possible  to dispense with all
  336.      fields except for length and type and flags,  with  the
  337.      latter set to indicate no timestamping.
  338.  
  339.        It is  intended  that  the  traffic  generator  would
  340.      supply   a  data  area  large  enough  to  contain  the
  341.      anticipated number of timestamps. If it  were  possible
  342.      for  there  to  be  a  large variation in the number of
  343.      networks traversed for a given destination  that  might
  344.      prove  difficult  to  initially  estimate.   However, a
  345.      station unable to timestamp because of  lack  of  space
  346.      would set a flag to indicate the fact.
  347.  
  348.        Station identification in  measurements  across  nets
  349.      with an homogeneous addressing scheme (such as the ARPA
  350.      catenet) presents no problems. However,  identification
  351.      in  other  systems rules out a standard field size. The
  352.      PTT networks, for  example,  specify  an  international
  353.  
  354.                               - 4 -                     R.G.Jones
  355.  
  356.   Simple                                                     IEN
  357. Measurement                                                  161
  358.   Support
  359.  
  360.  
  361.  
  362.      address of up to 14 digits and local nets will  have  a
  363.      variety  of  further  schemes.  The  use  of  timestamp
  364.      identification in the most general case is therefore  a
  365.      matter  for  further  consideration. In many situations
  366.      the problem will not arise since, for  example,  across
  367.      PTT  nets  timestamps  will  be available only from the
  368.      destination echo server. It may be desirable to add  an
  369.      additional   field  either  for  each  origin  or  each
  370.      origin/timestamp pair to indicate length and format.
  371.  
  372.        The suggested format allows servers to be exceedingly
  373.      simple   with  much  common  code  between  servers  at
  374.      different protocol levels.
  375.  
  376.        In the ARPANET environment,  echo  servers  for  such
  377.      data  should  be  provided  above the internet datagram
  378.      level and above TCP. Thus, an internet protocol  number
  379.      would  be reserved for measurement packets and all such
  380.      packets processed by an internet layer  in  a  host  or
  381.      gateway  would  be  passed to an internet datagram echo
  382.      server. It should be possible to  specify  timestamping
  383.      in  a  gateway  functioning as a transit gateway rather
  384.      than the packet destination.  A "well-known"  TCP  port
  385.      would be reserved for a server for TCP tests.
  386.  
  387.        For X25-based networks, at the virtual circuit level,
  388.      a  protocol  number could be reserved for the "protocol
  389.      field" of the call user data area (bytes 1 through  4).
  390.      In   the  absence  of  such  a  universally  recognized
  391.      identification, substitutes can be found. For  example,
  392.      on  PSS   "well-known"  (to  co-operating  sites)  sub-
  393.      address digits could specify the  echo  server  in  the
  394.      DTE.
  395.  
  396.  
  397.      6. Summary
  398.  
  399.        Attention has  been  drawn  to  the  inadequacies  of
  400.      current  measurement  support  for the network user. An
  401.      outline has been given of the minimum requirements  for
  402.      a  user measurement program and a method of meeting the
  403.      requirements has been proposed. The  central  mechanism
  404.      of  the  proposed  support is a standardized format for
  405.      measurement  data,   which   lends   itself   to   easy
  406.      implementation    above   various   network   protocols
  407.      accessible by the user.  This  scheme  means  that  the
  408.      measurement  data  is independent of the protocol level
  409.      in  use  and  may  be  more  easily  preserved   across
  410.      networks.
  411.  
  412.  
  413.                               - 5 -                     R.G.Jones
  414.  
  415.   Simple                                                     IEN
  416. Measurement                                                  161
  417.   Support
  418.  
  419.  
  420.  
  421.        The note has deliberately defined a minimal subset of
  422.      the   requirements   for  a  comprehensive  measurement
  423.      program, not  least  because  it  is  felt  that  these
  424.      facilities could be quickly provided.
  425.  
  426.        It  does  not  attempt  to  provide   the   necessary
  427.      facilities   for   detailed  investigation  of  network
  428.      behaviour,  but  does  (quickly  and  easily)   provide
  429.      sufficient  resources  for  the  user  to  be  able  to
  430.      identify problems for further investigation.
  431.  
  432.  
  433.  
  434.  
  435.  
  436.  
  437.  
  438.  
  439.  
  440.  
  441.  
  442.  
  443.  
  444.  
  445.  
  446.  
  447.  
  448.  
  449.  
  450.  
  451.  
  452.  
  453.  
  454.  
  455.  
  456.  
  457.  
  458.  
  459.  
  460.  
  461.  
  462.  
  463.  
  464.  
  465.  
  466.  
  467.  
  468.  
  469.  
  470.  
  471.  
  472.                               - 6 -                     R.G.Jones
  473.  
  474.   Simple                                                     IEN
  475. Measurement                                                  161
  476.   Support
  477.  
  478.  
  479.  
  480.                            References
  481.  
  482.  
  483.  
  484.  
  485.  
  486.  
  487.      1. Standard Timestamping - A Proposal
  488.              R.Cole and R.G.Jones, INDRA Working Paper 860,
  489.                                              January 1980
  490.  
  491.  
  492.  
  493.  
  494.  
  495.  
  496.  
  497.  
  498.  
  499.  
  500.  
  501.  
  502.  
  503.  
  504.  
  505.  
  506.  
  507.  
  508.  
  509.  
  510.  
  511.  
  512.  
  513.  
  514.  
  515.  
  516.  
  517.  
  518.  
  519.  
  520.  
  521.  
  522.  
  523.  
  524.  
  525.  
  526.  
  527.  
  528.  
  529.  
  530.  
  531.                               - 7 -                     R.G.Jones
  532.  
  533.