Übungen zu Rechnerkommunikation

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1 Übungen zu Rechnerkommunikation Sommersemester 2010 Übung 2 Jürgen Eckert, Gerhard Fuchs, Mykola Protsenko, Rainer Hartmann, Andreas Mosthaf, Prof. Dr.-Ing. Reinhard German Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg Informatik 7 (Rechnernetze und Kommunikationssysteme) Rechnerkommunikation, Übung 2 1

2 Verzögerungszeiten an einem Knoten d nodal dl d proc d queue d trans d prop d proc = Verarbeitungsverzögerung (processing delay) typischerweise wenige Mikrosekunden oder noch weniger d queue = Warteschlangenverzögerung (queuing delay) lastabhängig d trans = Übertragungsverzögerung (transmission delay) = L/R, bei langsamen Verbindungen ein signifikanter Anteil d prop = Ausbreitungsverzögerung (propagation delay) Wenige Mikrosekungen bis hunderte Millisekunden Rechnerkommunikation, Übung 2 2

3 Wodurch treten Verzögerungen und Verlust auf? Pakete reihen sich in Puffer-Warteschlangen der Router ein (Queuing). Wenn die Paketankunftsrate an einem Link die Kapazität des ausgehenden Links übersteigt, t müssen die Pakete in den Warteschlangen warten, bis sie an der Reihe sind. A momentan übertragenes Paket (Verzögerung) B wartende Pakete (Verzögerung) freie (verfügbare) Pufferplätze: ankommende Pakete verworfen (Verlust), wenn keine Plätze frei Rechnerkommunikation, Übung 2 3

4 Warteschlangenverzögerung R = Bitrate des Links (bps) L = Paketlänge (Bits) = durchschnittliche Paketankunftsrate (#Pakete/ s) durchschnittliche Warteschlangenverzögerung [s] Verkehrsintensität = = L /R L /R ~ 0: Warteschlangenverzögerung klein L /R 1: 1 Verzögerungen werden groß 1 L /R L /R > 1: Es kommt mehr Arbeit an, als abgearbeitet werden kann, die durchschnittliche Verzögerung geht gegen unendlich! Rechnerkommunikation, Übung 2 4

5 Paketverlust Warteschlange (Puffer) vor dem Link im Router hat endliche Kapazität. Wenn Pakete ankommen, während die Warteschlange bereits voll ist, werden die Pakete verworfen (d.h. sie gehen verloren). Verloren gegangene Pakete können - vom vorherigen Netzwerkknoten t oder - von der Quelle (Endsystem) übertragen werden oder es findet keine Neuübertragung statt. Rechnerkommunikation, Übung 2 5

6 Echte Verzögerungszeiten im Internet Wie sehen Verzögerungen und Verlust im Internet in der Realität aus? traceroute-programm: misst Verzögerungszeiten von der Quelle zu den Routern entlang des Ende-zu-Ende-Pfades in Richtung des Ziels. Für alle i: Sende drei Pakete, die jeden Router i auf dem Pfad zum Ziel erreichen. Router i sendet die Pakete zurück zum Absender Absender misst jeweils das Zeitinterval zwischen Absenden und Empfang. 3P Pakete 3P Pakete 3 Pakete Rechnerkommunikation, Übung 2 6

7 Echte Verzögerungszeiten im Internet traceroute: von gaia.cs.umass.edu zu Drei Messungen der Verzögerung zwischen gaia.cs.umass.edu und cs-gw.cs.umass.edu 1 cs-gw ( ) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu ( ) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu ( ) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at wor.vbns.net ( ) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so wae.vbns.net ( ) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu edu ( ) 11 9) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu ( ) 22 ms 22 ms 22 ms ( ) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant.net ( ) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant.net ( ) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net ( ) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr ( ) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr ( ) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr ( ) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net t ( ) 54) 135 ms 128 ms 133 ms ( ) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * * bedeutet: keine Antwort (Paketverlust, Router antwortet nicht). 19 fantasia.eurecom.fr f ( ) ) 132 ms 128 ms 136 ms Transatlantik- Verbindung Rechnerkommunikation, Übung 2 7

8 Echte Verzögerungszeiten im Internet traceroute: von faui7u.informatik.uni-erlangen.de: traceroute to ( ), 30 hops max, 38 byte packets 1 reliant-37 ( ) ms ms ms 2 constellation.gate.uni-erlangen.de ( ) ms ms ms 3 enterprise.gate.uni-erlangen.de ( ) ms ms ms 4 borgcube.gate.uni-erlangen.de ( ) ms ms ms 5 cr-erlangen1-ge8-0.x-win.dfn.de ( ) ms ms ms 6 cr-leipzig1-po9-3.x-win.dfn.de po9 ( ) ms ms ms MPLS Label=63 CoS=5 TTL=1 S=0 7 cr-frankfurt1-po10-0.x-win.dfn.de ( ) ms ms ms 8 dfn.rt1.fra.de.geant2.net ( ) ms ms ms 9 abilene-gw.rt1.fra.de.geant2.net geant2 net ( ) 6) ms ms ms 10 nycmng-washng.abilene.ucaid.edu ( ) ms ms ms 11 nox230gw1-po-9-1-nox-nox.nox.org ( ) ms ms ms 12 nox230gw1-peer-nox-mit nox.org ( ) ms ms ms 13 W92-RTR-1-BACKBONE.MIT.EDU ( ) ms ms ms 14 ( ) ms ms ms lokal: < 1 ms innerhalb Europas: < 20 ms transatlantisch: > 100 ms Rechnerkommunikation, Übung 2 8

9 Übung 2.1 (Traceroute) Führen Sie einen traceroute zwischen einer Linux- Workstation im CIP-Pool Pool und einem beliebigen Ziel in Europa zu verschiedenen aus. Bestimmen Sie die mittlere Round-Trip-Zeit. Wiederholen Sie dies für ein Ziel in den USA. (Die Man-Page für Van Jacobsons traceroute im CIP-Pool ist, wie üblich, mittels des Befehls man traceroute abrufbar.) Rechnerkommunikation, Übung 2 9

10 Übung 2.2 Betrachten Sie eine Anwendung, die mit einer konstanten Rate Daten versendet, d.h. der Sender überträgt alle k Zeiteinheiten N Bits an Daten. Dabei soll k klein und konstant sein. Zudem soll die Anwendung nach dem Start relativ lange aktiv sein. Ist für diese Anwendung ein paketvermitteltes oder ein leitungsvermitteltes Netz geeigneter? Warum? Nehmen Sie an, es wird ein paketvermitteltes Netz verwendet, der gesamte Verkehr in diesem Netz stammt von Anwendungen mit obiger Charakteristik und die Summe der Datenraten der Anwendungen ist kleiner als die Kapazität eines jeden Links im Netz. Ist in diesem Fall eine Überlastkontrolle nötig? Warum? Rechnerkommunikation, Übung 2 10

11 Übung 2.3 In dieser Aufgabe soll das Senden von Sprache von Rechner A an Rechner B über ein paketvermitteltes Netz betrachtet werden (wie bei Internet-Telefonie). Die analogen Sprachdaten werden von Host A zur Eht Echtzeit itin einen digitalen diitl Datenstrom Dt t mit it64kb kbps konvertiert tund dann in Pakete der Größe 48 Bytes gruppiert. Zwischen Host A und B befindet sich ein Link mit einer Bitrate 1 Mbps und mit einer Ausbreitungsverzögerung von 2 ms. Sobald A ein Paket zusammen hat, wird es an B gesendet. Wenn B das Paket vollständig empfangen hat, werden die enthaltenen Digitaldaten in ein Analogsignal konvertiert. Wie lange dauert es von der Erzeugung eines Bits aus dem Analogsignal bei A bis zur Rückverwandlung in ein Analogsignal bei B? Rechnerkommunikation, Übung 2 11

12 Übung 2.4 Betrachten Sie die Warteschlangenverzögerung in einem Puffer eines Routers (vor einem ausgehenden Link). Nehmen Sie an, alle Pakete haben eine Länge von L Bits, die Übertragungsrate ist R bps und alle LN/R Sekunden kommen N Pakete an. Bestimmen Sie die mittlere Warteschlangenverzögerung eines Pakets. Rechnerkommunikation, Übung 2 12

13 Übung 2.5 Betrachten Sie die Warteschlangenverzögerung in einem Puffer eines Routers. Gegeben seien die Verkehrsintensität =L /R die Warteschlangenverzögerung d queue = L/(R(1- )) für <1. Geben Sie eine Formel für die Gesamtverzögerung an, d.h. Warteschlangen- plus Übertragungsverzögerung. Zeichnen Sie die Gesamtverzögerung als Funktion von L/R. Rechnerkommunikation, Übung 2 13

14 Übung 2.6 Verallgemeinern Sie die Formel für die Ende-zu-Ende- Verzögerung d end-end = E (d proc +d trans +d prop ) + d proc für heterogene Verarbeitungsraten, t Übertragungsraten t und Ausbreitungsverzögerungen. E bezeichnet die Anzahl der Links zwischen Start- und Zielknoten. Wiederholen Sie die die Verallgemeinerung, aber nehmen Sie nun auch an, dass bei jedem Knoten zusätzlich eine Warteschlangenverzögerung von d queue auftritt. Rechnerkommunikation, Übung 2 14