|
|
Компьютерные сети. Принц, техн, прот 1-303. Книга переведена на английский, испанский, китайский и португальский языки
JNN-1 ’
Очевидно, что если все задержки di равны между собой, то вариация отсутствует, что подтверждают приведенные формулы – в этом случае D= diViJ = 0;
коэффициент вариации (CV) – это безразмерная величина, которая равна отношению стандартного отклонения к среднему значению оцениваемой величины:
CV=^
.
D
Коэффициент вариации характеризует оцениваемую величину без привязки к ее абсолютным значениям. Так, идеальный равномерный поток пакетов всегда будет обладать нулевым значением коэффициента вариации задержки пакета. Коэффициент вариации задержки пакета, равный 1, означает пульсирующий трафик, так как средние отклонения интервалов от некоторого среднего периода следования пакетов равны этому периоду;
□ квантиль (процентиль) - это значение оцениваемой величины, делящее ранжированную выборку на две части так, что процент замеров, значения которых меньше или равны значению квантиля, равен некоторому заданному уровню. В этом определении фигурируют два числа: заранее заданный процент и найденное по нему и замерам выборки значение квантиля. Нетрудно заметить, что 50-процентный квантиль равен медиане. Для оценки характеристик сети обычно используют квантили с достаточно большим значением процента, например, 99-процентные квантили, которые дают возможность судить о наиболее вероятных значениях характеристик.
Статистические методы применяются к различным характеристикам производительности сети – скорости передачи данных, задержкам, времени ожидания в буфере, времени коммутации, количеству потерянных пакетов и др., так как все они являются случайными величинами.
Последовательность замеров рекомендуется выполнять в случайные моменты времени, подчиняющиеся распределению Пуассона. Такой порядок выбора времени замеров позволяет избежать возможной синхронизации измерений с любыми периодическими флюктуациями в поведении сети, так как подобная синхронизация может существенно исказить наблюдаемую картину.
Активные и пассивные измерения в сети
Чтобы оценить некоторую характеристику производительности сети, необходимо провести определенные измерения на последовательности пакетов, поступающих на некоторый интерфейс сетевого устройства. Существует два типа измерений в сети: активные и пассивные.
Активные измерения основаны на генерации в узле-источнике специальных «измерительных» пакетов. Эти пакеты должны пройти через сеть тем же путем, что и пакеты, характеристики которых мы собираемся оценивать. Измерения в узле назначения проводятся на последовательности «измерительных» пакетов.
Рисунок 5.4 иллюстрирует идею активных измерений. Допустим, требуется измерить задержки пакетов, которые передаются от компьютера-клиента приложения А компьютеру- серверу приложения А через сеть. Вместо того чтобы пытаться измерить задержки пакетов, генерируемых клиентским компьютером, мы устанавливаем в сети два дополнительных компьютера: сервер-генератор и сервер-измеритель. Сервер-генератор генерирует измерительные пакеты (показанные на рисунке серым цветом), сервер-измеритель – измеряет задержки этих пакетов.
Чтобы измеряемые значения были близки к значениям задержки пакетов приложения А, нужно, чтобы измерительные пакеты проходили через сеть по тому же пути, что и пакеты приложения А. В нашем примере эта цель достигается за счет подключения дополнительных компьютеров к портам тех же коммутаторов 51 и 52, к которым подключены оригинальные узлы. Кроме того, требуется, чтобы измерительные пакеты как можно больше «походили» на оригинальные пакеты – размерами, признаками, помещенными в заголовки пакетов.
Измерительные пакеты не должны генерироваться слишком часто, иначе нагрузка сети может существенно измениться, и результаты замеров будут отличаться от тех, которые были бы получены в отсутствие измерительных пакетов. Другими словами, измерения не должны менять условий работы сети. Обычно интенсивность генерации измерительных пакетов не превосходит 20-50 пакетов в секунду.
Возникает естественный вопрос: зачем нужно решать столько лишних проблем: размещать дополнительное оборудование, создавать условия для измерительных пакетов, близкие к условиям обработки оригинальных пакетов, и в то же время стараться не изменить нагрузку сети? Не проще ли измерять параметры реальных пакетов? Ответ заключается в том, что активная схема упрощает процесс проведения измерений и позволяет добиться их высокой точности.
Во-первых, так как сервер-генератор создает специальные пакеты, предназначенные для измерений, он легко может поместить в них служебную информацию, например, времен- нг/ю отметку (time-stamp) отправки пакета, с тем чтобы сервер-измеритель использовал ее для вычисления времени задержки.
Во-вторых, для того чтобы измерения задержки были точными, нужна хорошая синхронизация сервера-генератора и сервера-измерителя. Поскольку в схеме активных измерений они представляют собой специальные узлы, такой синхронизации добиться проще, чем в случае синхронизации клиентской и серверной частей приложения Л, которые чаще всего установлены на обычных компьютерах.
В-третьих, иногда у инженеров, проводящих измерения, просто нет доступа к компьютерам, на которых работают приложения, чтобы установить там программное обеспечение для требуемых измерений.
В-четвертых, если такой доступ и существует, то операционные системы клиента и сервера, как и их аппаратная платформа, скорее всего, не оптимизированы для точных измерений временных интервалов, а значит, вносят большие искажения в результаты (например, за счет задержек программы измерений в очереди к центральному процессору).
Однако преимущества активной схемы измерений не являются абсолютными. В некоторых ситуациях более предпочтительной является схема пассивных измерений.
Пассивные измерения основаны на измерениях характеристик реального трафика (рис. 5.5).
Приводя аргументы в пользу схемы активных измерений, мы, в сущности, описали проблемы, которые приходится решать при использовании схемы пассивных измерений: сложности синхронизации клиента и сервера, дополнительные и неопределенные задержки, вносимые универсальными мультипрограммными операционными системами этих компьютеров, отсутствие в заголовке используемых приложением пакетов поля для переноса по сети временной отметки.
Частично эти проблемы решаются за счет применения отдельного сервера-измерителя. Этот сервер принимает тот же поток пакетов, что и один из узлов, участвующий в обмене пакетами (на рисунке показан случай, когда сервер-измеритель ставится в параллель с сервером приложения Л). Чтобы сервер-измеритель получал тот же входной поток пакетов, что и оригинальный узел, обычно прибегают к дублированию измеряемого трафика на порт, к которому подключен сервер-измеритель. Такую функцию, называемую зеркали- зацией портов, поддерживают многие коммутаторы локальных сетей. Сервер-измеритель может работать под управлением специализированной операционной системы, оптимизированной для выполнения точных измерений временных интервалов.
Сложнее решить проблему синхронизации. Некоторые протоколы переносят временные отметки в своих служебных полях, так что если, например, приложение А использует такой протокол, то часть проблемы решается. Однако и в этом случае остается открытым вопрос о точности системного времени в компьютере клиента приложения Л; скорее всего, эта точность невысока. Поэтому в пассивном режиме измеряют те характеристики, которые не требуют синхронизации передатчика и приемника, например, оценивают долю потерянных пакетов. Возможным вариантом пассивной схемы измерений является отсутствие выделенного сервера-измерителя. Некоторые приложения сами выполняют измерения задержек поступающих пакетов, например, такими функциями обладают многие приложения 1Р-телефонии и видеоконференций, так как информация о задержках пакетов помогает определить возможную причину неудовлетворительного качества работы приложения.
Характеристики задержек пакетов
Для оценки производительности сети используются различные характеристики задержек, в том числе:
односторонняя задержка пакетов;
вариация задержки пакета;
время реакции сети;
время оборота пакета.
Единичное значение односторонней задержки пакета (One-Way Delay Metric, OWD) определенного типа – это интервал времени между моментом помещения в исходящую линию связи первого бита пакета узлом-отправителем и моментом приема последнего бита пакета с входящей линии связи узла-получателя.
Под определенным типом пакета понимается пакет, который имеет некоторый заранее определенный набор признаков; ими могут быть, например, размер пакета, тип приложения, сгенерировавшего пакет, тип протокола транспортного уровня, который доставил пакет, а также некоторые другие.
Так как в этом определении учитывается время буферизации (сериализации) пакета узлом-получателем, то задержка зависит от размера пакета, и для получения сопоставимых результатов желательно в определении типа пакетов задавать определенный размер пакета. Определение времени задержки с учетом буферизации упрощает измерение времени прихода пакета, так как программно его можно измерить только после завершения записи всего пакета в буфер операционной системы. Кроме того, при получении только одного первого бита пакета невозможно понять, относится ли пакет к интересующему типу.
Для некоторых приложений очень важна вариация задержки пакета, которую также называют джиттером (jitter). Так, при воспроизведении видеоклипа сама по себе задержка не очень существенна, например, если все пакеты задерживаются ровно на десять секунд, то качество воспроизведения не пострадает, а тот факт, что картинка появляется чуть позже, чем ее отослал сервер, даже не будет замечен пользователем (хотя в интерактивных видеоприложениях, таких как видеоконференции, подобная задержка будет, конечно, уже ощутимо раздражать). А вот если задержки постоянно изменяются в пределах от нуля до 10 секунд, то качество воспроизведения клипа заметно ухудшится, и для компенсации таких переменных задержек нужна предварительная буферизация поступающих пакетов в течение времени, превышающего вариацию задержки.
Единичное значение вариации задержки определяется стандартом как разность односторонних задержек для пары пакетов определенного типа, полученных на интервале измерений Т.
Как и для односторонней задержки, тип пакета может задаваться любыми признаками, при этом размеры обоих пакетов должны быть одинаковыми. Выбор пары пакетов на интервале измерения Т должен осуществляться в соответствии с некоторым заранее принятым правилом. Например, пары могут образовываться из всех последовательных пакетов, полученных на интервале; другим примером является выбор пакетов с определенными номерами в последовательности полученных пакетов, например, пакетов с номерами 1,5, 10, 15 и т. д.
времени подготовки запросов на клиентском компьютере
времени передачи запросов между клиентом и сервером через сеть (tcemby
времени обработки запросов на сервере (tcepeepy
времени передачи ответов от сервера клиенту через сеть (снова tC€mb)',
времени обработки получаемых от сервера ответов на клиентском компьютере (Го«ент2)-
Время реакции сети характеризует сеть в целом, в том числе качество работы аппаратного и программного обеспечения серверов. Чтобы отдельно оценить транспортные возможности сети, используется другая характеристика – время оборота данных по сети.
Время оборота пакета (Round Trip Time, RTT) определяется как интервал времени между отправкой первого бита пакета определенного типа узлом-отправителем узлу-получателю и получением последнего бита этого пакета узлом-отправителем после того, как пакет был получен узлом-получателем и отправлен обратно.
Время оборота пакета является составляющей времени реакции сети – это «чистое» время транспортировки данных от узла отправителя до узла назначения и обратно без учета времени, затраченного узлом назначения на подготовку ответа:
RTT = 2 X tcemb.
RTT является удобной для измерений характеристикой, так как для ее получения не требуется синхронизация узла-отправителя и узла-получателя: узел-отправитель ставит временную отметку на отправляемый пакет, а затем по прибытии его от узла-получателя сравнивает эту отметку со своим текущим системным временем. Однако информативность времени оборота меньше, чем односторонней задержки, так как информация о задержке в каждом направлении теряется, а это может затруднить поиск проблемного пути в сети. Для каждой из рассмотренных здесь характеристик, как правило, вычисляются их статистические оценки - максимальные, минимальные и средние значения, медианы, квантили и др.
Характеристики скорости передачи
Скорость передачи данных (information rate) измеряется на каком-либо промежутке времени и вычисляется как частное от деления объема переданных за этот период данных на продолжительность периода. Она измеряется в кадрах, пакетах, битах или байтах в секунду. Данная характеристика всегда по определению является средней скоростью передачи данных. Однако в зависимости от величины интервала, на котором измеряется скорость, для этой характеристики традиционно используется одно из двух наименований: средняя или мгновенная скорость.
Средняя скорость передачи данных (Sustained Information Rate, SIR) – это среднесрочная характеристика. Она определяется на относительно большом периоде времени, достаточном, чтобы можно было говорить об устойчивом поведении такой случайной величины, которой является скорость. Средняя скорость должна использоваться в паре с параметром, оговаривающим период контроля (период измерения) этой величины, например 10 секунд. Это означает, что скорость информационного потока вычисляется каждые 10 секунд. Если бы такие контрольные измерения не проводились, то это лишило бы пользователя возможности предъявлять претензии поставщику в некоторых конфликтных ситуациях. Например, если поставщик в один из дней месяца вообще не будет передавать пользовательский трафик, а в остальные дни разрешит пользователю превышать оговоренный предел, то средняя скорость за месяц окажется в норме. В этой ситуации только регулярный контроль скорости поможет пользователю отстоять свои права.
Мгновенная скорость передачи данных (Instantaneous Information Rate, HR) – это краткосрочная характеристика, равная средней скорости на очень коротком интервале времени. Мгновенная скорость, измеренная на интервале передачи пакета, равна битовой скорости протокола физического уровня (например, для пакета стандарта 1 Gigabit Ethernet она равна 1 Гбит/с) и равна нулю в интервалах между передачами пакетов. Все пакеты, передаваемые по каналам связи одного и того же стандарта, имеют одну и ту же мгновенную скорость. Эта скорость – постоянная величина, она не зависит ни от объема пакета, ни от характеристик потока, к которому он относится; не может быть ни уменьшена, ни увеличена.
|
|
|
Скачать 5.49 Mb.