zpoždění

Definice

V síti je latence (latence), synonymum pro zpoždění, doba potřebná k získání paketu z určitého bodu. V některých případech je doba zpoždění doba zpoždění, což je doba mezi odesláním paketu a návratem k odesílateli po dobu jednoho cyklu. Mezi důvody zpoždění síťového přenosu patří: přenos, čas, který paketu trvá cesta rychlostí světla mezi dvěma místy. Přenos: Samotné médium (ať už je to optické, bezdrátové nebo jiné médium) způsobuje určité zpoždění. Zpoždění způsobené velkými pakety je často delší než doba způsobená malými pakety. Směrovače a další zpracování, každá brána, uzel (uzel) tráví čas detekcí, může změnit hlavičku paketu (například změnit počet skoků v doméně s dobou životnosti). Ostatní počítače a úložiště zpoždění. Na každém konci síťového přenosu mohou být uloženy malé pakety a je třeba přistupovat na pevný disk. Ke zpoždění dochází u mezilehlých zařízení, jako jsou přepínače a mosty.

Pro uživatele se doba zpoždění, známá také jako zpoždění sítě, vztahuje k časovému období od okamžiku, kdy uživatel odešle požadavek, do okamžiku, kdy vzdálený systém na požadavek odpoví a odešle jej zpět uživateli. Pro Internet založený na protokolu TCP/IP musí být každý požadavek zpracován následovně: zpracování směrování, přenos ADU (User Data Unit) v síti a server zpracovávající požadavek, tyto procesy způsobí zpoždění.

Zpoždění směrování

Nejprve se podívejte na zpoždění směrování, které zahrnuje zpoždění požadavku na název domény, zpoždění navázání připojení TCP, zpoždění uvolnění připojení TCP a zpoždění směrování IP na každé bráně. Pokud uživatelská aplikace používá místo IP adresy doménové jméno hostitele druhé strany, mělo by být zpoždění způsobené procesem překladu názvu domény IP adresy druhé strany vyřešeno předtím, než aplikační program začne komunikovat, se nazývá zpoždění požadavku na název domény. Aplikační program přenese název domény do místního softwaru resolveru. Software nejprve vyhledá v místní mezipaměti odpovídající vazbu název-adresa domény; pokud není nalezen, vytvoří místní překladač zprávu s dotazem a odešle ji na počáteční server doménových jmen (místní server). Server doménových jmen odpoví na zprávu s odpovědí podle situace analýzy. Překlad serveru názvů domén využívá dvoukrokovou metodu: když počáteční server nemůže najít název domény, odešle dotazovou zprávu kořenovému serveru pro vyhledávání shora dolů (servery názvů domén jsou organizovány do stromové hierarchie struktura). Zpoždění odezvy místní mezipaměti na požadavek na název domény je určeno rychlostí CPU, paměti a externího úložiště a zpoždění je relativně malé. Odezva serveru doménových jmen souvisí se zatížením sítě, rychlostí a zatížením serveru. Když je třeba vyhledat název domény z kořenového serveru, zpoždění přenosu se stane zpožděním v síti LAN, které je relativně velké. Zpožděním navázání TCP spojení se rozumí čas od uživatele přenosové služby, který požaduje navázání spojení, do obdržení potvrzení spojení. Zahrnuje zpoždění zpracování vzdálené transportní vrstvy. Zpoždění uvolnění spojení se týká časového zpoždění od okamžiku, kdy uživatel transportní vrstvy na jednom konci iniciuje požadavek na uvolnění spojení, do skutečného uvolnění na druhém konci. Zpoždění navázání a uvolnění připojení souvisí se zatížením sítě a serverem. V protokolu TCP/IP je každý datový paket IP směrován nezávisle. Zpoždění při hledání cesty IP odkazuje na zpoždění při hledání cesty na každé bráně datového paketu IP od zdroje ke konci cíle, včetně zpoždění zpracování tabulky hledání cesty brány a zpoždění rozlišení adresy. Rozlišení adres brány je zajištěno protokolem ARP (Address Resolution Protocol, Address Resolution Protocol) poskytovaným protokolem TCP/IP. Protože je hledání cesty brány dokončeno v místním počítači a rozlišení adresy se také provádí v místní síti, je zpoždění při hledání cesty IP relativně malé.

Zpoždění přenosu

Uživatelská datová jednotka (ADU) umístěná v aplikační vrstvě tvoří protokolovou datovou jednotku (PDU) poté, co protokol aplikační vrstvy zavolá službu poskytovanou protokolem nižší vrstvy, a PDU se používá jako nezávislá data Jednotka je přenášena po síti . Zpoždění přenosu PDU v síti se skládá z následujících částí: zpoždění při balení, zpoždění přenosu, zpoždění šíření, zpoždění ve frontě a zpoždění při zpracování. Zpoždění balení je zpoždění jedinečné pro aplikace streamování v reálném čase. Aplikace streamování v reálném čase označují aplikace, které přenášejí informace založené na čase (jako je video, zvuk a animace atd.) v reálném čase. Tok informací v reálném čase je citlivý na čas a je generován pravidelně v chronologickém pořadí. Je nutné počkat, až tok informací dosáhne určitého množství, aby se uspokojila užitečná zátěž protokolové datové jednotky (PDU), než se zabalí do PDU. Tato čekací doba se nazývá zpoždění balení. Packing delay Sp/K, kde Sp je délka užitečného zatížení PDU a K je rychlost kódování aplikace. Proto je u nízkorychlostních kodérů zpoždění poměrně velké. Zpoždění přenosu odkazuje na časové zpoždění pro všechna data PDU, která mají být vyslána na lince, nebo na časový interval od okamžiku, kdy je první bit PDU přenesen z koncového bodu do linky, dokud poslední bit opustí koncový bod. Zpoždění přenosu souvisí s velikostí PDU a přenosovou rychlostí na místní lince. U nízkorychlostních spojů je zpoždění přenosu značné.

Zpoždění šíření je doba, kterou potřebuje PDU k šíření v médiu a závisí na rychlosti, kterou signál prochází médiem. Jinými slovy, toto zpoždění je určeno fyzickými charakteristikami linky a nemá nic společného s objemem provozu linky. Zpoždění šíření se zvyšuje lineárně se vzdáleností. Zpoždění šíření v LAN a MAN je pouze 50-200 us, což není důležitá složka zpoždění. A zpoždění šíření ve WAN se stává důležitější, protože přenos na velkou vzdálenost způsobuje, že zpoždění šíření může dosáhnout desítek milisekund. Zpoždění ve frontě je hlavní zpoždění v síti s přepínáním paketů. Vztahuje se k souboru zpoždění vyrovnávací paměti způsobené každou výměnou PDU na přenosové cestě. Pokud je přepínání paketů dočasně přetíženo, může být na cílovém výstupním portu každého PDU ve frontě mnoho paketů. Každý paket ve frontě před PDU bude mít další zpoždění rovnající se zpoždění přenosu. Při výměně mechanismu fronty FIFO (first-in-first-out) se zpoždění nově příchozích paketů ve frontě rovná součtu přenosových zpoždění všech paketů, které byly zařazeny do fronty na výstupním portu. Zpoždění fronty tedy nesouvisí pouze s počtem paketů před frontou, ale také s přenosovou rychlostí výstupního portu. Zpoždění ve frontě, které je hlavním zpožděním, je ovlivněno aktuálním zatížením sítě a je také hlavním faktorem změny zpoždění v síti s přepojováním paketů. Vzhledem k tomu, že každý směrovač v internetové páteřní síti má velké množství datových paketů ve frontě, stalo se zpoždění ve frontě také hlavním zpožděním na internetu. Pokud prochází 10 směrovači, má každý směrovač ve frontě průměrně 10 datových paketů IP a zpoždění ve frontě na této cestě může dosáhnout stovek milisekund. Zpoždění zpracování je součet času stráveného na každé výměně na cestě a zpracování datových paketů zdrojem a cílem. Nezahrnuje zpoždění ve frontě. V procesu přepojování paketů je zpoždění zpracování zanedbatelné ve srovnání se zpožděním ve frontě, ale v koncovém bodě je stále značné, zejména u aplikací, jako je dekomprese videa.

Metoda měření

Metoda měření výkonu sítě se podle metody měření dělí na aktivní měření a pasivní měření. Aktivní měření spočívá v zavedení paketů sondy do testované sítě. Pakety sondy zaznamenávají přenos v síti a terminál získává data o výkonu sítě analýzou paketů sondy. Metody pasivního měření využívají monitorovací zařízení nebo nástroje k analýze síťových charakteristik pomocí zachycování datových paketů přenášených v testované síti. Oba způsoby mají své výhody i nevýhody. Aktivní metoda měření je flexibilní a ovladatelná a dokáže nastavit parametry podle vlastních záměrů měřiče, jako je typ a velikost balení. Tok naměřených dat vstřikovaný do sítě však zvýší zatížení sítě, a tím ovlivní výkon sítě a naměřená data nemohou skutečně odrážet skutečný výkon sítě. Výhodou pasivního měření je, že během měření nezvyšuje provoz v síti a naměřená data mohou skutečně odrážet výkon sítě. Nevýhodou je špatná ovladatelnost a bude ovlivněna důvěrnost a bezpečnost shromážděných dat. Proto se někdy tyto dvě metody pro měření sítě často kombinují. Podle definice metriky zpoždění sítě lze zpoždění jakékoli vrstvy připsat jednosměrnému zpoždění nebo zpoždění zpětného chodu, ale protokol je jiný. Proto lze pro měření zpoždění nad síťovou vrstvou použít následující testovací metody.

Jednosměrná metoda měření zpoždění

Nejprve vyberte protokol používaný pro měření, jako je TCP, UDP, ICMP (Internet Control Message Protocol, Internet Control Message Protocol), OWDP (OneWayDelayProtocol, jednosměrný protokol zpoždění), IPMP (InternetProtocolMeasurementProtocol, protokol měření vrstvy IP) atd. , určit podrobnější problémy vybraného protokolu, jako je TCP, číslo portu UDP, čekací doba časového limitu a velikost paketu měření. Po určení těchto parametrů postupujte následovně:

(1) Vyjednat synchronizaci mezi zdrojem a cílem: to znamená, že hodiny zdroje a cíle musí být přesně synchronizovány.

(2) Na zdrojovém konci určete IP adresu cílového konce a vyplňte testovací paket podle struktury zvoleného protokolu měření. Volná část by měla být vyplněna náhodnými bity, aby se zabránilo tomu, že naměřené zpoždění bude menší než zpoždění po použití technologie komprese v cestě. Nastavte časové razítko v testovacím paketu a poté odešlete vyplněný testovací paket cílovému hostiteli.

(3) V místě určení se připravte na příjem paketu (pomocí metody pasivního měření, to znamená pomocí monitorovacího nástroje k zachycení paketu). Pokud paket dorazí v rozumném čase, okamžitě odečtěte čas příjmu od času odeslání v paketu, abyste vypočítali odhadované jednosměrné zpoždění. Tato hodnota je platná pouze v případě, že jsou zdrojové a cílové hodiny synchronizovány. Pokud paket nemůže dorazit v přiměřené době, hodnota jednosměrného zpoždění se nastaví na nedefinováno. Existují dva hlavní způsoby, jak vyřešit problém synchronizace hodin: softwarová synchronizace a hardwarová synchronizace. Synchronizace založená na GPS (Global Position System, Global Positioning Satellite System) patří k hardwarové synchronizaci; synchronizace založená na Network Time Protocol (Network Time Protocol) a synchronizace založená na odhadu algoritmu patří k softwarové synchronizaci. Synchronizace času na internetu je většinou realizována pomocí NTP serveru. Server NTP používá přijímač GPS k poskytování referenčních hodin a hostitel získává čas serveru NTP prostřednictvím síťového časového protokolu NTP. Algoritmy pro eliminaci synchronizace hodin zahrnují algoritmus lineární regrese, algoritmus adaptace střední čáry, algoritmus po částech, algoritmus ConvexHull Approach, algoritmus lineárního programování a tak dále.

Metoda měření zpoždění v obou směrech

Přípravné práce jsou stejné jako u jednosměrné metody měření zpoždění. Měření se provádí podle následujících kroků:

(1) Na zdrojovém konci je určena IP adresa cílového konce a testovací paket je naplněn podle struktury zvoleného protokolu měření. Aby se zabránilo tomu, že naměřené zpoždění bude nižší než očekávaný výsledek v důsledku kompresní technologie na cestě, měla by být prázdná část vyplněna náhodnými bity; a ID číslo testovacího paketu musí být nastaveno tak, aby zdrojový hostitel mohl určit, že test je odeslán sám po přijetí paketu odpovědi Odpověď balíčku.

(2) Na konci zdroje nastavte v testovacím paketu časové razítko odeslání a poté odešlete vyplněný testovací paket cílovému hostiteli. Časové razítko může být umístěno v paketu nebo mimo něj, pokud je zahrnut příslušný identifikátor, aby bylo možné přijaté časové razítko porovnat s odeslaným časovým razítkem.

(3) Na cílovém konci se připravte na příjem testovacích paketů. Pokud testovací paket dosáhne cílového hostitele, musí být rychle vygenerován paket s odpovědí a odeslán do zdroje.

(4) Na zdrojovém konci se připravte na příjem odpovídajícího paketu odpovědi. Podle ID čísla se posuzuje, zda se jedná o odezvu testovacího balíčku. Pokud paket s odpovědí dorazí během čekací doby časového limitu, okamžitě odečtěte čas příjmu od času odeslání v paketu odpovědi a vypočítejte hodnotu zpoždění zpáteční cesty. Pokud paket odezvy nemůže dorazit během čekací doby časového limitu, hodnota zpátečního zpoždění je nastavena na nedefinováno.