Implementazione di un simulatore di latenza per test resilienza e failover reti industriali

Abstract

Il testing avanzato dei sistemi di failover di rete in ambito aziendale e industriale è un problema sensibile in quanto le soluzioni tradizionali si limitano ad reagire solo in caso di indisponibilità totale di un Internet Service Provider. In contesti produttivi ad alta criticità l'approccio tradizionale risulta insufficiente poiché non si considerano condizioni di degrado progressivo delle prestazioni di rete, come aumento della latenza, perdita o riordinamento dei pacchetti, o jitter. Si rende quindi necessaria la progettazione e realizzazione di un perturbatore di rete in grado di simulare in modo controllato anomalie realistiche del traffico, consentendo la validazione di sistemi di failover automatici e intelligenti basati su soglie di qualità del servizio. A tal fine è stata condotta una business analysis comprendente lo studio delle migliori tecnologie disponibili, lo sviluppo di un Proof-of-Concept funzionante e la definizione di diverse batterie di test in reti SOHO e in ambienti in pre-produzione per verificarne l'applicabilità in scenari reali. La soluzione proposta si basa sul sistema operativo Linux Ubuntu Server, sfruttando lo strumento tc/netem per l'emulazione delle perturbazioni di rete. Il Proof-of-Concept è stato validato tramite test condotti su una rete secondaria, mentre la fase di test in pre-produzione è stata formalizzata sotto forma di piano teorico. A complemento del lavoro è stato sviluppato uno script bash per ridurre la complessità operativa e la verbosità dell'utilizzo del PoC. E' stata inoltre studiata la possibile migrazione dell'architettura del PoC verso soluzioni basate su ARM, più efficienti dal punto di vista energetico. I risultati ottenuti mostrano come l'approccio proposto rappresenti una soluzione efficace, flessibile e integrabile per incrementare la resilienza delle infrastrutture di rete di dati aziendali.

Advanced testing of network failover systems in corporate and industrial environments is a sensitive issue, as traditional solutions are limited to reacting only in cases of total unavailability of an Internet Service Provider. In highly critical production contexts, the traditional approach proves insufficient because it does not take into account conditions of progressive network performance degradation, such as increased latency, packet loss or reordering, and jitter. It is therefore necessary to design and implement a network impairment device capable of realistically and controllably simulating traffic anomalies, enabling the validation of automatic and intelligent failover systems based on Quality of Service thresholds. To this end, a business analysis was conducted, including the study of the best available technologies, the development of a working Proof of Concept, and the definition of several test suites in SOHO networks and pre-production environments to verify applicability in real-world scenarios. The proposed solution is based on the Linux Ubuntu Server operating system and leverages the tc/netem tool for network impairment emulation. The Proof of Concept was validated through tests performed on a secondary network, while the pre-production testing phase was formalized as a theoretical test plan. As a complement to the work, a Bash script was developed to reduce operational complexity and verbosity in the use of the Proof of Concept. The possible migration of the PoC architecture toward ARM-based solutions, which are more energy-efficient, was also investigated. The results obtained show that the proposed approach represents an effective, flexible, and integrable solution for increasing the resilience of corporate data network infrastructures.