Beurteilung einer Applikation in unterschiedlichen WAN-Netzwerken

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1 Beurteilung einer Applikation in unterschiedlichen WAN-Netzwerken Ansprechpartner: NETCOR GmbH Herr Eberhard Kaum Innungsstr. 14 D Buchholz i.d.n. Telefon: Telefax:

2 Inhalt Inhalt... 2 Aufgabenbeschreibung... 3 Durchführung der Messung... 3 Verwendetes Messsystem... 3 Aufbau und Zeitraum der Messung... 4 Messdaten... 5 Vorüberlegungen zur Messung:... 5 Benutzte WAN Parameter:... 5 Bandbreite:...5 Delay:...6 Benutzte Transaktion:... 7 Messungen... 8 Messung 1: DSL... 9 Messung 2: GPRS Messung 3: ISDN Messung 4: UMTS Auswertung: B. GPRS Emulation: C. ISDN Emulation: D. UMTS Emulation: NETCOR Seite 2 von 28

3 Aufgabenbeschreibung Die Firma NETCOR GmbH hat am xx.xx.xxxx und xx.xx.xxxx im Auftrag der XXXXXXX einen Webapplikationstest durchgeführt. Ziel der Messung war das Ermitteln der Laufzeit der Applikation eberechnung unter verschieden Einwahlmöglichkeiten. Es wurde die Verbindung per DSL, ISDN, GPRS, UMTS und LAN von einem Laptop, wie er von Mitarbeitern benutzt wird, zum Applikationsserver der Anwendung eberechnung untersucht. Dazu wurden die unterschiedlichen Verbindungsarten mit einem WAN Emulationsgerät generiert und eine Transaktion der Anwendung unter den verschiedenen Verbindungsarten durchgeführt. Durchführung der Messung Verwendetes Messsystem Als Applikationsserver wurde der Entwicklungsserver xxxx mit dem Server vxxx benutzt. Zur Messung wurde ein Notebook des Kunden benutzt, wie es von Mitarbeitern eingesetzt wird. Die verschiedenen Verbindungsarten wurden mit dem WAN Emulator STX der Firma Shunra durchgeführt. Der WAN Emulator wurde mit der Softwareversion 3.1 eingesetzt. Es wurde zusätzlich auch die Funktion zum Aufzeichnen der Datenpakete des WAN Emulators STX benutzt. Die Steuerung des WAN Emulators erfolgt über einen Notebook mit entsprechender Konsolen Software. Zusätzlich wurde ein Notebook mit der Sniffer Pro LAN Softwareversion 4.7 eingesetzt. NETCOR Seite 3 von 28

4 Aufbau und Zeitraum der Messung Die Messung wurde in unmittelbarer Nähe des Entwicklungsservers durchgeführt. Dazu wurde der Anschluss des Servers Sxxxx2 wie folgt verändert. beteiligte Komponenten des Webapplikationstest Für die Messung mussten alle Nutzer des Entwicklungsservers ihre Verbindungen beenden, damit die Tests alleine mit dem Server durchgeführt werden konnten. Nachdem alle Verbindungen beendet waren, konnte die Gigabit Ethernetverbindung 1.1 vom Server Sxxxx2 abgezogen werden. Die Verbindung 2.1 des Servers wurde ebenfalls entfernt und an den WAN Emulator Gigabit Port A2 angeschlossen. Um den Server wieder mit dem Netz zu verbinden, wurde der WAN Emulator Gigabit Port A1 mit dem freien Server Anschluss 2.1 verbunden. Das Test Notebook wurde am Ethernet Port B1 des WAN Emulators angeschlossen und das zur Steuerung der WAN Emulation notwendige STX Konsolen Notebook wurde am entsprechenden Management Port des Gerätes angeschlossen. Der WAN Emulator musste auf diese Art in den Link des Servers eingeschleift werden, da zum einen der Test Client so nahe wie möglich an den Server herangebracht werden sollte und zum anderen konnte der Server Sxxxx2 nicht komplett vom Netzwerk getrennt werden, da eine Kommunikation zu anderen Servern erforderlich war. Nacheinander wurden nun die unterschiedlichen Verbindungsarten DSL, GPRS, ISDN und UMTS mit dem WAN Emulator nachgestellt. Bei allen Verbindungen wurde die gleiche Transaktion durchgeführt und die übertragenen Pakete vom WAN Emulator aufgezeichnet. Die aufgezeichneten Pakete wurden anschließend auf dem Konsolen Notebook gespeichert und später mit dem Sniffer manuell ausgewertet. NETCOR Seite 4 von 28

5 Messdaten Die Messdaten lagen in einem reinen Protokollmitschnitt vor. Die Sichtung und Bewertung erfolgte manuell. Vorüberlegungen zur Messung: Benutzte WAN Parameter: Für die Messungen mit unterschiedlichen Verbindungsarten DSL, GPRS, ISDN und UMTS sind jeweils WAN Parameter wie Bandbreite und Delay erforderlich. Bandbreite: Die benutzte Bandbreite ist von der Verbindungsart DSL, GPRS, ISDN und UMTS abhängig. Auch innerhalb einer Verbindung (z.b. GPRS) gibt es nun unterschiedliche Bandbreiten die möglich sind. Diese sind zum einen wie bei GPRS vom benutzten Handy abhängig, zum anderen auch von der Auslastung der Zelle, mit der das GPRS Handy verbunden ist. Daher wurde beim GPRS Test eine Verbindung mit der geringsten Bandbreite angenommen. Jeweils ein Kanal im Upload als auch im Download. Für die unterschiedlichen Verbindungen ergaben sich verschiedene Bandbreiten in Kbps (= Kilo Bit pro Sekunde). Eine DSL und GPRS Verbindung haben verschiede Up- und Download Bandbreiten, die voneinander unabhängig genutzt werden können. Daraus ergeben sich folgende Werte: Bandbreite Upload Download DSL 128 Kbps 768 Kbps GPRS 13,4 Kbps 13,4 Kbps Bei einer ISDN bzw. UMTS Verbindung stehen Bandbreiten zur Verfügung, die gleichzeitig für den Up- und Download benutzt werden. Die angegebene Bandbreite von UMTS ist die max. Bandbreite die eine Zeller übertragen kann. Diese Bandbreite verteilt sich auf die Anzahl der Benutzer in der Zelle. Daraus ergeben sich folgende Werte für die Bandbreite: ISDN UMTS Bandbreite Up- Download 64Kbps 2048 Kbps NETCOR Seite 5 von 28

6 Delay: Der wichtigste Wert für die Messung war aber der Delay Wert. Mit Delay ist die Zeit gemeint, die ein Paket vom Client zum Server oder umgekehrt im Netzwerk unterwegs ist. Da die Delay Zeiten auch wieder verbindungsabhängig sind, mussten diese Werte vor der Messung ermittelt werden. Dazu wurde der Test Laptop und das Testprogramm Shunra\CLOUDCatcher des WAN Emulators eingesetzt. Shunra\CLOUDCatcher Mit Hilfe des Shunra\CLOUDCatcher können die Delay Zeiten für unterschiedliche Verbindungen ermittelt werden. Dazu sendet das Programm Pings mit vorgegebenen Paketlängen, in einem angegebenen Intervall an einen vorgegeben Server und wertet die Laufzeit der Pings aus. Aus den gemessenen Zeitinformationen wird der Delay ermittelt. Bei einem Ping wird die Laufzeit eines Paketes vom Client zum Server und wieder zurück zum Client ermittelt. Aus dieser Zeit kann nun der Shunra\CLOUDCatcher die Delay Zeit zwischen Client und Server ermitteln. Um die Delay Zeiten zu ermitteln wurden nun mit dem Test Notebook verschiedene Verbindungen durchgeführt. Dabei wurden die Verbindungseinstellungen des Test Notebooks benutzt. So wurde auch der VPN Client bei dieser Messung mit benutzt. Das ist erforderlich, um die gesamte Strecke vom Test Notebook bis zum Server aufzeichnen zu können. Mit dem Shunra\CLOUDCatcher konnte nun das Delayverhalten für 10 Minuten auf den verschiedenen Einwahlstrecken bis zum Applikationsserver ermittelt werden und für die WAN Emulation benutzt werden. NETCOR Seite 6 von 28

7 Dabei ergaben sich nun folgende Delay Werte für die WAN Emulation: Delay in ms Min. Durchschnitt Max. DSL GPRS ISDN UMTS (Annahme) Da keine UMTS Messmöglichkeit bestand wurden die Delay Zeiten von GPRS angenommen. Benutzte Transaktion: Als Transaktion wurde eine Online Tarifauskunft für eine Versicherung ausgewählt. Diese Transaktion wurde bei den einzelnen Messungen immer gleich ausgefüllt, um die Transaktionen nicht zu verändern. Die Transaktion wurde in verschiedenen Schritten ausgemessen. Im ersten Schritt wurde die Transaktion in Teilschritte aufgezeichnet. Dabei wurde zuerst nur die Anmeldung am System betrachtet. Anschließend wurden die Schritte bis zur ersten Eingabeseite für die Lebensversicherung aufgezeichnet. Die gesamte Eingabe der Daten für die Lebensversicherung wurde in einem Schritt aufgezeichnet. Im zweiten Schritt wurde die gesamte Transaktion von der Anmeldung bis zur Ergebnisseite in einem Schritt zusammen aufgezeichnet. In Anhang A. Testanwendung sind entsprechende Screenshots der Transaktion aufgeführt und auch die einzelnen Startpunkte der Teiltransaktionen dargestellt. NETCOR Seite 7 von 28

8 Messungen Für jede Messung wurde auf der Steuerkonsole des STX WAN Emulators eine Emulation mit der Steuersoftware unter Visio erstellt. Dazu wurden unter Visio verschieden Symbole benutzt, die folgende Bedeutung haben: Visio Symbole für die WAN Emulations-Konsole NETCOR Seite 8 von 28

9 Messung 1: DSL In der ersten Messung wurde die Verbindungsart DSL bei der Emulation benutzt. Der nachfolgende Screenshot zeigt die benutzte Emulation für den WAN Emulator. Es wird in der Emulation eine WAN Verbindung mit unterschiedlichem Up- und Download benutzt. Dadurch sind zwei WAN Cloud Symbole erforderlich. Mit beiden Lupen Symbolen wurden die Pakete vor dem Server und vor dem Test Notebook (Client) aufgezeichnet. WAN Emulation DSL Delay Einstellungen der WAN Cloud 1 und WAN Cloud 2 Die ermittelten Delay Werte wurden für die Emulation benutzt. Als Download standen 768 Kbps und als Upload 128 Kbps zur Verfügung. Alle Einstellungen sind im Anhang B. DSL Emulation aufgeführt. NETCOR Seite 9 von 28

10 Bevor nun eine Messung gestartet wurde, musste zuerst der WAN Emulator mit den entsprechenden Einstellungen aktiviert werden. Anschließend konnte auf dem Test Notebook ein Internet Explorer Fenster geöffnet werden und die Applikation angesprochen werden. Bei der Messung unter DSL wurde die Testtransaktion in Teilschritten durchlaufen und Daten aufgezeichnet. Nach der Auswertung der vom WAN Emulator am Test Notebook aufgezeichneten Pakete, wurden für die einzelnen Testtransaktionen folgende Zeitwerte ermittelt: DSL Messung Dauer in Sekunden Dauer MM:SS Anmeldung 8, :08,85 Sprung zur Lebensversicherung 7, :07,89 Eingabe und Berechnung 71, :11,56 Gesamte Transaktion NETCOR Seite 10 von 28

11 Messung 2: GPRS In der zweiten Messung wurde die Verbindungsart GPRS bei der Emulation benutzt. Der nachfolgende Screenshot zeigt die benutzte Emulation für den WAN Emulator. Es wird in der Emulation eine WAN Verbindung mit unterschiedlichem Up- und Download benutzt. Dadurch sind zwei WAN Cloud Symbole erforderlich. Mit beiden Lupen Symbolen wurden die Pakete vor dem Server und vor dem Test Notebook (Client) aufgezeichnet. WAN Emulation GPRS Delay Einstellungen der WAN Cloud 1 und WAN Cloud 2 Die ermittelten Delay Werte wurden für die Emulation benutzt. Als Download standen 13,4 Kbps und als Upload 13,4 Kbps zur Verfügung. Alle Einstellungen sind im Anhang C. GPRS Emulation aufgeführt. NETCOR Seite 11 von 28

12 Bevor nun eine Messung gestartet wurde, musste zuerst der WAN Emulator mit den entsprechenden Einstellungen aktiviert werden. Anschließend konnte auf dem Test Notebook ein Internet Explorer Fenster geöffnet werden und die Applikation angesprochen werden. Bei der Messung unter GPRS wurde die Testtransaktion in Teilschritten durchlaufen und Daten aufgezeichnet. Nach der Auswertung der vom WAN Emulator am Test Notebook aufgezeichneten Pakete, wurden für die einzelnen Testtransaktionen folgende Zeitwerte ermittelt: GPRS Messung Dauer in Sekunden Dauer MM:SS Anmeldung 75, :15,44 Sprung zur Lebensversicherung 99, :39,39 Eingabe und Berechnung 245, :05,50 Gesamte Transaktion 471, :51,02 NETCOR Seite 12 von 28

13 Messung 3: ISDN In der dritten Messung wurde die Verbindungsart ISDN bei der Emulation benutzt. Der nachfolgende Screenshot zeigt die benutzte Emulation für den WAN Emulator. Es wird in der Emulation eine WAN Verbindung mit gleichem Up- und Download benutzt. Dadurch ist nur ein WAN Cloud Symbol erforderlich. Mit beiden Lupen Symbolen wurden die Pakete vor dem Server und vor dem Test Notebook (Client) aufgezeichnet. WAN Emulation ISDN Delay Einstellungen der WAN Cloud 1 NETCOR Seite 13 von 28

14 Die ermittelten Delay Werte wurden für die Emulation benutzt. Als Up- und Download standen 64 Kbps zur Verfügung. Alle Einstellungen sind im Anhang D. ISDN Emulation aufgeführt. Bevor nun eine Messung gestartet wurde, musste zuerst der WAN Emulator mit den entsprechenden Einstellungen aktiviert werden. Anschließend konnte auf dem Test Notebook ein Internet Explorer Fenster geöffnet werden und die Applikation angesprochen werden. Bei der Messung unter ISDN wurde die Testtransaktion in Teilschritten durchlaufen und Daten aufgezeichnet. Nach der Auswertung der vom WAN Emulator am Test Notebook aufgezeichneten Pakete, wurden für die einzelnen Testtransaktionen folgende Zeitwerte ermittelt: ISDN Messung Dauer in Sekunden Dauer MM:SS Anmeldung 14, :14,17 Sprung zum Lebensversicherung 18, :18,47 Eingabe und Berechnung 76, :16,80 Gesamte Transaktion 104, :44,81 NETCOR Seite 14 von 28

15 Messung 4: UMTS In der vierten Messung wurde die Verbindungsart UMTS bei der Emulation benutzt. Der nachfolgende Screenshot zeigt die benutzte Emulation für den WAN Emulator. Es wird in der Emulation eine WAN Verbindung mit gleichem Up- und Download benutzt. Dadurch ist nur ein WAN Cloud Symbol erforderlich. Mit beiden Lupen Symbolen wurden die Pakete vor dem Server und vor dem Test Notebook (Client) aufgezeichnet. WAN Emulation UMTS Delay Einstellungen der WAN Cloud 1 Da keine UMTS Messmöglichkeit gegeben war, wurden für die Emulation die gleichen Delay Werte wie für GPRS benutzt. Das ist möglich, da GPRS und UMTS ähnliche Funkübertragung benutzen. Der größte Teil des Delay entsteht auf der Funkstrecke und den NETCOR Seite 15 von 28

16 beteiligten Funkkomponenten. Als Up- und Download standen 2048 Kbps ( 2 Mbps) zur Verfügung. Alle Einstellungen sind im Anhang E. UMTS Emulation aufgeführt. Bei der UMTS Messung wurde, wie bei den vorrangegangenen Messungen, der WAN Emulator mit den entsprechenden Einstellungen aktiviert. Bei der Messung wurde die gesamte Testtransaktion einmal durchlaufen und die Daten aufgezeichnet. Nach der Auswertung der vom WAN Emulator am Test Notebook aufgezeichneten Pakete, wurden für die gesamten Testtransaktion folgende Zeitwerte ermittelt: UMTS Messung Dauer in Sekunden Dauer MM:SS Gesamte Transkation 298, :58,43 NETCOR Seite 16 von 28

17 Auswertung: Schon bei der Messung zeigte sich deutlich, das die Applikation bei langsamen Verbindungen wie über GPRS sehr lange dauert. Noch einmal in der Übersicht alle gemessenen Werte der verschiedenen Verbindungsarten: DSL Messung GPRS Messung ISDN Messung UMTS Messung Dauer Sekunden Dauer MM:SS Dauer Sekunden Dauer MM:SS Dauer Sekunden Dauer MM:SS Dauer Sekunden Dauer MM:SS Anmeldung 8, :08,85 75, :15,44 14, :14,17 Sprung zur Lebensvers. 7, :07,89 99, :39,39 18, :18,47 Eingabe und Berechnung 71, :11,56 245, :05,50 76, :16,80 Gesamte Transaktion 471, :51,02 104, :44,81 298, :58,43 Aus dem Vergleich der Transaktionsdauer für eine GPRS Verbindung und einer angenommenen UMTS Verbindung, zeigt sich, dass eine Vergrößerung der zur Verfügung stehenden Bandbreite nicht automatisch entsprechend proportional die Anwendung beschleunigt. Eine Vergrößerung der Bandbreite von 13.4 Kbps auf 2048 Kbps ( ca % Zunahme) ergibt bei einem vergleichbaren Delay eine Beschleunigung der Transaktion um ca. 37%. Wenn man sich hingegen die ISDN Werte anschaut, zeigt hier eine Vergrößerung der Bandbreite von 13,4 Kbps auf 64 Kbps (ca. 475 % Zunahme) bei gleichzeitiger Verkleinerung des Delays von durchschnittlich 573ms (GPRS) auf 42ms (ISDN) eine Beschleunigung von ca. 75 %. Aus diesen beiden Vergleichen wird deutlich, dass die Delayzeit zwischen Testrechner und Server eine entscheidene Rolle spielen. Das Problem dieser Delayzeit ist aber, dass man darauf kaum Einfluss nehmen kann. Die Laufzeit innerhalb des Netzwerkes ist bei GPRS sehr stark von den Funkkomponenten des Providers abhängig. Da man darauf als Kunde keinen Einfluss nehmen kann, muss man hingegen an der eingesetzten Applikation etwas verändern. Auffällig beim Test war das sehr viele Seiten für diese Beispieltransaktion aufgerufen werden mussten. Es wurden mehrere Frames innerhalb eines Browserfensters geöffnet und auch eine Anzahl von Grafiken. Dieser erste Eindruck bestätigte sich auch bei der Analyse der aufgezeichneten Daten. Die Tests wurden zwischen dem Testnotebook mit der IP Adresse 1xx.xxx.xxx.xxx und dem Server mit der IP 1xx.xxx.xxx.xxx durchgeführt. In nachfolgendem Screenshot sieht man im roten Kreis die Anzahl der Verbindungen, die während der Transaktion (98 Verbindungen) zwischen Testrechner und Server auf und wieder abgebaut wurden. NETCOR Seite 17 von 28

18 Verbindungen der Testapplikation Im Screenshot kann man auch Informationen zu den einzelnen Verbindungen sehen. Das Datenaufkommen der einzelnen Verbindungen ist sehr unterschiedlich. Es gibt Verbindungen, die kaum Daten auf der einen Seite übertragen. Auf der anderen Seite gibt es Verbindungen, die hingegen auch anscheinend eine Grafik übertragen. Das gesamte Datenaufkommen der Applikation ist überschaubar. Für die gesamte Transaktion wurden zwischen Testrechner und Server 276 Kbyte vom Server heruntergeladen und 112 Kbyte auf den Server übertragen. Daraus ergibt sich ein Gesamtvolumen von 388 Kbyte. NETCOR Seite 18 von 28

19 Das größte Problem sind aber die vielen Verbindungen, die zwischen Testrechner und Server auf und wieder abgebaut werden müssen. Für den Verbindungsaufbau und Abbau ist bei TCP ein Handshake-Verfahren notwendig, das länger dauert je größer das Delay auf dem Netzwerk wird. Die sehr hohen Delay Zeiten kann der erste Verbindungsversuch fehlschlagen und muss daher wiederholt werden. Das kommt dadurch zustande, weil das Betriebssystem innerhalb einer gewissen Zeit eine Antwort erwartet. Kommt die Antwort nicht oder verzögert, wird ein weiterer Versuch gestartet, wodurch die Transaktion sich weiter verzögert. Bei der weiteren Analyse der Daten wurde auch deutlich, dass die Hauptzeit der Transaktion bei einer GPRS Verbindung auf die Verbindung zwischen Testrechner und Server entfällt. Die Kommunikation des Servers mit seinen nachgeschalteten Datenbanden erfolgte zügig. Je nach Anfrage wurden nur wenige Millisekunden benötigt. Hingegen der GPRS Strecke verursachte dagegen ein Delay im Durchschnitt von 573 ms in eine Richtung. Eine Antwort vom Server konnte so 1 Sekunde oder mehr dauern. Bei der Messung zeigte sich, dass der Applikationsserver noch mit anderen Systemen kommuniziert. In nachfolgendem Screenshot sind die IP Adressen dieser Stationen aufgeführt. Die IP Adresse 1xx.xxx.xxx.xxx ist der Server selbst und die IP Adresse 1xx.xxx.xxx.xxx ist das Testnotebook. Stationen die auf dem Link zwischen Server und Switch zu sehen sind Es zeigten sich 100 Verbindungen auf dem Server Link. Nachfolgender Screenshot zeigt eine Übersicht von einigen Verbindungen sortiert nach der Anzahl der übertragenen Bytes. NETCOR Seite 19 von 28

20 Verbindungen im Server Link Erste Eingabeseite für die Lebensversicherung. Vierte Eingabeseite für die Lebensversicherung NETCOR Seite 20 von 28

21 DSL Emulation: WAN Emulation DSL WAN Einstellungen der WAN Cloud 1 und WAN Cloud 2 NETCOR Seite 21 von 28

22 Delay Einstellungen der WAN Cloud 1 und WAN Cloud 2 Eingestellte Bandbreite für Download Eingestellte Bandbreite für Upload NETCOR Seite 22 von 28

23 B. GPRS Emulation: WAN Emulation GPRS WAN Einstellungen der WAN Cloud 1 und WAN Cloud 2 NETCOR Seite 23 von 28

24 Delay Einstellungen der WAN Cloud 1 und WAN Cloud 2 Eingestellte Bandbreite für Download Eingestellte Bandbreite für Upload NETCOR Seite 24 von 28

25 C. ISDN Emulation: WAN Emulation ISDN WAN Einstellungen der WAN Cloud 1 NETCOR Seite 25 von 28

26 Delay Einstellungen der WAN Cloud 1 Eingestellte Bandbreite für Up- und Download NETCOR Seite 26 von 28

27 D. UMTS Emulation: WAN Emulation UMTS WAN Einstellungen der WAN Cloud 1 NETCOR Seite 27 von 28

28 Delay Einstellungen der WAN Cloud 1 Eingestellte Bandbreite für Up- und Download NETCOR Seite 28 von 28

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