Übungen zu Rechnerkommunikation

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1 Übungen zu echnerommuniation Sommersemester 009 Übung 5 Jürgen Ecert, Myola Protseno PD Dr.-Ing. Falo Dressler Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg Informati 7 (echnernetze und Kommuniationssysteme) echnerommuniation, Übung 5

2 TCP: eistungsanalyse Zeit zum Übertragen eines bjetes mit TCP hängt ab von - bjetgröße - Bitrate - Ausbreitungsverzögerung - Verzögerungen durch Protoollmechanismen insbesondere Slow-Start ann sich spürbar auswiren im Folgenden: Annahmen eine Bitfehler und Verluste eine schwanenden Bitraten und Verzögerungen s benötigen eine Übertragungszeit eine Bearbeitungszeiten Fenster der Flussontrolle immer groß genug echnerommuniation, Übung 5

3 TCP: eistungsanalyse analytische Betrachtungen für feste Fenstergröße, eine Wartezeiten für feste Fenstergröße, mit Wartezeiten für dynamische Fenstergröße, mit Wartezeiten (dynamisch: wachsend wie bei Slow Start) Notation ti : MSS in Bits : bjetgröße in Bits : Bitrate : round trip time W: Fenstergröße in MSSs echnerommuniation, Übung 5 3

4 TCP eistungsanalyse: festes Fenster, eine Wartezeiten Client Server 3-way Handshaing und equest bis zum Eintreffen des ersten Bits des ersten Segments des bjets SYN SYN + + equest Übertragung eines bjets der Größe über einen in mit Bitrate / Verzögerung = + / echnerommuniation, Übung 5 4

5 TCP eistungsanalyse: festes Fenster, eine Wartezeiten Wann tritt dies auf? Fenster groß genug trifft ein, bevor omplettes Fenster auf die eitung geschict wurde - /: Senden eines Segments der Größe über einen in mit Bitrate - : Zeit vom Absenden des letzten Bits eines Paetes bis zugehöriges beim Server eintrifft - W/: Sendeneineseines Fensters der Größe W über einen in mit Bitrate Server hat spätestens nach Empfang des s Platz im Fenster und ann weitersenden W/ / + Client Server / W/ echnerommuniation, Übung 5 5

6 TCP eistungsanalyse: festes Fenster, Wartezeit Client Server 3-way Handshaing und equest bis zum Eintreffen des ersten Bits des ersten Segments des bjets Wartezeit nach jedem Fenster: / + W/ K Fenster (K-)-mal warten Wie viele Fenster der (maximalen) Größe W werden für die Übertragung eines bjetes der Größe benötigt? SYN SYN + + equest / W/ Wartezeit K W echnerommuniation, Übung 5 6

7 TCP eistungsanalyse: festes Fenster, Wartezeit restliche Verzögerungen wie im vorherigen Fall Client SYN Server Verzögerung = SYN + + equest + / + (K-)[/ + - W/] Wann tritt dieser Fall ein? Fenstergröße reicht nicht aus / W/ Wartezeit Fenster ist vollständig übertragen, bevor das für das erste Segment eintrifft W/ < / + echnerommuniation, Übung 5 7

8 TCP eistungsanalyse: dynamisches Fenster Client Server 3-way Handshaing und equest bis zum Eintreffen des ersten Bits des ersten Segments des bjets Verzögerung = + / + SlowStart-Wartezeiten SYN SYN + + equest. Fenster. Fenster 3. Fenster 4. Fenster 5. Fenster echnerommuniation, Übung 5 8

9 TCP eistungsanalyse: dynamisches Fenster SlowStart-Wartezeiten: Client Server SYN falls W/ / +, d.h. SYN + / + - W/ 0: + equest / + - W/ / falls W/ > / +, d.h. Wartezeit / + - W/ < 0: 0 (eine Wartezeit) / Warte- zeit = 0 Warte-. Fenster: W zeit. Fenster: W = 4 / Wie entwicelt sich die Fenstergröße W? / / -tes Fenster: W = - 8 / Wartezeit nach dem -ten Fenster: max{/ /; 0} eine Wartezeit echnerommuniation, Übung 5 9 / /

10 TCP eistungsanalyse: dynamisches Fenster Wie oft wird gewartet? Client Server Selbst bei einem unendlich großen bjet muss nur endlich SYN SYN + oft gewartet werden. + equest - Fenstergröße steigt. Fenster exponentiell an - Irgendwann ist das Fenster so groß, dass das für das erste Segment des Fensters anommt, bevor das letzte Bit des letzten Segments auf die eitung geschict wurde. Damit hat der Server wieder Platz für mindestens ein Segment im Sendefenster und er ann ohne Pause weitersenden.. Fenster 3. Fenster 4. Fenster eine Wartezeit 5. Fenster echnerommuniation, Übung 5 0

11 TCP eistungsanalyse: dynamisches Fenster Bis zu welchem Fenster treten bei einem unendlich großen bjet Wartezeiten auf? Wartezeiten treten auf, solange gilt, dass / / 0 ist. Also gilt für Anzahl Q von Wartezeiten bei unendlich großem bjet: Q max : max : max : log / log / / 0 max : max : log / echnerommuniation, Übung 5

12 TCP eistungsanalyse: dynamisches Fenster Wie viele Fenster werden benötigt, um ein bjet der Größe zu übertragen? Summe der Fenstergrößen muss größer oder gleich der bjetgröße sein: W : min K i Mit W = - : i i : min : min : min : min K i i i i log : min : min : min log echnerommuniation, Übung 5

13 TCP eistungsanalyse: dynamisches Fenster Wie viele Wartezeiten treten bei einem endlich großen bjet der Größe auf? Eventuell ist das bjet nicht so groß, dass während der Übertragung das Fenster so groß wird, dass nicht mehr gewartet werden muss. Bei K Fenstern muss maximal K- oft gewartet werden. Daher gilt hier für die Anzahl P der tatsächlichen Wartezeiten: P min Q; K min log / ; log Für die. dieser P Wartezeiten gilt dann immer, dass Wartezeit = / / 0 (ergibt sich aus der Berechung von Q) echnerommuniation, Übung 5 3

14 TCP eistungsanalyse: dynamisches Fenster Aus den oben angegebenen Tatsachen ergibt sich dann die Gesamtverzögerung Gesamtverzögerung Wartezeit delay P P P P P P P mit log ; / log min P echnerommuniation, Übung 5 4

15 TCP eistungsanalyse: dynamisches Fenster Bestandteile der Gesamtverzögerung: delay P P Verbindungs- Übertragung SlowStart-Wartezeiten aufbau eines bjets der Größe über einen in mit Bitrate echnerommuniation, Übung 5 5

16 TCP: eistungsanalyse, Antwortzeiten bei Web-Seiten Web-Seite mit: Basis-HTM-Seite ( Bits) M Bilder (auch jeweils Bits) nicht-persistentes HTTP: M+ sequentielle TCP-Verbindungen Antwortzeit = (M+)/ + (M+) + Slow-Start-Wartezeiten persistentes HTTP: für Basis-Seite für M Bilder Antwortzeit = (M+)/ Slow-Start-Wartezeiten nicht-persistentes HTTP mit X parallelen Verbindungen Annahme: M/X ist ganze Zahl TCP-Verbindung für Basis-Seite M/X Mengen von parallelen Verbindungen für Bilder Antwortzeit = (M+)/ + (M/X+) + Slow-Start-Wartezeiten echnerommuniation, Übung 5 6

17 Beispiel: HTTP Berechnung der Antwortzeit für die Übertragung einer Webseite über nichtpersistentes HTTP eine HTM-Basisseite, Größe Bits M eingebettete bjete (Bilder), ebenfalls jeweils Größe Bits bei nichtpersistentem HTTP ergeben sich M+ sequentielle Verbindungen, in denen jeweils Bits übertragen werden daher gilt für die Gesamtantwortzeit delay P M P echnerommuniation, Übung 5 7

18 Übung 5. Nehmen Sie an, TCP würde sein Überlastfenster für jedes empfangene -Segment um zwei anstatt um eins vergrößern. Dann bestünde das erste Fenster aus einem Segment, das zweite aus drei Segmenten, das dritte aus neun Segmenten usw. Bestimmen Sie K als Ausdruc in und. Bestimmen Sie Q als Ausdruc in, und. Bestimmen Sie die Gesamtverzögerung unter Verwendung von,,, und P = min{q; K-} echnerommuniation, Übung 5 8

19 Übung 5. In der Modellierung der Verzögerungszeiten wurde stets von einem einzigen in zwischen Client und Server ausgegangen. Wiederholen Sie die Analyse für T ins zwischen Client und Server. Jedoch tritt nun ein Store-and-Forward-Delay auf. Nehmen Sie an, dass dieses Delay für -Segmente und Segmente zum Verbindungsaufbau vernachlässigbar lein ist und es nur für Segmente berücsichtigt werden muss, die Daten enthalten. im Netzwer eine Überlast auftritt und die Paete daher eine Warteschlangenverzögerungen erfahren. Tipp: T ins Die Zeit vom Absenden des ersten Bits des ersten Segmentes beim Server bis zum Empfang des zugehörigen s beträgt T/ +. echnerommuniation, Übung 5 9

20 TCP: eistungsanalyse = 00 ms, = 5 Kbytes, M=0, X=5 S Kbps 00 Kbps Mbps 0 Mbps non-persistent it t persistent parallel nonpersistent Für geringe Bitraten wird die Antwortzeit durch die Übertragungszeit dominiert; persistente Verbindungen ergeben nur geringen Vorteil gegenüber parallelen Verbindungen. echnerommuniation, Übung 5 0

21 TCP: eistungsanalyse = s, = 5 Kbytes, M=0, X=5 S non-persistent persistent 0 0 parallel nonpersistent 0 8 Kbps 00 Mbps 0 Kbps Mbps Für große s wird die Antwortzeit durch Slow-Start-Wartezeiten dominiert,,persistente Verbindungen ergeben insbesondere für große Bitraten-Verzögerungs-Produte Vorteile. echnerommuniation, Übung 5