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Trotz hoher Taktraten schlechte Antwortzeiten – wo liegen die Ursachen

Trotz hoher Taktraten schlechte Antwortzeiten – wo liegen die Ursachen . Wolfgang Schau 30.10.2003. Die Magie der großen Zahlen. Je höher die Taktrate, desto größer der Durchsatz Z.B. 100 Mbit/s = 12 MB / Sekunde – zumindest theoretisch DSL 30 mal schneller als ISDN In der Werbung ja

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Trotz hoher Taktraten schlechte Antwortzeiten – wo liegen die Ursachen

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Presentation Transcript

  1. Trotz hoher Taktraten schlechte Antwortzeiten – wo liegen die Ursachen Wolfgang Schau 30.10.2003

  2. Die Magie der großen Zahlen • Je höher die Taktrate, desto größer der Durchsatz • Z.B. 100 Mbit/s = 12 MB / Sekunde – zumindest theoretisch • DSL 30 mal schneller als ISDN • In der Werbung ja • praktisch … eher nein! • Antwortzeit abhängig von der Taktrate der CPU - zumindest laut Verkaufsprospekt

  3. Definitionen • Taktrate = Grundfrequenz des elektrischen Signals • Baudrate = Anzahl der übertragenen Zustände Sekunde • Bitrate = Anzahl der übertragenen Bits pro Sekunde • Datenrate = Anzahl der übertragenen Datenbits/s • Übertragungsrate = Anzahl der übertragenen Bytes/s • Übertragungszeit = Zeit vom Senden bis zum vollständigen Empfang der Daten • Antwortzeit = Zeit vom Senden der Anforderung bis zum Beginn der Antwort • Transaktionszeit = Zeit vom Senden der Anforderung bis zum vollständigen Empfang der Antwort

  4. Taktrate vs Bitrate • Taktrate • Grundfrequenz, mit der die Informationen über eine Leitung getaktet wird • Bitrate • Anzahl von Bits, die pro Zeiteinheit (Sekunde) übertragen wird. • Taktrate und Codierungsart bestimmen die Bitrate

  5. Datenrate • Datenrate • Anzahl Nutzdaten, die pro Zeiteinheit übertragen wird • Framing, Bitstuffing, Management und Steuerinformationen reduzieren die Netto Datenrate (Z.B. ISDN: 144 zu 192 kBit/s)

  6. Übertragungszeit • Übertragungszeit • Zeit vom Abschicken einer größeren Informationseinheit Datenpaket, Datei, etc., bis zum vollständigen Empfang auf der Gegenseite Unterscheidung in Duplexe Übertragung Simplexe Übertragung ohne Sicherungsprotokoll hdx = half duplex fdx = full duplex)

  7. Simplexe Übertragung • Faktoren für die Übertragungszeit: • Bitrate • Overhead • Physikalische Laufzeit = < c (c = 3*108 m/s) Header Data Header Data t [s]

  8. Beispiel: Simplexe Übertragung • Beispiel • Information = 1 KB • Datenrate = 2 Mbit/s • Physikalische Laufzeit  0,6 c (c = 3*108 m/s)  5 s / km • Taktzeit • 1.024 * 8 / 2.048*103 = 4 ms • Physikalische Laufzeit • 600*103 /3*108 = 2 ms • Gesamte Übertragungszeit = 6 ms ??? • Theoretisch Ja – praktisch Nein! 2 Mbit/s 600 km

  9. Datenübertragung in der Praxis: Simplex 2 Mbit/s 155 Mbit/s • Praxis: • Ca. 10 Store and Forward Hobs • Datenrate im Access Bereich = 1.568/128 kbit/s bzw. 2 Mbit/s • Datenrate im Back-Bone Bereich 155 / 622 Mbit/s • Physikalische Laufzeit  0,6 c (c = 3*108 m/s)  5 s / km 155 Mbit/s 128 kbit/s 155 Mbit/s (2 Mbit/s) 600 km ADSL 1568 / 256 kBit/s Taktzeit 1* 1.024 * 8 / 128*103 = 64 ms 8* 1.024 * 8 / 155* 106 = 0,4 ms 1* 1.024 * 8 / 2.048*103 = 4 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms  1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*103 /3*108 2 ms Gesamt:  72,2 ms SDSL 2 MBit/s Taktzeit 1* 1.024 * 8 / 2.048*103 = 4 ms 8* 1.024 * 8 / 155* 106 = 0,4 ms 1* 1.024 * 8 / 2.048*103 = 4 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms  1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*103 /3*108 2 ms Gesamt:  12,2 ms

  10. Antwortzeit (Duplexe Übertragung) • Faktoren für die Übertragungszeit: • 2 * (Bitrate + Overhead + Physikalische Laufzeit) • + Verarbeitungszeit Header Data Header Data t [s] Header Quittung t [s] Header Quittung

  11. Übertragung in der Praxis:Round Trip Delay 2 Mbit/s 155 Mbit/s • Praxis: • Ca. 10 Store and Forward Hobs • Datenrate im Access Bereich = 2 Mbit/s • Datenrate im Back-Bone Bereich 155 / 622 Mbit/s • Physikalische Laufzeit  0,6 c (c = 3*108 m/s)  5 s / km 1.568/256 kbit/s 155 Mbit/s 155 Mbit/s 600 km Upstream Taktzeit 1* 1.024 * 8 / 128*103 = 64 ms 8* 1.024 * 8 / 155* 106 = 0,4 ms 1* 1.024 * 8 / 2.048*103 = 4 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms  1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*103 /3*108 2 ms Gesamt:  72,2 ms Downstream Taktzeit 1* 1.024 * 8 / 2.048*103 = 4 ms 8* 1.024 * 8 / 155* 106 = 0,4 ms 1* 1.024 * 8 / 1.568*103 = 5,2 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms  1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*103 /3*108 2 ms Gesamt:  13,4 ms Total Roundtrip: 85,6 ms (+Verarbeitungszeit)

  12. Routenverfolgung tracert www.bahn.de Routenverfolgung zu www.bahn.de [81.200.192.68] über maximal 30 Abschnitte: 1 71 ms 60 ms 70 ms 192.168.10.1 2 60 ms 61 ms 60 ms 213.217.105.65 3 70 ms 70 ms 71 ms atm1-0.bremen2.kkf.net [62.145.11.1] 4 70 ms 70 ms 70 ms at-0-2-0-12.m20.ham.bmcag.net [194.140.113.84] 5 80 ms 80 ms 80 ms at-0-2-0-32.nap.decix.bmcag.net [194.140.113.29] 6 90 ms 90 ms 81 ms de-cix.ffm.plusline.net [80.81.192.132] 7 80 ms 90 ms 90 ms bahn-pl.m.plusline.net [213.83.21.189] 8 90 ms 90 ms 90 ms david.bahn.de [81.200.192.194] 9 80 ms 91 ms 90 ms andreas.bahn.de [81.200.192.132] 10 90 ms 100 ms 100 ms klaus.bahn.de [81.200.192.173] 11 90 ms 90 ms 90 ms www.bahn.de [81.200.192.68]

  13. Route zu Yahoo.co.jp Routenverfolgung zu www.yahoo.co.jp [202.229.198.216] 1 60 ms 60 ms 60 ms 192.168.10.1 2 61 ms 60 ms 70 ms 213.217.105.65 3 70 ms 70 ms 61 ms atm1-0.bremen2.kkf.net [62.145.11.1] 4 70 ms 70 ms 70 ms at-0-2-0-12.m20.ham.bmcag.net [194.140.113.84] 5 160 ms 170 ms 170 ms so-0-2-0-00.nap.ash.us.bmcag.net [194.140.113.15] 6 171 ms 160 ms 160 ms ge-2-3-0.r01.asbnva01.us.bb.verio.net [206.223.115.12] 7 170 ms 170 ms 180 ms p16-1-0-0.r21.asbnva01.us.bb.verio.net [129.250.5.21] 8 230 ms 231 ms 240 ms p16-0-1-2.r20.plalca01.us.bb.verio.net [129.250.2.192] 9 260 ms 230 ms 241 ms xe-0-2-0.r21.plalca01.us.bb.verio.net [129.250.4.231] 10 230 ms 231 ms 230 ms p64-0-0-0.r21.mlpsca01.us.bb.verio.net [129.250.5.49] 11 230 ms 230 ms 231 ms p16-6-0-0.r80.mlpsca01.us.bb.verio.net [129.250.3.24] 12 341 ms 360 ms 351 ms p16-0-2-0.r21.tokyjp01.jp.bb.verio.net [129.250.4.158] 13 360 ms 371 ms 350 ms xe-1-0-0.a21.tokyjp01.jp.ra.verio.net [61.213.162.230] 14 341 ms 340 ms 361 ms ge-0-0-0.a08.tokyjp01.jp.ra.verio.net [61.120.144.42] 15 351 ms 350 ms 351 ms 61.213.160.134 16 351 ms 350 ms 351 ms g1-0-n-otemachi-core4.sphere.ad.jp [203.138.68.139] 17 350 ms 351 ms 350 ms p7-0-fdm-core1.sphere.ad.jp [202.239.114.238] 18 351 ms 350 ms 351 ms g0-9-fdm-arena-gw5.sphere.ad.jp [202.239.113.134] 19 340 ms 341 ms 340 ms 202.239.120.147 20 351 ms 350 ms 351 ms 202.229.198.216 Deutlich sind ab 5, 8, und 12 die long distance delays zu erkennen

  14. Transaktionszeit Header Data 1 Window = 1: • Faktoren für die Übertragungszeit: • N * (2 * (Bitrate + Overhead + Physikalische Laufzeit) + Verarbeitungszeit) (N = Anzahl Pakete) Header Data 1 Header Quittung Header Data 2 Header Data 2 t [ms]

  15. Beispiel Filetransfere Window = 1 • File = 600 KB • Packet Size = 1.500 Byte  409,6 Pakete • Roundtrip per Paket = 350 ms • Total Time = 409,6 * 350 ms = 143,36 sec • Netto Übertragungsrate in der Praxis: • 600 * 1.024 * 8 / 143,36 = 34 kBit/s • Das ist aufgrund der Laufzeit bzw. des „turn around delays“ nur ein geringer Bruchteil der theoretische möglichen Überragungsrate

  16. Header Header Header Data 6 Data 2 Data 9 Einfluss der Windows Size Header Data 1 Header Data 3 Header Data 4 Header Data 5 Header Quittung Header Header Quittung Header Quittung 1 Die Quittung wird empfangen, bevor das Sendefenster erreicht ist, d.h. es kann kontinuierlich (mit wire speed) gesendet werden! Header Quittung 2 Header Data 8 t [ms]

  17. Optimale Window Size • Übertragungszeit • Filesize / Bitrate + • + 1 mal physikalische Laufzeit • + Verarbeitungszeit • + 1 mal physikalische Laufzeit für letzte Quittung für die letzte Quittung • Beispiel wie vor • 600 * 1024 * 8 / 1.568 * 103 = 3,13 sec • + 5 us * 20.000 = 0,1 sec • + 1 ms • + 5 us * 20.000 = 0,1 sec • = 3,33 sec • Entspricht 1,48 Mbit/s • Faktor 43,5 höher im Vergleich zu Windowsize = 1

  18. Zusammenfassung • Flaschenhals • Die langsamste Bitrate entlang der Strecke bestimmt den Durchsatz • Physikalische Laufzeit hat erheblichen Einfluß !!! • Window == 1 ist der Performance Killer • Paketsize nicht zu klein wählen: • Der relative Overhead wird zu groß ! • Paketsize nicht zu groß wählen: • Wenn Bitfehlerrate zu groß wird, kollabiert der Durchsatz bei Wiederholungen • Einfluß auf Interlacing mit anderen Applikationen auf langsamen Leitungen! (z.B. VoIP)

  19. Nicht die großen Zahlen entscheiden, sondern das bessere System Design © 2003 GTEN AG

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