Die Magie der großen Zahlen. Trotz hoher Taktraten schlechte Antwortzeiten wo liegen die Ursachen. Wolfgang Schau

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1 Intelligence for a better world Trotz hoher Taktraten schlechte Antwortzeiten wo liegen die Ursachen Wolfgang Schau GTEN AG Die Magie der großen Zahlen! Je höher die Taktrate, desto größer der Durchsatz " Z.B. 100 Mbit/s = 12 MB / Sekunde zumindest theoretisch! DSL 30 mal schneller als ISDN " In der Werbung ja " praktisch eher nein!! Antwortzeit abhängig von der Taktrate der CPU - zumindest laut Verkaufsprospekt 2003 GTEN AG 2

2 ! Taktrate = Grundfrequenz des elektrischen Signals Definitionen! Baudrate = Anzahl der übertragenen Zustände Sekunde! Bitrate = Anzahl der übertragenen Bits pro Sekunde! Datenrate = Anzahl der übertragenen Datenbits/s! Übertragungsrate = Anzahl der übertragenen Bytes/s! Übertragungszeit = Zeit vom Senden bis zum vollständigen Empfang der Daten! Antwortzeit = Zeit vom Senden der Anforderung bis zum Beginn der Antwort! Transaktionszeit = Zeit vom Senden der Anforderung bis zum vollständigen Empfang der Antwort 2003 GTEN AG 3 Taktrate vs Bitrate 2 B-Wort Quart ! Taktrate " Grundfrequenz, mit der die Informationen über eine Leitung getaktet wird! Bitrate " Anzahl von Bits, die pro Zeiteinheit (Sekunde) übertragen wird. - Taktrate und Codierungsart bestimmen die Bitrate 2003 GTEN AG 4

3 Datenrate! Datenrate " Anzahl Nutzdaten, die pro Zeiteinheit übertragen wird " Framing, Bitstuffing, Management und Steuerinformationen reduzieren die Netto Datenrate (Z.B. ISDN: 144 zu 192 kbit/s) Coderegelverletzung innerhalb 14 Bit 48 Bit in 250 µs F L B B1.8 E D A FA N B B2.8 E D S1 B B1.8 E D S2 B B2.8 E D L 2 Bit Offset D L F L B B1.8 L D L FA L B B2.8 L D L B B1.8 L D L B B2.8 L D L Coderegelverletzung innerhalb 14 Bit A Aktivierungsanzeige F Framing Bit (= 0) B1.x Bits im B1 Kanal F A Zusätzliches Framing Bit (= 0) B2.x Bits im B2 Kanal L Ausgleichsbit (Even Parity) D Bits im D-Kanal N-Bit (= 1) E Echo S1, S2 Sonderfunktion (=0) 2003 GTEN AG 5 Übertragungszeit! Übertragungszeit " Zeit vom Abschicken einer größeren Informationseinheit Datenpaket, Datei, etc., bis zum vollständigen Empfang auf der Gegenseite Unterscheidung in Simplexe Übertragung ohne Sicherungsprotokoll Duplexe Übertragung hdx = half duplex fdx = full duplex) 2003 GTEN AG 6

4 Simplexe Übertragung Data t [µs] Data! Faktoren für die Übertragungszeit: " Bitrate " Overhead " Physikalische Laufzeit = < c (c = 3*10 8 m/s) 2003 GTEN AG 7 Beispiel: Simplexe Übertragung 2 Mbit/s 600 km! Beispiel " Information = 1 KB " Datenrate = 2 Mbit/s " Physikalische Laufzeit 0,6 c (c = 3*10 8 m/s) 5 µs / km! Taktzeit " * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms! Physikalische Laufzeit " 600*10 3 /3*10 8 = 2 ms! Gesamte Übertragungszeit = 6 ms??? 2003 GTEN AG 8

5 155 Mbit/s 128 kbit/s (2 Mbit/s) Datenübertragung in der Praxis 155 Mbit/s 600 km 155 Mbit/s! Praxis: " Ca. 10 Store and Forward Hobs " Datenrate im Access Bereich = 1.568/128 kbit/s bzw. 2 Mbit/s " Datenrate im Back-Bone Bereich 155 / 622 Mbit/s " Physikalische Laufzeit 0,6 c (c = 3*10 8 m/s) 5 µs / km 2 Mbit/s ADSL 1568 / 256 kbit/s Taktzeit 1* * 8 / 128*10 3 = 64 ms 8* * 8 / 155* 10 6 = 0,4 ms 1* * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms 1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*10 3 /3* ms Gesamt: 72,2 ms SDSL 2 MBit/s Taktzeit 1* * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms 8* * 8 / 155* 10 6 = 0,4 ms 1* * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms 1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*10 3 /3* ms Gesamt: 12,2 ms 2003 GTEN AG 9 Antwortzeit (Duplexe Übertragung) Data t [µs]! Faktoren für die Übertragungszeit: " 2 * (Bitrate + Overhead + Physikalische Laufzeit) " + Verarbeitungszeit Data Quittung t [µs] Quittung 2003 GTEN AG 10

6 Duplexe Übertragung in der Praxis 1.568/256 kbit/s 155 Mbit/s 155 Mbit/s 600 km 155 Mbit/s! Praxis: " Ca. 10 Store and Forward Hobs " Datenrate im Access Bereich = 2 Mbit/s " Datenrate im Back-Bone Bereich 155 / 622 Mbit/s " Physikalische Laufzeit 0,6 c (c = 3*10 8 m/s) 5 µs / km 2 Mbit/s Upstream Downstream Taktzeit 1* * 8 / 128*10 3 = 64 ms 8* * 8 / 155* 10 6 = 0,4 ms 1* * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms 1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*10 3 /3* ms Gesamt: 72,2 ms Total Roundtrip: Taktzeit 1* * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms 8* * 8 / 155* 10 6 = 0,4 ms 1* * 8 / 1.568*10 3 = 5,2 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms 1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*10 3 /3* ms Gesamt: 13,4 ms 85,6 ms (+Verarbeitungszeit) 2003 GTEN AG 11 Routenverfolgung tracert Routenverfolgung zu [ ] über maximal 30 Abschnitte: 1 71 ms 60 ms 70 ms ms 61 ms 60 ms ms 70 ms 71 ms atm1-0.bremen2.kkf.net [ ] 4 70 ms 70 ms 70 ms at m20.ham.bmcag.net [ ] 5 80 ms 80 ms 80 ms at nap.decix.bmcag.net [ ] 6 90 ms 90 ms 81 ms de-cix.ffm.plusline.net [ ] 7 80 ms 90 ms 90 ms bahn-pl.m.plusline.net [ ] 8 90 ms 90 ms 90 ms david.bahn.de [ ] 9 80 ms 91 ms 90 ms andreas.bahn.de [ ] ms 100 ms 100 ms klaus.bahn.de [ ] ms 90 ms 90 ms [ ] 2003 GTEN AG 12

7 Route zu Yahoo.co.jp Routenverfolgung zu [ ] 1 60 ms 60 ms 60 ms ms 60 ms 70 ms ms 70 ms 61 ms atm1-0.bremen2.kkf.net [ ] 4 70 ms 70 ms 70 ms at m20.ham.bmcag.net [ ] ms 170 ms 170 ms so nap.ash.us.bmcag.net [ ] ms 160 ms 160 ms ge r01.asbnva01.us.bb.verio.net [ ] ms 170 ms 180 ms p r21.asbnva01.us.bb.verio.net [ ] ms 231 ms 240 ms p r20.plalca01.us.bb.verio.net [ ] ms 230 ms 241 ms xe r21.plalca01.us.bb.verio.net [ ] ms 231 ms 230 ms p r21.mlpsca01.us.bb.verio.net [ ] ms 230 ms 231 ms p r80.mlpsca01.us.bb.verio.net [ ] ms 360 ms 351 ms p r21.tokyjp01.jp.bb.verio.net [ ] ms 371 ms 350 ms xe a21.tokyjp01.jp.ra.verio.net [ ] ms 340 ms 361 ms ge a08.tokyjp01.jp.ra.verio.net [ ] ms 350 ms 351 ms ms 350 ms 351 ms g1-0-n-otemachi-core4.sphere.ad.jp [ ] ms 351 ms 350 ms p7-0-fdm-core1.sphere.ad.jp [ ] ms 350 ms 351 ms g0-9-fdm-arena-gw5.sphere.ad.jp [ ] ms 341 ms 340 ms ms 350 ms 351 ms GTEN AG GTEN AG 14

8 Transaktionszeit Data 1 Window = 1:! Faktoren für die Übertragungszeit: " N * (2 * (Bitrate + Overhead + Physikalische Laufzeit) + Verarbeitungszeit) " (N = Anzahl Pakete) Data 1 Quittung Data 2 Data 2 t [ms] 2003 GTEN AG 15 Beispiel Filetransfere Window = 1! File = 600 KB " Packet Size = Byte # 409,6 Pakete " Roundtrip per Paket = 350 ms " Total Time = 409,6 * 350 ms = 143,36 sec! Netto Übertragungsrate " 600 * * 8 / 143,36 = 120 kbit/s 2003 GTEN AG 16

9 Einfluss der Windows Size Data 1 Data 2 Data 3 Data 4 Data 1 Data 5 Quittung Data & Quittung 1 Die Quittung wird empfangen, bevor das Sendefenster erreicht ist, d.h. es kann kontinuierlich (mit wire speed) gesendet werden! t [ms] 2003 GTEN AG 17 Optimale Window Size! Übertragungszeit " Filesize / Bitrate + " + 1 mal physikalische Laufzeit " + Verarbeitungszeit " + 1 mal physikalische Laufzeit für letzte Quittung für die letzte Quittung! Beispiel wie vor " 600 * 1024 * 8 / * 10 3 = 3,13 sec " + 5 us * = 0,1 sec " + 1 ms " + 5 us * = 0,1 sec " = 3,33 sec! Entspricht 1,483 Mbit/s 2003 GTEN AG 18

10 Zusammenfassung! Flaschenhals " Die langsamste Bitrate entlang der Strecke bestimmt den Durchsatz " Physikalische Laufzeit hat erheblichen Einfluß!!! " Window == 1 ist der Performance Killer " Paketsize nicht zu klein wählen: - Der relative Overhead wird zu groß! " Paketsize nicht zu groß wählen: - Wenn Bitfehlerrate zu groß wird, kollabiert der Durchsatz bei Wiederholungen - Einfluß auf Interlacing mit anderen Applikationen auf langsamen Leitungen! (z.b. VoIP) 2003 GTEN AG 19 Nicht die großen Zahlen entscheiden, sondern das bessere System Design GTEN GTEN AG AG 20