CAPEST : network capacity and available bandwidth estimation in the data-plane

Abstract

The measurement of available bandwidth and capacity represents an essential requirement for a multitude of network applications spanning from traffic engineering and admission control to network security. Measurement techniques frequently presume to know capacity a priori, but this constitutes a weak premise in a number of modern scenarios due to conditions such as abstractions in infrastructure virtualization, dynamic demands in resource sharing and fluctuations in interference, all of which can affect capacity in short time spans. Despite consistent efforts, currently employed techniques struggle to balance accuracy, intrusion and freshness, depending on either substantial intrusion, onerous processing or unfeasible deployment. Recent developments on data plane programmability have breathed new life into this undertaking, allowing observation points to be more efficiently distributed and programmable packet methods to be executed in-situ. This dissertation describes CAPEST, a passive capacity and available bandwidth measurement method for the data plane, employing packet dispersion and autocorrelation. The method is evaluated regarding its parametrization sensitivity, its intrusion and freshness in comparison to state-of-the-art techniques and its performance in the real-world application of video routing. CAPEST was found to incur substantially (80%) less intrusion and achieve 10% better accuracy, all the while providing an order of magnitude improvement in freshness.

A medição de banda disponível e capacidade representa um requisito essencial para uma multitude de aplicações de rede, abrangendo desde engenharia de tráfego e controle de admissão até segurança de rede. Nesse quesito, técnicas de medição frequentemente presumem conhecer a capacidade a priori, mas essa pode ser considerada uma premissa fraca considerando diversos cenários modernos devido a condições como abstrações na virtualização de infraestrutura, demandas dinâmicas no compartilhamento de recursos e flutuações em interferência, todas as quais podem afetar a capacidade em curtos espaços de tempo. Apesar de esforços recorrentes, as técnicas de medição atualmente empregadas ainda encontram dificuldade para balancear acurácia, intrusão e frescor, recaindo em intrusão substancial, processamento oneroso ou implantação inviável. Desenvolvimentos recentes em programabilidade no plano de dados tem dado nova vida a esse esforço, permitindo que pontos de observação sejam mais eficientemente distribuídos e metódos programáveis de pacotes sejam executados in-situ. Neste documento apresentamos CAPEST, um método passivo de medição de capacidade e available bandwidth no plano de dados, empregando dispersão de pacotes e autocorrelação. O método é avaliado a respeito da sensibilidade de parametrização, sua intrusão e frescor em comparação a técnicas do estado-da-arte e seu desempenho em uma aplicação realística de roteamento de vídeo. CAPEST permitiu uma redução de 80% em intrusão e um aumento em 10% em acurácia, ao mesmo tempo aprimorando frescor em uma ordem de magnitude.