Router buffer méretezés (várakozásos, veszteséges forgalmi modell alapján) Takács György Forrás: Router Buffer Sizing for TCP Trafc and the Role of the Output/Input Capacity Ratio Ravi S. Prasad, Cisco Systems, Inc. Constantine Dovrolis, Georgia Institute of Technology Marina Thottan Bell-Labs 2016. 09. 27.

2016. 09. 27.

Erlang – M/M/n 1. A rendszer állapotát az benne tartózkodó összes igény (kiszolgálás alatt lévő és várakozó együtt) darabszáma mutatja. 2016. 09. 27.

Erlang – M/M/n 3. Várakozás valószínűsége Erlang C képlet: Jelölések: igény érkezik, amikor minden vonal foglalt ______________________________________________________ igény érkezik bármikor Erlang C képlet: Jelölések: Az azonnali kiszolgálás valószínűsége 2016. 09. 27.

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: 2016. 09. 27.

kiegyenlítik a forgalmi csomókat (burst), csökkentik a csomagvesztést, 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 2016. 09. 27.

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 2016. 09. 27.

MINIMUM QUALITY OF SERVICE QoS PARAMETERS Download /Upload Speed: applied more for testing the QoS of browsing, file transfer (downloading file), steaming applications. But the download speed QoS parameter is the most important for the said applications (said server --preventing normal users from accessing the webpage). Delay: applied more for VoIP, gaming, browsing, transactions Delay variation (Jitter): applied more for VoIP, gaming Packet loss: applied more for browsing, file transfer, gaming 2016. 09. 27.

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. 2016. 09. 27.

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. 2016. 09. 27.

A tesztkörnyezet Szűk keresztmetszet: az 1 db. 1Gigabit Ethernet port ( a klienseknek egyenként is van ilyen) az állítható buffertartomány 30KB -- 38MB. (20 – 26564 csomag) 2016. 09. 27.

A forgalmat a nyílt forráskódú Harpoon rendszer generálta. 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 2016. 09. 27.

Architecture of Harpoon scalably generate application-independent network traffic at the IP flow level 2016. 09. 27.

A számolt és mért maximális késleltetés értékek 2016. 09. 27.

A szűk keresztmetszetet jelentő link kihasználtsága 2016. 09. 27.

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 2016. 09. 27.

U1000 (small flows: 45-50KB., large flows -- >1000KB.) 2016. 09. 27.

U1200 (small flows: 45-50KB., large flows -- >1000KB.) 2016. 09. 27.

U3000 (small flows: 45-50KB., large flows -- >1000KB.) 2016. 09. 27.

cumulative distribution function (CDF) 2016. 09. 27.

2016. 09. 27.

2016. 09. 27.

2016. 09. 27.

Average per-flow throughput as a function of flow size for buffer size B=30KB. 2016. 09. 27.

Average per-flow throughput as a function of flow size for buffer size B=38MB. 2016. 09. 27.

The bandwidth delay product here is 3750 KB. 2016. 09. 27.

Szimulációs elrendezés 2016. 09. 27.

Szimulációs paraméterek Nin input links, each with capacity Cin, feeding an output link that has capacity Cout and buffer size B. There are max(20;Nin) servers that are connected to the input links with propagation delays that vary between 5ms and 45ms. The round-trip propagation delay To in this setup varies between 30ms and 110ms, with a harmonic mean of 60ms. There are U users in the system that create TCP transfers through the output link. Each user follows the closed-loop flow generation model, selecting a random server for each transfer. The transfer sizes follow a Pareto distribution with mean 80KB and shape parameter 1.5. 2016. 09. 27.

BDP bandwidth-delay product 2016. 09. 27.

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. 2016. 09. 27.

2016. 09. 27.

2016. 09. 27.

2016. 09. 27.

2016. 09. 27.

2016. 09. 27.

2016. 09. 27.

2016. 09. 27.

2016. 09. 27.

2016. 09. 27.

2016. 09. 27.

Érzékenység analízis 2016. 09. 27.

NINCS EGYSZERŰ, MINDENRE JÓ MÉRETEZÉSI FORMULA 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 2016. 09. 27.