Netzwerkperformance 2.0

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1 Netzwerkperformance 2.0 Die KPI`s als Schlüsselfaktoren der Netzwerke Andreas Dobesch, Product Manager DataCenter Forum 2014, Trafo Baden ISATEL Electronic AG Hinterbergstrasse 9 CH 6330 Cham Tel

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3 OSI Schichtenmodell 7 Anwendung 6 Darstellung 5 Sitzung HTTP, FTP, RTP, Telnet, SNMP Applikation IT Administrator 4 Transport 3 Vermittlung UDP, TCP IP Host to Host Internet Netzwerk Administrator 2 Sicherung 1 Physikalisch Ethernet Network Access Infrastruktur Verantwortlicher

4 OSI Schichtenmodell Grosse Firmen Mittlere Firmen Kleine Firmen 7 Anwendung 6 Darstellung IT Administrator IT Administrator IT Administrator 5 Sitzung 4 Transport 3 Vermittlung 2 Sicherung Netzwerk Administrator Netzwerk Administrator 1 Physikalisch Infrastruktur Verantwortlicher

5 Performance Das geht rein Netzwerk Das kommt raus

6 Performance Unterschiedliche Faktoren beeinflussen die Performance des Netzwerks Das geht durch Das geht nicht durch So lange dauerts Mal mehr, mal weniger Δt

7 Performance Die Parameter zur Definition der Performance Durchsatz Das geht durch Paketverluste Laufzeit Jitter Das geht nicht durch So lange dauerts Mal mehr, mal weniger Δt

8 Begriffe Zugang, Bandbreite, Durchsatz LAN WAN LAN Zugangsrate (Access Rate) Welche Schnittstelle wird für den Netzzugang verwendet?

9 Zugangsrate Access Rate Zeitbedarf für das Aussenden und Einlesen eines Paketes (ohne Signallaufzeit) 10 MBit 1518 Bytes 1,2 ms 1518 Bytes 100 MBit 1518 Bytes 0,12 ms 1518 Bytes 1 GBit 1518 Bytes 12 µs 1518 Bytes 10 GBit 1518 Bytes 1,2 µs 1518 Bytes 100 GBit 1518 Bytes 120 ns 1518 Bytes

10 Begriffe Zugang, Bandbreite, Durchsatz LAN WAN LAN Zugangsrate (Access Rate) Welche Schnittstelle wird für den Netzzugang verwendet? Bandbreite (Transport Rate) Wieviel Bit/s stehen für die jeweilige Protokollebene zur Verfügung? Layer 1, Layer2 (Ethernet), Layer 3 (IP), Layer 4 (TCP/UDP)

11 Bandbreite Transport Rate Anzahl der verfügbaren Bit/s für die jeweilige Protokollebene 7 Anwendung 6 Darstellung DATA 5 Sitzung FTP DATA 4 Transport TCP FTP DATA 3 Vermittlung IP TCP FTP DATA 2 Sicherung MAC IP TCP FTP DATA FCS 1 Physikalisch PRE MAC IP TCP FTP DATA FCS GAP

12 Bandbreite Transport Rate Übertragung von 64 Byte (BT) Frames über 100 Mbps Verbindung Bandbreite (L1) = Paketrate N x Paketgrösse (L1) s Paketrate N = Bandbreite L1 x 1s Paketgrösse (L1) N = 100 Mbit x 1s s x 672 bit = Pakete s Bandbreite (L2) = Paketrate N x Paketgrösse (L2) s Bandbreite L2 = Pakete x 512 bit s Bandbreite L2 = 76,2 Mbps L2 Ethernet Frame (64 BT) MAC IP TCP FTP DATA FCS L1 Last (84 BT) PRE MAC IP TCP FTP DATA FCS GAP 100 Mbps 8 BT 12 BT

13 Bandbreite Transport Rate Übertragung von 64 Byte (BT) Frames über 100 Mbps Verbindung L6 Datenpaket DATA L5 FTP Paket FTP DATA L4 TCP Paket (26 BT) TCP FTP DATA 30,9 Mbps L3 IP Paket (46 BT) IP TCP FTP DATA 54,8 Mbps L2 Ethernet Frame (64 BT) MAC IP TCP FTP DATA FCS 76,2 Mbps L1 Last (84 BT) PRE MAC IP TCP FTP DATA FCS GAP 100 Mbps

14 Begriffe Zugang, Bandbreite, Durchsatz LAN WAN LAN Zugangsrate (Access Rate) Welche Schnittstelle wird für den Netzzugang verwendet? Bandbreite (Transport Rate) Durchsatz (Throughput Rate) Wieviel Bit/s stehen für die jeweilige Protokollebene zur Verfügung? Layer 1, Layer2 (Ethernet), Layer 3 (IP), Layer 4 (TCP/UDP) Wieviel Bit/s werden fehler und verlustlos übertragen? L1,2,3 und 4 (UDP) entspricht der Bandbreite (kein PacketLoss) L4 TCP Durchsatz kann von der Bandbreite abweichen

15 Durchsatzrate Throughput Rate Effektiver Durchsatz Bandbreite L4 = 30,9 Mbps L3 = 54,8 Mbps L2 = 76,2 Mbps L1 = 100 Mbps fehlerfreier Stream 30,9 M 54,8 M 76,2 M 100 M Effektiv Bei fehlerfreier Übertragung entspricht der effektive Durchsatz der Bandbreite

16 Durchsatzrate Throughput Rate Effektiver Durchsatz Bandbreite L4 = 30,9 Mbps L3 = 54,8 Mbps L2 = 76,2 Mbps L1 = 100 Mbps 30,9 15,4 M 54,8 M 76,2 M 100 M Effektiv Stream incl. TCP Retransmissions TCP Retransmissions sind im Fehlerfall notwendig zur vollständigen Übertragung Der maximal erzielte Durchsatz ändert sich dadurch nicht und bleibt gleich der Bandbreite Der effektive Durchsatz im TCP reduziert sich proportional zur Anzahl der Retransmissions

17 Paketverluste Packet Loss Fehlende Informationen werden neu angefordert Datensatz ist vollständig, aber verzögert UDP keine Fehlerkorrektur Daten werden unvollständig empfangen TCP Fehlerkorrektur: Daten werden vollständig empfangen Verlorengegangene Informationen werden erneut angefordert (TCP Retransmissions) Das erhöht jedoch die Netzlast und vermindert die Performance der Anwendung

18 Laufzeit Latency Frame Delay 1500 Bytes Netzwerk 10Mb 2Mb 1Gb 100 Mb 100Mb LAN WAN = 200 km LAN Access 1.2 ms 6ms ms 0.12 ms 0.12 ms Transport 0.03 ms 0.03 ms 0.03 ms 0.03 ms 0.03 ms 0.03 ms Physikalisch 1ms One Way Delay: ms Round Trip Time: ms Hinweis Verarbeitungszeit in den Netzelementen ca. 30µs. (Reine Vermittlungszeit. Verzögerung durch Puffer ist hier nicht berücksichtigt) Laufzeit über die physikalischen Leitungen: 5µs/km (auf Basis der Signalausbreitungsgeschwindigkeit von km/sec)

19 Laufzeit Latency Frame Delay 1500 Bytes Netzwerk 10Mb 2Mb 1Gb 100 Mb 100Mb LAN WAN = 200 km LAN TCP Performance (Bit/s) = TCP Window Size (Bit) Round Trip Time (s) One Way Delay: ms Round Trip Time: ms TCP Window Size: 23,040 Bit = 23,040 Bit s = 1.51 Mbps Die maximal erreichbare TCP Window Size richtet sich nach dem schwächsten Glied der Kette. Errechneter Wert im Beispiel: 23,040 Bit

20 Laufzeit Latency Frame Delay 1500 Bytes Netzwerk 10Mb 2Mb 1Gb 100 Mb 100Mb LAN WAN = 200 km LAN TCP Performance (Bytes/s) = TCP Window Size (Bytes) Round Trip Time (s) TCP Window Size: 23,040 Bit = 1.15 Mbps (High) = 0.58 Mbps (Medium) = 0.31 Mbps (Low) Durch Store and Forward und unterschiedliche Netzarchitekturen erhöhen sich die Laufzeiten in der Praxis. Grenzwertempfehlung gemäss MEF: Service High Medium Low Laufzeit (ms) Metro

21 Laufzeitschwankung Jitter Beispiel VoIP G ms 20ms 20ms L2 L3 L4 L5 20ms L2 L3 L4 L5 20ms L2 L3 L4 L5 20ms L2 L3 L4 L5 20ms L2 L3 L4 L5 20ms L2 L3 L4 L5 20ms 20ms 20ms 20ms G.711

22 KPI Key Performance Indikatoren Key Performance Indikatoren Paketverlust Laufzeit Jitter

23 Messtechnik Gerätebenchmarking (RFC 2544) Durchsatz Laufzeit Jitter PacketLoss Back to Back Systemerholung

24 Messtechnik Leistungsgrenzen von Verbindungen (RFC 2544) Durchsatz Laufzeit Jitter PacketLoss

25 Messtechnik Effektive Durchsatzmessungen TCP TrueSpeed (RFC 6349)

26 Messtechnik Benchmarking von Netzwerken

27 Messtechnik Benchmarking im DataCenter

28 XXX, XXX XXX XXX XXX XXX XXX XXX XXX XXX Networkworld with Spirent TestCenter tests 6 vendors Top of Rack 10G switches RFC 2889 RFC 2544 RFC 3918 Full mesh traffic Quelle:

29 Netzwerkperformance 2.0 Einhaltung der KPIs ist essentiell WAN LAN Data Center

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