|
|
Сети и телекоммуникации доклад. Сети и телекоммуникации КМ-4.Доклад. Методы определения максимально возможной пропускной способности соединения протокола tcp
Министерство образования и науки Российской Федерации
(МИНОБРНАУКИ РОССИИ)
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт дистанционного и дополнительного образования (ИДДО)
Направление 09.03.01. “Информатика и вычислительная техника”
Доклад на тему:
«Методы определения максимально возможной пропускной способности соединения протокола TCP»
по дисциплине
«Сети и телекоммуникации»
Выполнил: студент II курса группы ИДзс25-21 Исаев Леонид Олегович
Москва 2022
Содержание
Введениe_____3
Оценка пропускной способности TCP____4
Заключение____8
Введение
TCP функционирует уже в течение многих лет и по SLIP каналам со скоростью 1200 бит в секунду и по Ethernet. В 80-х и начале 90-х годов Ethernet был основным типом канального уровня для TCP/IP. Несмотря на то, что TCP корректно работает на скоростях больших, чем предоставляемые Ethernet (телефонные линии T3, FDDI и гигабитные сети, например), на повышенных скоростях начинают сказываться некоторые ограничения TCP.
Измерение таких метрик как доступная ширина полосы пропускания и загруженность канала позволяет предсказывать результирующую производительность сетевого приложения, производить динамический выбор маршрута, а также находит применение во многих других областях сетевых технологий. Метрика пропускной способности – одна из важнейших метрик для таких приложений как grid–вычисления, видео- и аудиопотоки, маршрутизация, пиринговые сети и многих других. Различные интернет приложения реального времени, в первую очередь, передача голосовой и видео информации становятся все более и более популярными, однако для их качественной передачи требуются высокоскоростные сети. Основными факторами, определяющими качество изображения, являются: качество оборудования (кодека и видеосервера) и доступная полоса канала. Операторы и их заказчики должны обеспечивать требуемую полосу пропускания для приложений голоса и видео, чтобы гарантировать присутствие требуемых ресурсов на сети. Метрики, в наибольшей степени характеризующие канал это ширина полосы пропускания канала (C, capacity) и доступная ширина полосы пропускания Bav. Ширина полосы пропускания канала, C – максимальная пропускная способность IP-уровня, которую может обеспечить маршрут потоку, при условии не загруженности маршрута другими потоками. Доступная ширина полосы пропускания – это пропускная способность IP-уровня, которую может обеспечить маршрут потоку в загруженном другими потоками состоянии.
Оценка пропускной способности TCP
Следует выделить два наиболее важных фактора для успешной передачи данных по протоколу TCP:
1.размер TCP-окна — количество байт, которое одна из сторон готова принять без подтверждения;
2.круговая задержка (латентность) передачи-приема — время, затраченное на отправку пакета и подтверждение его доставки.
Если вы знаете оба этих показателя, то с легкостью рассчитаете максимально возможную пропускную способность между двумя хостами вне зависимости от ширины полосы пропускания.
Формула расчета пропускной способности TCP:
Пропускная способность TCP (бит/с) = Размер TCP-окна (бит) / Круговая латентность (с)
Разберем на примере: имеется гигабитный Ethernet-канал между серверами с круговой задержкой 30 мс. Необходимо отправить большой файл с одного сервера на другой сервер по протоколу FTP. На какую реальную пропускную способность можно рассчитывать?
Сначала необходимо перевести размер TCP-окна из байтов в биты. В данном случае будет задействовано стандартное TCP-окно Windows-машины размером 64 КБ = 65 536 Б = 65 536 * 8 = 524 288 бит.
Затем необходимо взять размер TCP-окна в битах и разделить его на круговую латентность канала, выраженную в секундах. Для целей данных расчетов 30 мс превращается в 0.030 с.
Максимальная пропускная способность TCP = 524 288 бит / 0.030 с = 17 476 266 бит/с = 17.4 Мбит/с
Таким образом , несмотря на тот факт, что между двумя серверами имеется гигабитная Ethernet-связь, при передаче файлов нельзя рассчитывать более чем на 17 Мбит/с. Как можно сделать сеть быстрее ? Ответ очевиден: увеличить размер TCP-окна и/или сократить задержку сигнала.
Для того чтобы согласовать больший размер TCP-окна, требуется индивидуальная ручная настройка каждого сервера. Это, в свою очередь, приводит к следующему вопросу: какой размер TCP-окна можно считать оптимальным? Чтобы выяснить это, необходимо провести обратные вычисления, опираясь на ширину полосы пропускания.
Формула для расчета оптимального размера TCP-окна:
Размер TCP-окна (байт) = Размер TCP-окна (бит) / 8 = Пропускная способность (бит/с) * Круговая латентность (с) / 8
В вышеобозначенном примере для гигабитного Ethernet-маршрута между серверами с круговой задержкой 30 мс, получается следующее значение:
1 000 000 000 бит/с * 0.030 с = 30 000 000 бит / 8 = 3 750 000 байтов.
Иными словами, если сконфигурировать оба сервера на TCP-окно в 3 750 КБ, FTP-соединение полностью заполнит полосу пропускания и достигнет пропускной способности в 1 Гбит/с. Но следует знать, что увеличение размера TCP-окна имеет свои недостатки.
Во-первых, это потребует больше памяти для буферизации серверов, которая необходима для хранения неподтвержденных данных на случай их повторной отправки.
Во-вторых, увеличенный размер TCP-окна может повлечь за собой большее количество потерянных пакетов, которые, в свою очередь, требуют повторной передачи всего окна. Это может негативно сказаться на производительности. Для решения этой проблемы в стеке TCP/IP сервера может быть активирована опция «выборочные подтверждения», которая по умолчанию выключена.
Один из вариантов решения проблемы — размещение WAN-акселераторов — ускорителей глобальной сети на каждом конце линии. Они:
1.Открывают увеличенное TCP-окно;
2.Предоставляют возможность тонкой оптимизации протокола TCP (например, выборочные подтверждения только между акселераторами);
3.Не требуют специальной настройки серверов или дополнительной буферной памяти;
4.Могут использовать особые функции прикладного уровня модели OSI (Layer 7 — доступ к сетевым службам) для сокращения круговой задержки.
Латентность
Оптимальный способ оптимизации, опять же, заключается в установке WAN-ускорителя на каждом конце линии, который передает полученные TCP-пакеты локальному серверу, тем самым «обманывая» его на предмет реальной скорости трансфера данных. Локальный сервер принимает моментальные подтверждения ускорителя вместо того, чтобы ждать заторможенный отклик удаленного сервера. Это избавляет нас от необходимости корректировки размера TCP-окна на самих серверах.
Пара WAAS-устройств используют увеличенный размер TCP-окна и выборочные подтверждения на всем участке линии между ними.
Кроме того, WAAS эффективно очищают TCP-поток от избыточных резервных данных, обеспечивая чрезвычайно высокий уровень компрессии (сжатия). Каждый акселератор запоминает ранее просмотренные данные. Если дублирующий фрагмент возникает повторно, он удаляется и заменяется крошечной 2-байтовой меткой. Эта миниатюрная метка распознается удаленным ускорителем, который вставляет вместо нее оригинальный фрагмент данных перед отправкой трафика на локальный сервер.
Подтвержденный на практике результат оптимизации — более высокая пропускная способность линии между серверами без какой - либо специальной TCP-настройки локальных серверов.
Формула для расчета максимальной допустимой задержки для заданной пропускной способности
Пример. На участке между двумя удаленными серверами необходимо гарантировать пропускную способность FTP 10 Гбит/с, используя стандартный размер TCP-окна (64 КБ). Какая максимальная задержка сигнала допустима?
Круговая латентность (мс) = Размер TCP-окна (бит) / Требуемая пропускная способность (бит/с)
524 288 бит / 10 000 000 000 бит/с = 52.4 микросекунды
Расширение пропускной способности и надежности телекоммуникационных каналов делает актуальной совершенствование протоколов. Так как TCP является основным транспортным протоколом, попытки усовершенствовать его предпринимаются, начиная с 1992 года (RFC-1323, Якобсон, Браден и Борман). Целью этих усовершенствований служит повышение эффективности и пропускной способности канала, а также обеспечение безопасности. При этом рассматриваются следующие возможности:
1.Увеличение MTU (максимальный передаваемый блок данных);
2.Расширение окна за пределы 65535 байт;
3.Исключение "трехсегментного" процесса установления связи и "четырехсегментного" ее прерывания (T/TCP, RFC-1644);
4.Совершенствование механизма измерения RTT.
5.Оптимизация отслеживания CWND.
Оптимальный выбор MTU позволяет минимизировать или исключить фрагментацию (и последующую сборку) сегментов. Верхняя граница на MTU налагается значением MSS (максимальный размер сегмента). Разумно находить и запоминать оптимальные значения MTU для каждого конкретного маршрута.
Размер TCP-окна определяется произведением полосы канала (в бит/с) на RTT в сек .Для Ethernet c полосой 10 Мбит/с и RTT=3 мсек - это произведение равно 3750 байт, а для канала ИТЭФ-ДЕЗИ с пропускной способностью 1,5 Мбит/с и RTT=710 мсек (спутник) - 88750 байт, а это отнюдь не предел современной телекоммуникационной технологии. Но уже эти примеры говорят о том, что максимально возможный размер окна должен быть увеличен в раз 10-100 уже сегодня. Протокол же разрешает 65535 байт. Появление столь мощных каналов порождает и другие проблемы - потеря пакетов в них обходится слишком дорого, так как "медленный старт" и другие связанные с этим издержки сильно снижают пропускную способность. В последнее время алгоритм медленного старта заменяется более эффективными алгоритмами.
Простое увеличение ширины окна до тех пор, пока не произойдет сбой, плохая стратегия при использовании традиционного медленного старта, так как заметную часть времени ширина окна будет неоптимальной - то слишком большой, то слишком малой. Оптимальная стратегия должна включать в себя прогнозирование оптимальной ширины окна. В новых версиях модулей TCP реализуются именно такие алгоритмы. В 1994 году Бракмо предложил вариант стратегии изменения параметров передачи, который на 40-70% повышает пропускную способность TCP-канала.
Заключение
Определение транспортного MTU позволяет TCP использовать окна больше, чем окно по умолчанию равное 536, для нелокальных соединений, когда транспортный MTU больше. Это может улучшить производительность.
Опция масштабирования окна воспринимает максимальный размер TCP окна от 65535 байт до сверх 1 гигабайта. Опция временной марки позволяет аккуратно засечь время для нескольких сегментов и также позволяет получателю предоставить защиту против перехода номера последовательности через 0 (PAWS). Это очень важно для высокоскоростных соединений. Эти новые опции TCP обсуждаются хостами при установлении соединения и игнорируются более старыми системами, которые не понимают их, позволяя более новым системам нормально функционировать с более старыми системами.
Также нужно помнить что максимальная скорость отдельного TCP соединения определяется различными факторами:
— максимальная пропускная способность самого медленного участка пути,
— время между отправкой запроса и получением ответа (RTT),
— большинство задержек на больших расстояниях вызваны скоростью света в волокне ( 200 км/мс),
— дополнительные задержки могут возникнуть в момент перегрузки сети или устройства (сервер, рутер, пк),
— автоматическое понижение скорости при обнаружении потерь пакетов (стандартный механизм TCP предотвращения перегрузок),
— отсутствие других негативных эффектов (минимальное количество ошибок битов на физическом уровне (Bit Error Rate<10^-8),
— исправность сетевой карты и корректная работа драйвера),
— один физический линк может нести множество одновременных TCP соединений, |
|
|
Скачать 28.76 Kb.