Távközlő hálózatok tervezése október 3. 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. Constantine Dovrolis, Georgia Institute of Technology Marina Thottan Bell-Labs

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

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

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 október 3. 5

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 október 3. 6

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 = C out /C in. Ha Г 1, akkor a csomagvesztés aránya a buffer növelésével exponenciálisan csökken. Távközlő hálózatok tervezése október 3. 7

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 október 3. 8

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

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 október 3. 10

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

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

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 október 3. 13

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

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

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

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

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

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

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

Szimulációs elrendezés Távközlő hálózatok tervezése október 3. 21

Szimulációs paraméterek N in input links, each with capacity C in, feeding an output link that has capacity C out and buffer size B. There are max(20;N in ) servers that are connected to the input links with propagation delays that vary between 5ms and 45ms. The round-trip propagation delay T o 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. Távközlő hálózatok tervezése október 3. 22

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

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 október 3. 24

Távközlő hálózatok tervezése október 3. 25

Távközlő hálózatok tervezése október 3. 26

Távközlő hálózatok tervezése október 3. 27

Távközlő hálózatok tervezése október 3. 28

Távközlő hálózatok tervezése október 3. 29

Távközlő hálózatok tervezése október 3. 30

Távközlő hálózatok tervezése október 3. 31

Távközlő hálózatok tervezése október 3. 32

Távközlő hálózatok tervezése október 3. 33

Távközlő hálózatok tervezése október 3. 34

Érzékenység analízis Távközlő hálózatok tervezése október 3. 35

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 október 3. 36