JCNC
计算机网络通讯杂志
2090-715X
2090-7141
Hindawi
10.1155/2021/5599254
5599254
研究文章
ILNPv6栈识别器通信缓存效果性能分析
https://orcid.org/0000-0002-3002-4674
卡地
穆赫森
https://orcid.org/0000-0002-2494-6445
苏列曼
Maher公司
https://orcid.org/0000-0003-2654-5490
贾穆尔市
萨米赫市
浦市
康市
信息技术学院
高应用科技学院
大马士革
叙利亚
iast.edu.sy
2021
13
5
2021
2021
15
2
2021
11
4
2021
3
5
2021
13
5
2021
2021
版权所有_2021 MohsenKadi等
允许媒体不受限制使用、分发和复制, 前提是原创作品正确引用
标识定位器网络协议(ILNP)基于主机标识器/定位器拆分架构机制,依赖地址重写支持端对端移动和多homing地址重写由主机使用网络层逻辑缓存存储与通信主机有关的信息,即标识定位通信缓存由于地址重写在ILNP中按包执行,需要ILCC对每个包接收和传输查找这使得主机网络栈性能与ILCC性能之间有强连通论文展示ILCC大小对网络栈性能效果的研究本文内直接比较ILNP两个原型性能与ILCC管理机制不同显示ILCC尺寸测量并研究其对宿主网络栈性能的影响结果表明ILCC因通讯员增加而增长对网络和运输层的延时作用极大所得结果显示,通过有效策略控制ILCC大小能有力地提高ILNP网络栈性能
开工导 言
近20年来,由于许多研究努力的结果,人们都认识到互联网路由处理架构在可扩展性、多色调和跨域交通工程方面正面临挑战
一号
-
4
..为应对这些挑战并应对当前互联网增长水平而不引致网络运营费高涨,提出了数项解决方案,其中许多基于ILSA
5
-
7
..
以主机为基础的ILSA计划之一是ILNPILNP架构概念用两个地址空间取代当前地址空间,特别是定位器和标识符ILNP架构概念独立于IP版本,但它适配同包格式,因此ILNP有两种变式:ILNP4基础IPv4包格式和ILNPV6基础IPv6包格式
8
-
10
..
ILNP通过丰富用名空间组而增强当前互联网架构,而不是采用干净表名空间适应进化方法,即假设IP将保持互联网命名空间基于这一假设,它拆分节点标识符(NID)和定位器(Loc)分治IP子网络的语义绑定名IPv6包头中, 128位IPv6地址分64位和64位
11
..
RFC6741
12
表示,ILNP网栈实现存储网络层通信主机状态信息因此,ILNP提出了网络层会议概念,以便利ILNP地址重写,支持端对端移动和多homing
协议地址重写设施ILCC必须总能提供Lecs和NIDs最新映射信息后,ILCC搜索成为ILNP协议栈内所有包接收和传输的关键部分网络层从上层接收本地远程NID后,它从ILCC选择最优对象语法并选远程主机和本地主机网络层从包头提取两对NID和Lecs从远程和本地主机提取后,网络层对提取配对进行有效检验并决定是否分包接收或投放过前检验后,网络层只处理运输层NIDRFC6740中可以找到更多细节
11
..
论文中,我们调查2ILNPV6原型性能,用户数据表协议被用作传输层协议第原型由St大学开发Andrews提供
13
第二则由我们推举
14
..两种原型的主要差值是ILCC管理策略
论文关键贡献如下:
综合比较ILNPV6两个原型
测深由两个原型引入 不同网络栈层
系统剖析原型分析 内部负载分布
基于前次结果,我们展示了ILCC不受控制增长可引入大内核延缓度,最坏情况假设,例如恶意或窃听主机可提高延缓度几毫秒并避免最坏情况延缓度
论文其余部分组织如下:C节介绍相关工作的审查
2
.段内
3
讨论当前ILNP缓存策略测试环境、开发交通生成器、用工具集和评价假想
4
.段内
5
显示所获结果,包括性能度量和分析最后一节
6
结束这项工作
二叉相关工作
ILNP是互联网研究任务组路由研究组推荐的进化解决方案之一,以加强当前互联网路由架构题目多类研究例举Abid等[
15
开发分析成本模型研究三种ILSA机制的性能,即ILNP和主机身份协议,作为主机ILSA机制的代表,并开发定位器/识别器分离协议,作为网络ILSA机制分析模型中注意到多性能度量数,如连接搭建成本、数据包交付成本和通讯员数影响分析结果显示,网络中有大量通讯员,大大降低了基于宿主和基于网络ILSA机制的性能工作中
16
Linux内核首次实现UDPILNPv6iLNPv6应用性能评价显示ILNP6移植性能优于移动IPv6前相关工作
14
聚焦ILCC不受控制增长对性能的影响, 我们建议三向握手政策, 作为一种控制ILCC增长的赋能机制初步评价侧重于网络层性能,结果显示拟议政策可避免网络层延时,避免不必要的ILCC分录
先前ILNP工作或提供分析模型研究ILNP性能
15
或演示协议支持移动性
16
中的重大贡献超出前一工作结果
14
综合比较ILNPv6原型此外,相关工作[
14
量度网络层内核悬浮测量ILCC大小的不同负载和网络内层的不同ILCC大小并研究其对包服务率和下降率的影响除此以外,系统剖析说明性能退化的原因测试搭建比工作改进
14
serv6主机内外部行为监控工具
3级当前 ILNP缓存策略
RFC6741
12
引入ILCC概念,即需要本地缓存状态信息,使ILNP操作但它不包括关于如何管理ILCC和规则增加新记录的任何描述并原型ILNPv6
13
简单策略管理 ILCC在此策略中,主机无限制地为每个新通讯员添加一个新的 ILCC项执行中,对每个新本地交付包都执行ILCC查找,如果通讯员不存在,它简单为ILCC添加一个新项,不考虑主机高层状态或流流需求,即包所属因此,ILCC分录数和通讯员数有二分法
为了解决ILCC不受控制增长问题 当主机交换UDP数据时
14
新建ILCC条目应用策略依此策略,为ILCC添加新项并非纯网络层决策,而是网络层与运输层综合决策使用此策略, 增加ILCC新项的决定取决于多项标准, 如此项为通信端提供附加值, 互批并存资源ILCC增值取自UDP插件类型基于UDP插座在这些端运行的性质,ILCC项只有在端上或端上两个套接通时才有用表2
一号
汇总ILCC增值和不同UDP套接字类型对ILCC大小的影响引入式政策采用三向握手机制双向批准并依赖IPv6消息新互联网控制消息协议作为专用独立控制计划维护UDP提供数据交换的性质拟议的政策考虑到许多因素,这些因素可能影响通信主机的批准,例如计算网络层会议量和可用资源量如果通信主机达不到相互许可,数据交换会继续,但交换不会从ILCC服务中受益(更多细节见ILCC服务
14
))
ILCC分录类型不等 UDP套接字
|
服务器 |
| 连通 UDP套接字 |
无连通UDP套接字 |
| 客户端 |
连通 UDP套接字 |
ILCC登录需求(如果资源允许)
(二) 端对接 |
LCC录入需求(如果资源允许)
端端一个ILCC插件并连接套接字
非连通套接字可能导致ILCC宿主无限增长 |
| 无连通UDP套接字 |
ILCC登录需求(如果资源允许)
端端一个ILCC插件并连接套接字
非连通套接字可能导致ILCC宿主无限增长 |
i) 避免ILCC录入
每一套接字可能导致ILCC无限增长 |
稍后,我们将引用Linux内核运行St大学原型Andrews类内核和带保单内核运行原型
4级测试方法搭建
下节描述用测试环境、开发交通生成器、评价假想和用工具集
4.1.测试环境
实验中通过ILNP6向两个主机单向发送数据图中显示
一号
源目标为单机VMWARE企业级高视器母主机都建在同一虚拟局域网上并连接ESXI'sVMware虚拟交换机源和目标特征显示于表
2
.epernet适配器目标四特征接收传送环缓冲
实验网络和地形学
测试硬件和软件特征
|
源码VM |
目标VM |
| CPU系统 |
intel(R)Xeon(R)银4110CPU@2.10GHz |
intel(R)Xeon(R)银4110CPU@2.10GHz |
| 内存 |
4GBDR4 |
4GBDR4 |
| 操作系统 |
Ubuntu 18.04.1LTS |
DebianGNU/Linux9 |
| OS内核 |
inux4.1.5-45通用 |
inux内核4.9或4.4 |
| 以太网适配器 |
82545EMGigapitEthernet控制器 |
82545EMGigapitEthernet控制器 |
| 驱动程序 |
mxnet3 |
mxnet3 |
4.2流量生成器
开发流量生成器使用PF_PACKET套接字生成iLNPv6包中专用UDP,因为这种套接字提供极强方式直接访问网络设备发送数据包
17
..IPv6包带非目标选项,目标即ILNP容量主机处理ILNP6包所有生成包大小相同(76字节),生成器代码库用C和Bash写法图
2
显示生成器架构启动时它运行主sh文件,通过用户提供参数控制包生成量、类型和持续时间此外,它控制监控过程基于用户提供参数,它生成数项流程,生成面向目标UDP包
交通生成器架构
生成器有两种生成过程 生成两种不同类型的UDP数据优先表示固定源{NID,Loc}对响应服务运行目标包字段在此例常态中,生成过程简单化启动后, 过程依赖预定义包模板初始化并填充包需要的所有数据结构并输入循环依赖 PF_PACKET套接字向目标发送相同包,持续时间由主sh文件规定第二类UDP数据组中,每个生成UDP包都随机生成源NIDUDP数据组将用来仿照目标通讯员数的增加产生过程比前一种复杂得多, 我们将称之为加载过程启动后,每个加载过程初始化并填充包需要的一些数据结构接下去,它进入循环执行四种操作:生成随机源NID、填包结构、计算ILNP伪标题校验和
11
并使用PF_PACKET套接字向目标发送包
使用表中所列特征
2
生成器生成图显示流量
3
使用20先令生成过程和数异加载过程体积足以显示分析系统瓶颈
生成流量
实验期间负载过程数从0修改为10命名规范用于此工作如下:负载进程计数表示测试级指阶测试和测试前缀测试0测试零负载过程等每一轮测试持续60秒
4.3度量工具
工作重点是ILNPv6栈性能评价,收集目标内外部行为数据收集ILNP6网络栈外部行为信息
tcpdu
并
ethtool系统
使用中 。
tcpdu
记录全线交通
ethtool系统
获取网络接口控制器驱动器统计内部ILNPv6网络栈行为信息使用
跟踪cm
并
perf
.
跟踪cm
用户空间前端工具与Linux内核内建Ftrace跟踪器交互
18号
时段
perf
inux性能分析工具能轻度剖析
19号
..
4.4.4测试图层传输
运输层测试假想中目标只运行回声服务,即简单向源发送它接收到的任何数据在这一测试假设中,分两个阶段对ILNP6原型传输层进行了评价。在每个阶段都进行了11次测试以达到阶段目标第一阶段的目标是测量ILCC规模、延迟内核加法和包服务率和下降率,而第二阶段的目标是执行目标操作系统剖析以深入了解生成UDP对ILNPv6栈性能的影响
完成11项测试启动测试0结束测试10测试0中,只有第一类UDP包从源发送目标测试用于为每个原型确定基准性能第二类UDP数据组百分比从测试0的0%逐步上升至测试10的34%此外,源平均发布UDP包数随着测试进展而增加,从测试0时每秒1 280包开始,到测试10时每秒结束1940包数图
3
.
测试第一阶段
跟踪cmd
跟踪执行时间
udpv6sendmsg
运输层内核函数
函数绘图
追踪器跟踪器能追踪追踪函数及其子孙的出入口此外,还收集NIC驱动数据
二级测试对目标进行了三级剖析第二级全系统监控系统总体负载二级系统覆盖全系统并亮出目标系统三大构件之间的负载分布:用户空间、内核空间和测试期间NIC驱动三级剖析工作在内核内完成为了澄清内核函数中负载分布,我们将这些函数划分为两组:第一类包括ILCC函数,其余内核函数位于第二组中
4.5网络图层测试搭建
网络层测试分两个阶段进行,每个阶段由11次测试组成进行测试是为了证明安全风险和性能下降,因为ILNP容量主机采用新的ILCC分录仅基于纯网络层决策
测试场景中目标闲置而没有任何运行服务宿主处于此状态并接收UDP包时,RFC1122中讲到
20码
生成互联网控制消息协议地址不可调用电文代码3(港不可调用),因为指定的运输协议无法解析数据格并没有任何协议机制通知发送者计及前主机需求后, 本评价调查两位原型处理二类UDP数据组的方式, 由恶意或窃听主机生成并研究这类流量的影响
前面描述的交通生成器用于网络层测试图
3
显示生成的两种类型流量网络层测试中只生成二类UDP包测试0表示源端闲置状态从测试1开始,生成流量为每秒65包之后发送包数增加为Test2时每秒125包发送包数逐步增加随测试进度持续到Test10时每秒达660包
第一阶段测试前段显示的工具板用于监控ILNP6网络栈的内外部行为测试期间
跟踪cmd使用
跟踪执行时间
ip6_input_finish
网络层内核函数
函数绘图
追踪器如前所述,该跟踪器可追踪追踪函数及其子孙的出入口函数之所以选择此函数,是因为它是Linux内核接收路径中最后一层IP函数,它剖析包目的地选项扩展头包括nce选项此外,原型处理非ce选项并执行ILCC查找和内务管理
二级测试专门用于剖析目标内核,而二级测试则用于说明内核函数中负载分布函数划分为二组:第一类包括ILCC函数,其余内核函数居第二组
4.6.图解
所有图表示两个测试假想中目标方方面面的测量第一种假想是运输层假想,第二种假想是网络层假想每种假想都包含两个阶段,每个阶段有11项测试在每个假想中,每个阶段都进行同样的11次测试每一阶段的每一次测试重复十次以获取更准确结果并排除边际值后,平均值通过汇总结果获取基于此,图解测试方位平均值为同项测试十迭代值,除非另有说明。标准偏差显示错误栏
5级结果分析
在此,我们展示从采集外部和内部目标行为中获取的结果使用性能测量如下
ILCC大小:测试时测得ILCC目标大小接近零值更好零理想
内核悬浮度:内核增加延时值在网络和运输层均按目标测量低值比较好
分包服务率和下降率:测量目标上服务数和投包数服务速率值接近提供负载效果更好低下降率优于零理想
并展示目标系统剖面图以洞察生成流量的影响
5.1.ILCC大小
下节介绍ILCC测试尺寸测量,作为理解ILNP栈性能效果的第一步
5.1.1.运输层测试
内核保值固定ILCC零入测试依据所采用的策略,原因是两端数据交换不包括连接端,所以没有必要在ILCC内创建记录为交换服务,而在无策略内,ILCC在Test0保持固定大小单项但在其余测试中,并随着二类UDP数据克的出现,ILCC规模随着仿用通讯员数的线性增长图
4
显示内核测试时ILCC大小图中显示
4
目标开发ILCC尺寸的上限第一次测试达到临界值为Test7,所有后续测试都这样做了值得一提的是图
4
不包括ILCC所有测试增长曲线以保持图清晰度深入调查ILCC上限时,对不同目标硬件规范进行了同样的测试观察显示,ILCC尺寸上限与可用硬件资源密切相关,不同的硬件资源有不同的阈值。
ILCC比运输层测试增长
5.1.2.网络图层测试
II型UDP包对ILCC内核策略没有任何效果内核保留空ILCC因此,策略决定不为这些包添加ILCC项
目标闲置,无策略内核维护测试0空ILCC并存二类UDP数据组后, ILCC规模直线式增长,尽管缺少UDP插件为这些包服务与前一节结果一致,目标为ILCC大小约15k项开发上限值图
5
显示内核ILCC增长,对部分测试没有策略显示测试5和所有后续测试都达此阈值
ILCC网络层测试增长
5.2内核延时
网络栈对宿主级有延时效果ILNP栈虽然ILCC基础组件,但该栈应优化避免ILCC职责内不必要的延迟即ILCC大小查找成本,ILNP网络栈应仔细决定ILCC中应采用哪些条目来减少延迟性,同时保持实现目标的能力深入理解ILCC大小对ILNP栈性能的影响,下节介绍两个原型为测试引入的延迟度
5.2.1.运输层测试
图
6
显示平均延迟度随二维DP数据组的增加而变化性能基线测试(Test0)中,两个内核均保持相同的延迟度后期测试中 内核与策略几乎保留 相同的延迟此外,该内核的延值通常在每次测试时分布,标准偏差极低内核无保值显示测试进展后延时增加从测试1开始,内核长尾延概率分布并有相当大的标准偏差
平均运输层延缓
5.2.2.2网络图层测试
图
7
显示平均延迟度随测试进度对内核变化目标闲置网络层测试发现二类UDP流量严重影响内核网络层无策略性能基线测试(Tego0)预期两个内核都引出网络层零嵌入在随后的测试中,内核与策略几乎保留相同的延迟平均值,每次测试通常分布延迟度并极低标准偏差观察函数平均执行时间介于7
华府
秒和13.86
华府
秒所有测试内核无策略,我们观察到与以往相同行为长尾概率分布相当标准偏差内核平均函数执行时间267.75
华府
秒测试1结束1495.78
华府
秒测试10
网络层平均延时
5.3包服务率和下降率
宿主延迟与包服务率和下降率密切相关,包服务率和下降率见下节
5.3.1运输层测试
加固内核无保值后,测试包处理率下降图中显示
8
内核中受服务回声请求平均百分比下降至低于Test9和Test10总回声请求的50%除前文所述外,内核保值稳定服务率等于回声请求抵达率,这与其显示的延时耐用性一致。
平均响应请求百分比
包下降率是评价中另一个受监控方面每一次测试都从NIC驱动器获取投包数NIC报告下降的原因是环形缓冲区满载,所以新包没有可编解码器表示测试时,在某些点上包运抵率大于内核重开包描述器速率这种行为与先前测量传输层延时率和包服务率相容
图
九九
显示投包平均百分比对内核测试内核保值恒定服务率在所有测试中无包下降,而在内核无保值中,当包服务率比测试下降时,它经历包增下降自测试7开始平均投包百分数超过50%图
10
使用以澄清观察下降模式 一些测试内核无策略图式测试被选为有代表性实例,因为其他测试遵循相似模式
平均投包百分比
无策略内核投放包数
5.3.2.网络图层测试
目标闲置网络测试,没有服务率监听,只有下降率图
11
显示投包平均百分比对内核测试下载包数从NIC驱动器获取包滴出原因与前段一样全环缓冲
平均投包百分比
行为预测基于先前测量网络层嵌套图中显示,内核保单在所有测试中均无包下降,内核无保单则显示前置投包行为相同平均投包百分比从测试8开始超过25%
图
12
使用备注打包模型 一些测试内核无策略测试9和测试10内,目标卸下所有寄存包,四十四分机无法获取,尽管它不运行任何服务绘图测试被选为有代表性实例,因为其他测试遵循相似模式
无策略内核投放包数
5.4目标系统剖析
查找目标性能退化的主因,对目标内核数级剖析结果如下:
5.4.1.运输层测试
下图表示负载源导致目标运输层和整个网络栈性能下降,具体指目标无策略运行内核时图
13
显示目标负载平均百分比仅前七次测试后期测试没有实现测量,因为目标因大规模调度问题而受到影响,这使监控线无法执行任务。图显示目标逐步加载,测试使用内核无策略处理
平均百分比目标负载
图中
14
显示二级目标剖析结果用户空间和驱动器生成的负载排除,因为所有内核的值稳定化并配有策略测试和边际测试,而内核自Test3起无策略生成负载则比图中显示
14
内核无策略是目标超载源,并再次增加负载超过Test6启动目标总负载的90%
内核载荷百分比
三级目标剖析结果显示图
15
.下图没有显示第二组生成的负载(除ILCC函数外所有内核函数),因为它无关紧要。第一组函数加载量不超过全内核3%而没有基准测试策略加载量,但在后期测试中注意到这个百分比持续增加,从Test6开始,这个百分比超过90%
内核ILCC函数负载
基于前次结果,ILCC尺寸显然对运输层性能有重大影响,因而对所有网络栈都有重大影响。测试台显示冲击并导致内核无策略性能差此外,这些结果与[
15
..内核带策略通过有效控制ILCC规模成功最小化性能效果
5.4.2.网络图层测试
图
16
显示ILCC函数对无用户空间和驱动器的内核造成的负载,因为它们负载边缘并保持图可读性ILCC函数与策略内核保持稳定负载水平4.3%至5.6%总内核测试,而ILCC函数无策略内核加载负值提高从Test3开始,这些函数负载代表全部内核负载的90%以上几乎所有目标处理资源都执行内核任务,没有空间服务用户空间和NIC驱动
内核ILCC函数负载
从这些结果中可以明显看出,虽然目标没有运行任何服务,但由于它采用了基于纯网络层决策的ILCC新记录,没有对ILCC增长设置任何限制,因此它易受DOS攻击,同时考虑到在我们的情况下攻击用时不到60秒。
基于前次结果,很明显内核比内核强,没有ILCC增长政策,内核网络堆栈延迟加插网络层,包滴和高压由内核函数处理ILCC运算产生
6级结论
这项工作详细研究ILNPv6栈在不同网络栈层的影响测试ILNPV6原型实现过程 并展示处理UDP不同类型交通方式这些原型之间的关键差点之一是ILCC管理策略第一原型由StAndrews大学介绍,而另一原型则由我们开发
内核网络堆栈网络网络网络分层、包服务率和下降率以及内核函数处理ILCC操作产生的间接费测量结果表明St Andrews原型体验不受控ILCC增长,这是ILCC采样策略的正常结果因此,从网络栈延时率、服务率、下降率和系统负载方面看,原型性能严重退化运行此原型的主机易受DOS攻击,而原型则通过仔细判定ILCC采行哪个项,有效控制ILCC大小,因此在所有测量方面都优于St Andrews原型
此外,结果显示,引入策略是一种有希望的新技巧,通过避免ILNP6职责内不必要的延迟,提高UDP对ILNPV6通信的延时性能因此,我们建议在协议描述内修改这一策略,不留ILCC管理为工程考量,由实施者决定
首次对原型和ILCC策略作综合性能评价,应进一步研究各种假想并与其他运输层协议整合未来工作时,我们计划研究ILCC生长对传输控制协议和宿主移动效果
数据可用性
未使用数据支持此项研究
利益冲突
作者声明他们没有利益冲突
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