Messmethoden zur Eignung von Gigabit-Ethernet für Echtzeit-Anwendungen

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1 Messmethoden zur Eignung von Gigabit-Ethernet für Echtzeit-Anwendungen Eingebettete Systeme 25. / 26. November 2004 Boppard am Rhein Jochen Reinwand

2 Inhalt Motivation Messmethodik Paketgrößenverteilung Auslastung Delaymessungen Ergebnisse 2

3 Motivation Echtzeitanwendungen über IP-Netze Hohe Netzlast? unvorhersehbare Latenz Entscheidend: IP-Delays (hier: One-Way-Delay OWD) Delay erzeugt durch Netzintrinsische Paketlaufzeit Routingdelay Routingdelay erzeugt durch Bandbreite Verkehrseingänge > Verkehrsausgänge Interne Organisation des Routers (Hard- und Software) 3

4 Messmethodik (1) Passive vs. aktive Messungen Aktiv: + Anpassung der Messparameter - Nur Testpakete erfasst - Messung durch Testpakete verfälscht Passiv: + Alle Pakete betrachtet - Große Datenmenge - Teure Messkarten und ggf. zusätzliche Hardware 4

5 Messmethodik (2) Netzauslastung Typischerweise über Portcounter gemessen und mit Tools wie MRTG (SNMP) ausgewertet Problem: zu geringe Zeitauflösung Überlastungen auch in sehr geringen Zeitintervallen (unter 1 Sekunde) interessant Kernpunkt der Untersuchungen des G-WiN-Labors 5

6 Messmethodik (3) Messaufbau (passiv und aktiv) 6

7 Messmethodik (4) Messung zwischen Kernnetzrouter und Accessrouter am Knoten Erlangen (Gigabit-Ethernet, Glasfaser) Optischer Splitter Messkarte von Endace (DAG) Mithören der Header aller Pakete möglich? Netzwerk-Monitoring-System Sogar Betrachtung einzelner Ethernetframes möglich aber: nicht sinnvoll für Auslastungsmessung Zweiter Aufpunkt an Zugangsrouter der Universität Leipzig GPS-Uhr von Meinberg (PPS Zeitsignal direkt von Messkarte verarbeitet) Durch Zeitsynchronisation Zwei-Punkt-Messung möglich 7

8 Paketgrößenverteilung (1) Paketgrößenverteilung im G-WiN Routerinterne Statistikinformationen Passive Messsysteme Routerintern Beispiele für typische Paketgrößen: 1500 Bytes: MTU in LANs 40 Bytes: ACK-SYN Pakete % Bucket

9 Paketgrößenverteilung (2) Passive Messsysteme % Paketgröße

10 Paketgrößenverteilung (3) 10

11 Auslastung (1) Auslastung gemessen für 10 ms Intervall Für jede Sekunde werden drei Intervalle bestimmt: Minimum Maximum Median Beobachtungen: Praktisch in jeder Sekunde Zeiten mit Auslastung 0 Ebenso immer Maxima der Auslastung Verkleinerung des Zeitintervalls? höhere Maxima Grund für 10 ms: Mittlere Delays im G-WiN 11

12 Auslastung (2) Auslastungsmessung am Standort Erlangen (passiv) 12

13 Auslastung (3) Auslastung ermittelt über Routerstatistik Mittelung über 5 min Intervall Tatsächliche kurzzeitige Last nicht wiedergegeben Maxima und Minima entfallen 13

14 Delaymessungen Delaymessungen Erlangen - Leipzig Zeitstempel und Headerinformationen für Zuordnung benutzt 14

15 Delaymessung (paketgrößenabhängig) Höhere Delays größerer Pakete Verarbeitungszeit in Routern größenabhängig Zeitlich nicht konstante Paketgrößenverteilung Z.B. größere Downloads, Broadcasts etc. 15

16 Delaymessung (aktiv) Relativ gute Übereinstimmung mit passiver Messung Andere Messstrecke Analyse durch CPU, nicht NIC 16

17 Ergebnisse Passiv Messungen geeignet zur Bestimmung charakteristischer Kenngrößen, wie One-Way-Delay Paketgrößenverteilung Auslastung Aussagen über Netzzustände in kleinem zeitlichen Maßstab möglich durch Analyse des realen Verkehrs Hohe zeitliche Auflösung Analyse spezifischer Pakete Analyse von Flows Passivmessung sinnvolle Ergänzung zu anderen Methoden, die längerfristigen Zeitrahmen betrachten (z.b. aktive Messungen) 17

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