Internet tomography : network topology discovery and network performance evaluation

Abstract

Due to the security threats and complexity of network services, such as video conferencing, internet telephony or online gaming, which require high QoS guarantees, the need for monitoring and evaluating network performance, in order to promptly detect and face security threats and malfunctions, is crucial to the correct operation of networks and network-based services. As the internet evolves in size and diversity, these tasks become difficult and demanding. Moreover, administrative limitations can restrict the position and the scope of the links to be monitored, while legislation imposes limitations on the information that can be collected and exported for monitoring purposes and almost all organization can't monitor or have knowledge or evaluate the performance of the entire network. They only can do this to part of the network, which corresponds to their own network. In this thesis, we propose the use of tomographic techniques for network topology discovery and performance evaluation. Network tomography studies the internal characteristics of the network using end-to-end probes, ie, it does not need the cooperation of the internal nodes of the network and can be successfully adopted in almost all scenarios. Thus, it is possible to have knowledge of the network characteristics out of the administrative borders. In this thesis we propose a new approach to Probe Packet Sandwich, where we use TTL-limited probes to infer the delay of a path hop-by-hop. We have shown that this approach is more effective than existing ones. This work was developed under the ERASMUS student mobility program, in the Telecommunication Networks Research Group, Dept. of Information Engineering, University of Pisa.

Devido às ameaças de segurança e complexidade dos serviços de rede, tais como videoconferência, telefonia via Internet ou jogos on-line, que exigem altas garantias de QoS, a necessidade de monotorização e avaliação de desempenho da rede, a fim de detectar prontamente e enfrentar as ameaças de segurança e mau funcionamento, é crucial para o correto funcionamento das redes e serviços baseados em rede. À medida que a Internet evolui em tamanho e diversidade, essas tarefas tornam-se difíceis e exigentes. Além disso, as limitações administrativas podem restringir a posição e o alcance dos links a serem monitorizados, enquanto a legislação impõe limitações sobre as informações que podem ser coletadas e exportadas para fins de monotorização e quase todas as organizações não podem controlar ou ter conhecimento ou avaliar o desempenho de toda a rede. Eles só podem fazer isso a parte da rede, o que corresponde à sua própria rede. Neste trabalho, nós propomos o uso de técnicas tomográficas para a descoberta da topologia da rede e avaliação de desempenho. A tomografia de rede estuda as características internas da rede usando medições fim-a-fim, ou seja, não necessita da ajuda dos nós internos da rede, podendo ser adoptadas com sucesso em quase todos os cenários. Desta maneira é possível obter conhecimento das características da rede para além dos limites administrativos. Neste tranalho propomos uma nova abordagem do Packet Sandwich Probe, onde utilizamos pacotes TTL-Limited para inferir o delay de um path hop-by-hop. Nós mostramos que esta abordagem é mais eficaz que outras já existentes. Este trabalho foi desenvolvido no âmbito do programa de mobilidade de estudantes ERASMUS, no Grupo de Investigação em Redes de Telecomunicações, Departamento de Engenharia de Informação da Universidade de Pisa.