Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3. 1 Router buffer méretezés (várakozásos, veszteséges forgalmi modell alapján) Takács György 8. Előadás.

Az előadások a következő témára: "Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3. 1 Router buffer méretezés (várakozásos, veszteséges forgalmi modell alapján) Takács György 8. Előadás."— Előadás másolata:

1 Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. 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

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

3 Távközlő rendszerek forgalmi elemzése – 2010. 04. 15. 3 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

4 Távközlő rendszerek forgalmi elemzése – 2010. 04. 15. 4 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:

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. 5

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. 6

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 = C out /C in. Ha Г 1, akkor a csomagvesztés aránya a buffer növelésével exponenciálisan csökken. Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3. 7

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. 8

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. 9

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. 10

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

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

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. 13

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

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

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

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

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

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

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

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

22 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 -- 2013. október 3. 22

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

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. 24

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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. 36