забавяне

Определение

В мрежата латентността (латентност), синоним на забавяне, е времето, необходимо за получаване на пакет от определена точка. В някои случаи времето на забавяне е времето на забавяне, което е времето между изпращането на пакет и връщането му към подателя за един цикъл. Причините за времето за забавяне на мрежовото предаване включват: предаване, времето, необходимо на пакета да пътува със скоростта на светлината между две места. Предаване: Самата среда (независимо дали е оптична, безжична или друга среда) причинява известно забавяне. Закъснението, причинено от големи пакети, често е по-дълго от времето, причинено от малки пакети. Маршрутизатори и друга обработка, всеки шлюз, възел (възел) отделят време за откриване, може да променят заглавката на пакета (например да променят броя на скокове в домейна за време на живот). Други компютри и забавяне на съхранението. Във всеки край на мрежовото предаване могат да се съхраняват малки пакети и трябва да има достъп до твърдия диск. Закъснението възниква в междинни устройства като превключватели и мостове.

За потребителите времето на забавяне, известно още като мрежово забавяне, се отнася до периода от време, от когато потребителят изпрати заявка до момента, в който отдалечената система отговори на заявката и я изпрати обратно на потребителя. За интернет, базиран на TCP/IP протокола, всяка заявка трябва да се обработва, както следва: обработка на маршрутизиране, ADU (User Data Unit) предаване в мрежата и сървърът, обработващ заявката, тези процеси ще причинят забавяне.

Забавяне на маршрута

Първо погледнете забавянето при маршрутизиране, което включва забавяне при заявка за име на домейн, забавяне при установяване на TCP връзка, забавяне при освобождаване на TCP връзка и забавяне при IP маршрутизиране на всеки шлюз. Ако потребителското приложение използва името на домейна на хоста на другата страна вместо IP адреса, забавянето, причинено от процеса на разрешаване на името на домейна на IP адреса на другата страна, трябва да бъде разрешено, преди приложната програма да комуникира, което се нарича забавяне на заявката за име на домейн. Приложната програма прехвърля името на домейна към локалния софтуер за преобразуване. Софтуерът първо търси в локалния кеш за съответното обвързване име на домейн-адрес; ако не бъде намерен, локалният резолвер създава съобщение за заявка и го изпраща до първоначалния сървър за имена на домейни (локален сървър). Сървърът за имена на домейни отговаря на съобщение с отговор според ситуацията на анализ. Резолюцията на сървъра за имена на домейни приема двуетапен метод: когато първоначалният сървър не може да намери името на домейна, той изпраща съобщение за заявка до основния сървър за търсене отгоре надолу (сървърите за имена на домейни са организирани в дървовидна йерархична структура структура). Забавянето на отговора на локалния кеш на заявката за име на домейн се определя от скоростта на процесора, паметта и външното хранилище и забавянето е относително малко. Отговорът на сървъра за имена на домейни е свързан с натоварването на мрежата, скоростта и натоварването на сървъра. Когато името на домейна трябва да се търси от основния сървър, забавянето на предаването се превръща в забавяне в LAN, което е относително голямо. Закъснението при установяване на TCP връзка се отнася до времето от момента, в който потребителят на услугата за предаване поиска установяване на връзката, до получаването на потвърждението за връзката. Той включва забавянето на обработката на отдалечения транспортен слой. Закъснението за освобождаване на връзката се отнася до забавянето във времето от момента, в който потребителят на транспортния слой от единия край инициира заявка за освобождаване на връзката до действителното освобождаване на другия край. Забавянето при установяване на връзка и освобождаване е свързано с натоварването на мрежата и натоварването на сървъра. В TCP/IP протокола всеки IP пакет от данни се маршрутизира независимо. Закъснението при намиране на IP пътека се отнася до забавянето при намиране на пътя на всеки шлюз на IP пакета данни от края на източника до края на местоназначението, включително забавянето на обработката на таблицата за намиране на пътя на шлюза и забавянето на разделителната способност на адреса. Резолюцията на адреса на шлюза се осъществява от ARP (протокол за разрешаване на адреси, протокол за разрешаване на адреси), предоставен от TCP/IP. Тъй като намирането на пътя на шлюза е завършено в локалната машина и разделителната способност на адреса също се извършва в локалната мрежа, забавянето при намиране на IP пътя е относително малко.

Забавяне на предаването

Единицата за потребителски данни (ADU), разположена в приложния слой, формира протоколна единица данни (PDU), след като протоколът на приложния слой извика услугата, предоставена от протокола на по-ниския слой, и PDU се използва като независими данни Модулът се предава в мрежата . Закъснението при предаване на PDU в мрежата се състои от следните части: забавяне при пакетиране, забавяне при предаване, забавяне на разпространение, забавяне на опашка и забавяне на обработка. Забавянето при пакетиране е забавяне, уникално за приложенията за поточно предаване в реално време. Приложенията за стрийминг в реално време се отнасят за приложения, които предават базирана на времето информация (като видео, аудио и анимация и т.н.) в реално време. Информационният поток в реално време е чувствителен към времето и се генерира редовно в хронологичен ред. Необходимо е да се изчака информационният поток да достигне определено количество, за да задоволи полезния товар на протоколната единица данни (PDU), преди да бъде пакетиран в PDU. Това време на изчакване се нарича забавяне при опаковане. Закъснение при опаковане Sp/K, където Sp е дължината на полезния товар на PDU, а K е скоростта на кодиране на приложението. Следователно за нискоскоростните енкодери забавянето е относително голямо. Закъснението при предаване се отнася до забавянето във времето за всички PDU данни, които трябва да бъдат предадени по линията, или интервала от време от момента, в който първият бит на PDU се предава от крайната точка към линията, докато последният бит напусне крайната точка. Закъснението при предаване е свързано с размера на PDU и скоростта на предаване по локалната линия. За нискоскоростни връзки забавянето на предаването е значително.

Забавянето на разпространението е времето, необходимо на PDU да се разпространи в средата и зависи от скоростта, с която сигналът преминава през средата. С други думи, това забавяне се определя от физическите характеристики на връзката и няма нищо общо с обема на трафика на връзката. Забавянето на разпространението нараства линейно с разстоянието. Забавянето на разпространението в LAN и MAN е само 50-200 us, което не е важен компонент на забавянето. И забавянето на разпространението в WAN става по-важно, тъй като предаването на дълги разстояния кара забавянето на разпространението да достигне десетки милисекунди. Закъснението на опашка е основното забавяне в мрежата за комутация на пакети. Отнася се до набор от забавяния на буфера, причинени от всеки обмен на PDU по пътя на предаване. Ако превключването на пакети е временно претоварено, може да има много пакети на опашка на целевия изходен порт на всеки PDU. Всеки пакет в опашката преди PDU ще има допълнително забавяне, равно на забавянето на предаването. При обмена на механизма за опашка „първи влязъл, първи излязъл“ (FIFO), забавянето на опашката на новопристигналите пакети е равно на сумата от закъсненията на предаване на всички пакети, които са поставени на опашка на изходния порт. Така че забавянето на опашката е свързано не само с броя на пакетите пред опашката, но и със скоростта на предаване на изходния порт. Закъснението на опашката, което е основното забавяне, се влияе от текущото натоварване на мрежата и също така е основният фактор за изменението на забавянето в мрежата за комутация на пакети. Тъй като всеки рутер в опорната мрежа на Интернет има голям брой пакети данни на опашка, забавянето на опашката също се превърна в основното забавяне в Интернет. Ако преминава през 10 рутера, всеки рутер има средно 10 IP пакета данни на опашка и забавянето на опашката по този път може да достигне стотици милисекунди. Забавянето на обработката е сумата от времето, изразходвано за всеки обмен по пътя и обработката на пакети данни от източника и дестинацията. Не включва забавяне на опашка. В процеса на превключване на пакети забавянето на обработката е незначително в сравнение със забавянето на опашката, но все пак е значително в крайната точка, особено за приложения като декомпресия на видео.

Метод на измерване

Методът за измерване на производителността на мрежата е разделен на активно измерване и пасивно измерване според метода на измерване. Активното измерване е да се инжектират тестови пакети в мрежата, която се тества. Пробните пакети записват предаването в мрежата и терминалът получава данни за производителността на мрежата чрез анализиране на пробните пакети. Пасивните методи за измерване използват оборудване или инструменти за наблюдение, за да анализират характеристиките на мрежата чрез улавяне на пакети данни, предавани в мрежата, която се тества. И двата метода имат своите предимства и недостатъци. Активният метод на измерване е гъвкав и контролируем и може да задава параметри според собствените намерения на измерващия, като вида и размера на опаковката. Въпреки това, потокът от измервателни данни, инжектиран в мрежата, ще увеличи натоварването на мрежата, като по този начин ще повлияе на производителността на мрежата и измерените данни не могат да отразяват действителната производителност на мрежата. Предимството на пасивното измерване е, че не увеличава трафика в мрежата по време на измерване и измерените данни могат наистина да отразяват производителността на мрежата. Недостатъкът е, че контролируемостта е лоша и поверителността и сигурността на събраните данни ще бъдат засегнати. Поради това понякога тези два метода често се комбинират за мрежово измерване. Съгласно дефиницията на показателя за мрежово забавяне, забавянето на всеки слой може да се припише на еднопосочно забавяне или двупосочно забавяне, но протоколът е различен. Следователно, следните методи за изпитване могат да бъдат приложени за забавяне на измерването над мрежовия слой.

Метод за измерване на еднопосочно закъснение

Първо изберете протокола, използван за измерване, като TCP, UDP, ICMP (Internet Control Message Protocol, Internet Control Message Protocol), OWDP (OneWayDelayProtocol, еднопосочен протокол за забавяне), IPMP (InternetProtocolMeasurementProtocol, протокол за измерване на IP ниво) и др. , определят по-подробните проблеми на избрания протокол, като например TCP, номер на UDP порт, време за изчакване на изчакване и размер на пакета за измерване. След като определите тези параметри, продължете както следва:

(1) Договаряне на синхронизацията между източника и дестинацията: т.е. часовниците на източника и дестинацията трябва да бъдат точно синхронизирани.

(2) В края на източника определете IP адреса на края на местоназначението и попълнете тестовия пакет според структурата на избрания протокол за измерване. Свободната част трябва да бъде запълнена с произволни битове, за да се избегне измереното забавяне да е по-ниско от забавянето след използване на технологията за компресия в пътя. Задайте времевия печат в тестовия пакет и след това изпратете попълнения тестов пакет до целевия хост.

(3) На местоназначението се подгответе да получите пакета (използвайки пасивен метод на измерване, т.е. използвайки инструмент за наблюдение за улавяне на пакета). Ако пакетът пристигне в рамките на разумно време, незабавно извадете времето за получаване от времето за изпращане в пакета, за да изчислите очакваното еднопосочно забавяне. Тази стойност е валидна само когато часовниците източник и дестинация са синхронизирани. Ако пакетът не може да пристигне в разумен срок, стойността на еднопосочното забавяне трябва да бъде зададена на недефинирана. Има два основни начина за решаване на проблема със синхронизацията на часовника: софтуерна синхронизация и хардуерна синхронизация. Синхронизацията, базирана на GPS (глобална система за позициониране, глобална сателитна система за позициониране) принадлежи към хардуерната синхронизация; синхронизацията, базирана на протокола за мрежово време (Network Time Protocol) и синхронизацията, базирана на оценка на алгоритъм, принадлежат към софтуерната синхронизация. Синхронизирането на времето в интернет се осъществява предимно от NTP сървър. NTP сървърът използва GPS приемник, за да предостави референтен часовник, а хостът получава времето на NTP сървъра чрез мрежовия протокол за време NTP. Алгоритмите за елиминиране на синхронизацията на часовника включват алгоритъм за линейна регресия, алгоритъм за адаптиране на средната линия, алгоритъм за минимум на части, алгоритъм ConvexHull Approach, алгоритъм за линейно програмиране и т.н.

Методът за измерване на закъснението в двете посоки

Подготвителната работа е същата като при еднопосочния метод за измерване на закъснението. Измерването се извършва в съответствие със следните стъпки:

(1) В края на източника се определя IP адресът на края на местоназначението и тестовият пакет се попълва в съответствие със структурата на избрания протокол за измерване. За да се предотврати измереното забавяне да бъде по-ниско от очаквания резултат поради технологията за компресиране на пътя, празната част трябва да бъде запълнена с произволни битове; и идентификационният номер на тестовия пакет трябва да бъде зададен така, че хостът източник да може да определи, че тестът се изпраща сам след получаване на пакета отговор Отговорът на пакета.

(2) В края на източника задайте клеймото за време на изпращане в тестовия пакет и след това изпратете попълнения тестов пакет до целевия хост. Времевият печат може да бъде поставен в пакета или извън пакета, стига да е включен подходящ идентификатор, така че полученото времево клеймо да може да се сравни с изпратеното времево клеймо.

(3) В края на местоназначението се подгответе да получите тестови пакети. Ако тестовият пакет достигне целевия хост, трябва бързо да се генерира пакет с отговор и да се изпрати до източника.

(4) В края на източника се подгответе да получите съответния пакет отговор. По ID номера се преценява дали е отговорът на тестовия пакет. Ако пакетът с отговор пристигне в рамките на времето за изчакване на изчакване, незабавно извадете времето за получаване от времето за изпращане в пакета с отговор, за да изчислите стойността на закъснението за двупосочно пътуване. Ако пакетът с отговор не може да пристигне в рамките на времето за изчакване, стойността на закъснението за двупосочно пътуване е зададена на недефинирана.