Router buffer méretezés (várakozásos, veszteséges forgalmi modell alapján)

1. Router buffer méretezés(várakozásos, veszteséges forgalmi modell alapján) Takács György 8. Előadás Forrás: Router Buffer Sizing for TCP Trafc and the Role of the Output/Input Capacity Ratio Ravi S. Prasad, Cisco Systems, Inc. ConstantineDovrolis, Georgia Institute of Technology Marina ThottanBell-Labs Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

2. Erlang – M/M/n 1. A rendszer állapotát az benne tartózkodó összes igény (kiszolgálás alatt lévő és várakozó együtt) darabszáma mutatja. Távközlő rendszerek forgalmi elemzése – 2010. 04. 15.

3. Erlang – M/M/n 3. Várakozás valószínűsége igény érkezik, amikor minden vonal foglalt ______________________________________________________ igény érkezik bármikor Erlang Cképlet: Jelölések: Az azonnali kiszolgálás valószínűsége Távközlő rendszerek forgalmi elemzése – 2010. 04. 15.

4. Erlang – M/M/n 12. Várakozás valószínűsége: Azonnali kiszolgálás valószínűsége: Lebonyolított forgalom (= felajánlott !) Van várakozó igény – véletlen időpontban: Átlagos sorhosszúság – tetszőleges időpontban: Átlagos sorhosszúság – ha van sor: Átlagos várakozási idő – minden igénylőre: Átlagos várakozási idő – a tényleg várakozókra: Távközlő rendszerek forgalmi elemzése – 2010. 04. 15.

5. A csomagok átmeneti tárolása (buffer) elkerülhetetlen a csomagkapcsolt hálózatokban • kiegyenlítik a forgalmi csomókat (burst), • csökkentik a csomagvesztést, • növelik a router kihasználtságát, viszont • növelik a késleltetést, • növelik a késleltetés-ingadozást (jitter), • növelik a router árát, • növelik a router áramfogyasztását Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

6. Mekkora az optimális bufferméret? • Már túl vagyunk a „best effort” korszakon • SLA,QoS megszabja a késleltetés és csomagvesztés maximális értékeit, • az IPtelefon, az IPvideotelefon, az IPTV alkalmazások nem tűrik az alulbufferelt vagy túlbufferelt routereket a hálózatban Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

7. A szerzők új felvetései: • újabban a TCP folyamok nem tekinthetők egyenletesen kitartó (persistent) jellegűeknek, hanem faroknehéz eloszlással írhatók le, ezért sokat tartózkodnak a „slow-start” szakaszban és keveset a „ congestion avoidance” szakaszban, • nem összeköttetés szinten számolnak átlagos késleltetési időt és csomagvesztést, hanem az egyes folyamok szintjén, ezért felértékelődik az átlagos throughput és a szűk keresztmetszetet jelentő összeköttetés bufferméretének viszonya, • fontosnak ítélték a bemenő és kimenő kapacitások arányát: Г = Cout/Cin. Ha Г <1, akkor a csomagvesztési arány a bufferméret hatványa szerint nő, ha Г >1, akkor a csomagvesztés aránya a buffer növelésével exponenciálisan csökken. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

8. Г <1, jellemzően akkor, ha egy erős szerver farmhoz kis sebességű linkek kapcsolódnak, s nem győzik nyelni a nagy sebességű portokon érkező folyamokat, • Г >1, jellemzően akkor, ha kis sebességű uplink vonalakon küldenek fel csomagokat egyéni felhasználók, amelyek a gerinchálózatban már száguldhatnak. • A buffer méretezés megalapozására tesztkörnyezetben valós forgalmi méréseket végeztek és szimulációs modelleket is felhasználtak. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

9. A tesztkörnyezet • Szűk keresztmetszet: az 1 db. 1Gigabit Ethernet port ( a klienseknek egyenként is van ilyen) • az állítható buffertartomány 30KB -- 38MB. (20 – 26564 csomag) Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

10. A „delay emulátor” a valódi hálózat terjedési idejének megfelelő késleltetés értékeket iktatott be. • A forgalom megfigyelésére a tcpdump módszert használták, összegyűjtöttek minden fejrészt és ACK adatot • A forgalmat a nyílt forráskódú Harpoon rendszer generálta. • A generált forgalom sok felhasználót utánzott. A letöltések Pareto eloszlást követtek 80KB átlagértékkel, utána „gondolkodási idő” következett exponenciális eloszlással 1 s átlagidővel. • A felkínált forgalom beállítására 1000, 1200, 3000 felhasználót alkalmaztak. • 5 perces futásokkal teszteltek Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

11. A számolt és mért maximális késleltetés értékek Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

12. A szűk keresztmetszetet jelentő link kihasználtsága Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

13. Az erősen terhelt állapotot (90%, 95%) jellemző időhányad az átlagolási idő függvényében 1000 felhasználó és 4 MB buffer esetén, amikor 4 percre átlagolva a kihasználtság csak 68% volt Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

14. U1000 (small flows: 45-50KB., large flows -- >1000KB.) Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

15. U1200 (small flows: 45-50KB., large flows -- >1000KB.) Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

16. U3000 (small flows: 45-50KB., large flows -- >1000KB.) Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

17. cumulative distribution function (CDF) Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

18. Average per-flow throughput as a function of flow size for buffer size B=30KB. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

19. Average per-ow throughput as a function of ow size for buffer size B=38MB. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

20. The bandwidth delay product here is 3750 KB. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

21. Szimulációs elrendezés Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

22. Szimulációs paraméterek • Nin input links, each with capacity Cin, feeding an outputlink that has capacity Cout and buffer size B. There aremax(20;Nin) servers that are connected to the input linkswith propagation delays that vary between 5ms and 45ms. Theround-trip propagation delay To in this setup varies between30ms and 110ms, with a harmonic mean of 60ms. There areU users in the system that create TCP transfers through theoutput link. Each user follows the closed-loop flow generationmodel, selecting a random server for each transfer. The transfersizes follow a Pareto distribution with mean 80KB and shape parameter 1.5. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

23. BDP bandwidth-delay product Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

24. these simulation parameters can capture a wide variety of traffic multiplexers. A residential or office access link used by a small number of people can be well represented by Nin = 2, U = 5 and Г = 0,1. Similarly, the parameter setting Nin = 1000, • U = 25 and Г = 10 can model the upstream link of a DSLAM packet multiplexer. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

25. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

26. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

27. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

28. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

29. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

30. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

31. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

32. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

33. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

34. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

35. Érzékenység analízis Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

36. Következtetések • A bufferméret megválasztása folyamatosan újra felvetődő kérdés • kell egy minimális méret, • van optimális méret, de protokollfüggő, terhelés paraméterektől függő, • kis folyamok nagyon belekavarhatnak…. • a szerver farmok perem-routereinél nagy figyelemmel kell lenni…… • NINCS EGYSZERŰ, MINDENRE JÓ MÉRETEZÉSI FORMULA Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.