Previous: 5.1 Сетевая диагностика с применением протокола SNMP    UP: 5 Диагностика локальных сетей и Интернет     Next: 5.3 Применение 6-го режима сетевого адаптера для целей диагностики

5.2 Диагностика на базе ICMP

Семенов Ю.А. (ИТЭФ-МФТИ)
Yu. Semenov (ITEP-MIPT)

Безусловно SNMP предоставляет наиболее мощные и универсальные возможности диагностики. Но этот протокол не дает решить все проблемы. Не все объекты в Интернет имею активные SNMP-агенты. Как было описано в разделе Ping, протокол ICMP позволяет проверить доступность пути от машины оператора до любой ЭВМ, включенной в Интернет. При этом может быть измерено время пакета в пути и вероятность потери пакета. Проводя такое зондирование периодически и сравнивая результаты для разных моментов времени и разных путей, можно получить важную диагностическую информацию. Время пакета в пути может стать важным параметром для тестирования внешних каналов, ведь задержка может расти из-за потерь пакетов на некоторых этапах.

Потеря пакета может произойти как по пути туда, так и по пути обратно. Кроме того, отсутствие отклика может произойти из-за перегрузки буфера или процессора ЭВМ-адресата. В локальных сетях при нормальных условиях потеря может случиться только из-за переполнения буферов в переключателях или ЭВМ (объекты mac-уровня). Если сеть правильно сконфигурирована, реализуются только так называемые "короткие" столкновения, когда столкновение происходит не позднее, чем при передаче 64-го байта. Но если при построении сети допущены ошибки, возможны более поздние столкновения, что становится дополнительной причиной потери пакетов. Тогда может проявиться зависимость вероятности столкновения от длины пакета.

Следует учитывать, что если столкновение зафиксировано передающей стороной до завершения посылки пакета, то потери пакета не произойдет, так как передача будет повторена на физическом уровне. Потеря из-за столкновения может произойти только для короткого пакета при слишком больших задержках в логическом сегменте.

Понятно, что вероятность столкновений пропорциональна плотности вероятности потока запросов от активных узлов логического сегмента (зоны столкновений). По этой причине, зондируя определенный удаленный логический сегмент можно оценить вариации загрузки.

Более информативным может стать сочетание зондирования с помощью пакетов ICMP и контроль втекающих и вытекающих потоков сегмента посредством SNMP-протокола.

При использовании процедуры ping (с необходимыми опциями) для зондирования внешних каналов можно выявить как циклы пакетов, так и осцилляции маршрутов.

Протокол ICMP при круглосуточном мониторинге позволяет контролировать активность всех узлов локальной сети. Кроме того, такая программа в случае выхода из строя какого-то сегмента позволяет оперативно локализовать неисправный сетевой элемент (см. рис. 5.2.1). Сканирующая программа должна использовать в качестве исходной информации базу данных всех узлов локальной сети, куда должны быть помещены IP- и MAC-адреса всех сетевых узлов, их имена, географическое положение, фамилия хозяина и другая необходимая информация, например, суммарная задержка от какой-то точки в сети до данной рабочей станции. Результаты работы этой диагностической программы заносится в файлы, доступные для диагностического WWW-сервера. Такие данные упрощают поиск причины в случае аварии, так как позволяют проконтролировать активность в сети накануне появления отказа. Если такая программа одновременно измеряет все основные информационные потоки, она поможет выявить самые слабые участки в сети, выявить источники слишком частых широковещательных запросов. Теоретически это позволяет даже динамически реконфигурировать потоки в локальной сети, устраняя узкие места.

Рис. 5.2.1. Схема, поясняющая диагностические возможности протокола ICMP

Пусть диагностическая ЭВМ занимает положение в сети, помеченное буквой D. Сканирующая программа, позволяя проверить доступность любой из ЭВМ, может выявить неисправный вход/выход любого из повторителей, хотя сами эти приборы пассивны и на пакеты ICMP откликов не присылают. Это определяется по наличию или отсутствию отклика от хотя бы одной ЭВМ, подключенной к исследуемому входу/выходу. Так, если ни одна ЭВМ сегмента Б не откликается, то можно сделать вывод, что выход 3 повторителя 2 не исправен (предполагается, что хотя бы одна машина сегмента Б включена). Аналогичным образом можно проверить выходы повторителя 1. Если же не откликаются ЭВМ сегментов А и Б, то весьма вероятен отказ моста. Если же ни одна из ЭВМ, показанных на рисунке, не присылает отклика, а известно, что они включены, то не исправен повторитель 1. Конечно, эту задачу можно решить и с помощью стандартной программы PING, но это займет много больше времени. Администраторы, обслуживающие многомашинные сети, размещенные во многих зданиям, безусловно оценят преимущества сканирующей программы.

Сканируя всю сеть периодически в течение суток и регистрируя процент потерь пакетов в сети, можно выявить и неисправные сетевые интерфейсы. Такой интерфейс при включении может портить условия распространения пакетов по сегменту. Обнаружив корреляцию между повышением вероятности потерь пакетов и включением определенной ЭВМ, можно сделать именно такой вывод и позднее независимо исследовать именно этот сетевой интерфейс.

Протокол ICMP можно использовать и для измерения размера зоны столкновений, что крайне важно для успешной работы локальной сети, ведь превышение предельного размера зоны приводит к резкому росту числа столкновений. Вычислить размер зоны бывает затруднительно, так как для повторителей и концентраторов довольно часто время задержки не указывается. Разумеется, что оно должно быть меньше предельно допустимого, разрешенного документом 802.3, но кто может дать гарантию? Для решения поставленной задачи следует использовать ICMP пакеты минимальной длины. Программа посылает пакеты ICMP и воспринимает отклики, регистрируя долю потерянных пакетов. Для зондирования выбирается самая удаленная рабочая станция или сервер (см. рис. 5.2.2). Программа должна уметь посылать ICMP-пакеты, не дожидаясь отклика. Пакеты посылаются парами с зазором между ними t. Далее варьируем t и добиваемся максимума вероятности потери пакетов. Зазор t, при котором будет достигнут максимум потерь, соответствует реальному значению задержки, характеризующей зону столкновений для данного логического сегмента сети. Периодическая посылка пакетов слишком сильно перегрузит сеть, именно по этой причине следует периодически посылать пары пакетов. При этом период посылки таких пар должен быть достаточно велик, чтобы исключить влияние процессов восстановления после столкновения (> 1сек).

Рис. 5.2.2. Схема зондирования

RTT в данном случае равно 2Т+t, где t - время задержки отклика в зондируемой ЭВМ. Зазор между пакетами t должен быть больше t. Если t больше Т, то точность измерения будет невелика. Можно подумать, что при t Ј t вероятность столкновения будет равна 100%, но это не так. В этом случае столкновения не будет, ведь интерфейс обнаружит несущую у себя на входе и передачу не начнет. Передача отклика может начаться не ранее 9,6 мксек после завершения первого пакета-зонда (IPG). Если t < 9,6 мксек, передача отклика начнется через 9,6 мксек, если же больше, то через t. На практике 100% потери за счет столкновений будут реализовываться при t < t < Т+t (при t > 9,6 мксек). При t > t+t столкновения не будет, так как до измерительной машины дойдет пакет от исследуемой ЭВМ и передача не начнется из-за обнаружения интерфейсом несущей в кабельном сегменте. Следует иметь в виду, что при детектировании столкновения обе ЭВМ попытаются через некоторое время повторить попытку. Эта попытка вероятнее всего увенчается успехом, ведь они начнут ее не одновременно. Для извлечения нужных данных надо считывать содержимое регистра интерфейса, где записывается число случаев столкновений. Определив диапазон временных зазоров между пакетами-зондами, при которых происходят столкновения со 100% вероятностью, мы получим значение Т. Здесь требуются достаточно точные часы с разрешающей способностью лучше 10 мксек. Если таких часов нет, можно использовать время исполнения команд, предварительно прокалибровав это время при достаточно большом числе их исполнения. Актуальность такой методики в последнее время уменьшается, так как технология уходит от полудуплексной схемы, а при полнодуплексной схеме столкновения полностью исключаются.

Следует иметь в виду, что ICMP может найти применение при тестовых измерениях в современных методах анализа приложений в MPLS-TE с гарантированным качеством обслуживания. Протокол ICMP позволяет легко сформировать несколько потоков пакетов с одним и тем же адресом места назначения. Доставка пакетов контролируется по приходу откликов. Это проще чем в случае использования протокола UDP, где нужно самому позаботиться о подтверждениях, или ТСР, когда нужно осуществить соединение и следовать правилам этого протокола. Такого рода техника была использована при исследовании свойств VPN ПРАН-ИАЭ, результат измерений доложен на III международной конференции "Интернет нового поколения - IPv6" в ИОХ в ноябре 2004 г ("Гарантированное качество обслуживания в рамках протокола MPLS").

Ниже на рисунке 5.2.3 показан результат круглосуточного мониторинга в сети ГНЦ ИТЭФ. Программа позволяет не только отображать такого рода диаграммы но и измеряет относительные потери для различных сегментов сети (написана Сергеем Тимохиным). Предусмотрена возможность вывода списка машин активных в любой заданный интервал времени. По горизонтали отложено время суток 0-24 часа, а по вертикали - число ЭВМ, присылающих отклики на icmp-запросы. Нетрудно видеть, что днем активных ЭВМ больше, чем ночью. :-)

Рис. 5.2.3. Пример круглосуточного мониторинга активности в сети с использованием ICMP-зондирования

Сходная задача решается на сервере saturn.itep.ru при мониторировании недельных вариаций числа активных ЭВМ в сети. Смотри рис. 5.2.4. На рисунке виден спад числа активных машин в выходные дни (трех-дневная пауза связана с праздником дня России).

Рис. 5.2.4. Недельные вариации числа активных ЭВМ в сети ИТЭФ

Другим примером такого мониторинга могут служить программы, контроля внешних каналов ИТЭФ и связей в пределах локальной сети. Смотри страницы:

http://saturn.itep.ru/trace/intern/start.htm
и
http://saturn.itep.ru/trace/extern/start_trace.htm