Average downlink traffic rate estimation in IP networks using flow-based measurements

• Main Author: Alarcón Reyes, Rodrigo
• Other Authors: Mark Coates (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2013
• Subjects: Engineering - Electronics and Electrical
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=114543

Having a complete knowledge about average traffic rates on different links in a network is highly desirable for network operators, particularly when performing tasks such as capacity planning and traffic engineering, or when making decisions on network redesigning.In this thesis, we propose a technique for estimating the average downlink traffic rate on internal links from a single measurement point. Our main contribution is a solution that does not assume a specific statistical model for the traffic, relying only on a constant ratio between the uplink and the downlink traffic on each link, and a constant proportion of traffic that goes to each of the remaining links during each time interval. We show that in a real scenario and on each link the assumption of a constant ratio between the uplink and the downlink traffic holds at least for the visible portion of the traffic at the measurement point. In order to validate our technique, we implement different simulation scenarios using NetFlow to report flow records. Our simulations and subsequent error analysis show that, if the aforementioned assumptions hold, our proposed technique produces accurate estimates on the average downlink traffic rate of internal subnetworks in all the considered simulation scenarios. We also show that it is possible to use Sampled NetFlow in our estimation scheme without a considerable loss of accuracy, which reduces the requirements for additional CPU when NetFlow is implemented in routers.Our estimates are computed using only existing and widely-supported protocols and features (e.g., NetFlow and SNMP polling), while reducing the amount of additional traffic and processing resources compared to existing approaches, if our technique is deployed in networks where flow-based monitoring is already implemented. We are confident that the results and contributions of this work are valuable as a first step towards the deployment of a practical solution for estimating the average traffic rate in real networks. === Avoir une connaissance complète du débit moyen des differents liens d'un réseau est hautement souhaitable pour les opérateurs de réseaux, en particulier lors de l'exécution de tâches telles que la planification de capacités et l'ingénierie de trafic, ou lors de la prise de décisions sur le redesigne des réseaux. Dans cette thèse, nous proposons une technique pour l'estimation des débits descendants moyens des liens internes à partir d'un seul point de mesure. Notre principale contribution est une solution qui ne suppose pas de modèle statistique spécifique pour le trafic, mais qui s'appuie uniquement sur l'hypothèse d'un rapport constant entre le débit montant et le débit descendant sur chaque lien, ainsi qu'une proportion constante du trafic qui va à chacun des autres liens à chaque intervalle de temps. Nous montrons que dans un scénario réel et sur chaque lien l'hypothèse d'un rapport constant entre les débits montants et descendants est valide au moins pour la partie du trafic qui est visible au point de mesure. Afin de valider notre technique, nous mettons en oeuvre des différents scénarios de simulation en utilisant NetFlow pour rapporter des registres de flux. Nos simulations et analyse d'erreurs subséquente montrent également que, si les suppositions susmentionnées sont valides, notre technique produit des estimations précises du débit moyen descendant pour les sous-réseaux internes dans tous les scénarios considérés pour les simulations. Nous montrons également qu'il est possible d'utiliser Sampled NetFlow dans notre schéma d'estimation, sans perte considérable de précision, en réduisant l'exigence additionnelle de la CPU lorsque NetFlow est mis en oeuvre dans les routeurs. Nos estimations sont calculées en utilisant des protocoles et des caractéristiques existantes et largement supportées (par exemple, NetFlow et SNMP Polling), tout en réduisant la quantité de trafic supplémentaire et les ressources de traitement par rapport aux approches existantes, si notre technique est déployée dans des réseaux où la surveillance basée sur flux est déjà mise en oeuvre. Nous sommes confiants que les résultats et les contributions de ce travail sont importantes en tant que premier pas pour le déploiement d'une solution pratique d'estimation des débits moyens dans des réseaux réels.