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Theses Year : 2011

Application Level Performance in Wired and Wireless Environments

Peformances de Niveau Applicatif en Environnement Filaire et sans Fil

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Abstract

The interest in traffic measurement and analysis has increased tremendously and provides us with new ways to understand, operate and improve network performance. The heterogeneity of the Internet is constantly increasing, with new access technologies, new client devices and with more and more services and applications. On the other hand, the interest of the research community to measure enterprise network performance has grown, due to a complexity that sometimes rivals Internet. These subjects, of crucial importance for service providers, network managers and companies have already received substantial attention in the research community. Despite these efforts, a number of issues still remain unsolved. This thesis is concerned with TCP traffic, which carries the large majority of the Internet's traffic. While analyzing the performance of TCP transfers, we focused on the connections that correspond to valid and complete transfers, from the TCP perspective. The present work consists of three parts dealing with various aspects of the challenging task of, revisiting TCP performance, performance study and anomaly detection. In the first part, we revisit most important works and discuss problems faced when we studied TCP performance. We present an overview of the impact of the application, on the TCP transfers. We show that while losses can have a detrimental impact on short TCP transfers, the application significantly affects the transfer time of almost all short and even long flows. In this part we show that measurements from passively collected traces can be biased by specific technologies implemented in Cellular networks to boost performance and control users activity. In the second part, we compare the performance of Cellular, FTTH and ADSL accesses with traces collected on access networks under the control of the same ISP. We shows that a study of classical performance parameters does not lead to a full understanding of client perceived throughput. Then, we propose and validate a method that drills down into the data transfer of each well-behaved connection. The Data time break-down approach automatically extracts the application, access, server and client behavior impacts from passively observed TCP transfers. It also groups together, with an appropriate clustering algorithm, the transfers that have experienced similar performance over different access technologies. We then characterize some salient aspects of analyzing enterprise traffic and we provide an overview of problems. In the last part, we focus on the issue of profiling anomalous TCP connections that are defined as functionally correct TCP connections but with abnormal performance. Our method enables to pinpoint the root cause of the performance problem, which can be either losses or some idle times during data preparation or transfer. We apply this methodology to several traces corresponding to Internet and enterprise traffic. We demonstrate the existence of specific strategies to recover from losses on Cellular networks that seem more efficient than what is done currently in wired networks.
L'intérêt pour l'analyse passive de traces a considérablement augmenté, nous offrant de nouvelles approches pour analyser et améliorer les performances réseaux. L'hétérogénéité d'Internet est en constante évolution : nouvelles technologies d'accès, des clients avec mobiles et toujours de plus en plus de services et d'applications. D'autre part, l'intérêt pour la mesure de performance des réseaux d'entreprises ne cesse de se développer. Ces sujets sont d'une importance cruciale pour les fournisseurs de services Internet, gestionnaires de réseaux et des entreprises, puisqu'ils ont déjà reçu une attention considérable de la part de la communauté de recherche. Malgré ces efforts, un certain nombre de questions reste ouvert. Dans cette thèse on traite le trafic TCP, qui représente la majorité des flux Internet. Lors de cette analyse, nous nous concentrons sur les connexions complètes, du point de vue TCP. Le présent travail se compose de trois parties traitant différent aspects sur les approches actuelles d'analyse de performances de TCP, l'étude des performances et la détection d'anomalies de niveau applicatif. Dans la première partie, nous présentons les travaux les plus importants, les traces réseaux sur lesquelles nous nous sommes basé ainsi que les problèmes rencontrés lors de l'étude des performances de TCP au niveau applicatif. Nous présentons un premier aperçu de l'impact de l'application sur les transferts TCP. Nous démontrons que si les pertes peuvent avoir un impact négatif sur les petits transferts TCP, l'application affecte de manière significative le temps de transfert de la majorité des flux. Dans cette partie, nous démontrons que certaines mesures peuvent être biaisées par des technologies spécifiques mises en oeuvre dans les réseaux Cellulaires. Dans la seconde partie, nous comparons sur des traces passives, les performances de clients Internet, d'un même operateur sur les trafics : Cellulaires, FTTH et ADSL. Nous montrons que l'étude des paramètres classiques d'analyse de performance ne permet pas d'expliquer totalement les performances perçues par les clients. Ensuite, nous validons une approche plus fine, permettant de décomposer chaque connexion TCP, bien formée, en intervalles de temps. Notre approche de décomposition de connexion TCP permet d'extraire automatiquement l'impact du comportement de l'application, l'accès, le serveur et le client. Nous regroupons, avec des algorithmes adéquats, les transferts avec des performances similaires sur les différents types d'accès. Puis, nous proposons une caractérisation de certains aspects de l'analyse de trafic dans un reseau d'entreprise. Dans la dernière partie, nous nous concentrons sur la problématique de profilage d'anomalies sur les connexions TCP, définis comme correct mais avec des performances anormales. Notre méthode permet d'identifier la cause des problèmes de performance, qui peuvent être soit des pertes ou bien des temps perdus lors de la préparation des données ou du transfert. Nous appliquons cette approche pour le cas de plusieurs traces de trafic Internet et entreprise. Nous démontrons l'existence d'une adaptation spécifique pour la récupération sur les pertes sur le réseau Cellulaire qui semble plus efficace que sur les réseaux filaires.
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Dates and versions

pastel-00669973 , version 1 (14-02-2012)

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  • HAL Id : pastel-00669973 , version 1

Cite

Aymen Hafsaoui. Application Level Performance in Wired and Wireless Environments. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Télécom ParisTech, 2011. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00669973⟩
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