Intelligence for a better world Trotz hoher Taktraten schlechte Antwortzeiten wo liegen die Ursachen Wolfgang Schau 30.10.2003 2003 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
! 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 10 01 11 11 10 01 00 10 1 0 +3 +3 1 1 0 1 +1-1 +1-1 -3 0 0-3! 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
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 B1.1......B1.8 E D A FA N B2.1......B2.8 E D S1 B1.1......B1.8 E D S2 B2.1......B2.8 E D L 2 Bit Offset D L F L B1.1......B1.8 L D L FA L B2.1......B2.8 L D L B1.1......B1.8 L D L B2.1......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
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 " 1.024 * 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
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* 1.024 * 8 / 128*10 3 = 64 ms 8* 1.024 * 8 / 155* 10 6 = 0,4 ms 1* 1.024 * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms 1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*10 3 /3*10 8 2 ms Gesamt: 72,2 ms SDSL 2 MBit/s Taktzeit 1* 1.024 * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms 8* 1.024 * 8 / 155* 10 6 = 0,4 ms 1* 1.024 * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms 1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*10 3 /3*10 8 2 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
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* 1.024 * 8 / 128*10 3 = 64 ms 8* 1.024 * 8 / 155* 10 6 = 0,4 ms 1* 1.024 * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms 1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*10 3 /3*10 8 2 ms Gesamt: 72,2 ms Total Roundtrip: Taktzeit 1* 1.024 * 8 / 2.048*10 3 = 4 ms 8* 1.024 * 8 / 155* 10 6 = 0,4 ms 1* 1.024 * 8 / 1.568*10 3 = 5,2 ms Router Process Zeit 9 * 0,2 ms 1,8 ms Physikalische Laufzeit 600*10 3 /3*10 8 2 ms Gesamt: 13,4 ms 85,6 ms (+Verarbeitungszeit) 2003 GTEN AG 11 Routenverfolgung tracert www.bahn.de Routenverfolgung zu www.bahn.de [81.200.192.68] über maximal 30 Abschnitte: 1 71 ms 60 ms 70 ms 192.168.10.1 2 60 ms 61 ms 60 ms 213.217.105.65 3 70 ms 70 ms 71 ms atm1-0.bremen2.kkf.net [62.145.11.1] 4 70 ms 70 ms 70 ms at-0-2-0-12.m20.ham.bmcag.net [194.140.113.84] 5 80 ms 80 ms 80 ms at-0-2-0-32.nap.decix.bmcag.net [194.140.113.29] 6 90 ms 90 ms 81 ms de-cix.ffm.plusline.net [80.81.192.132] 7 80 ms 90 ms 90 ms bahn-pl.m.plusline.net [213.83.21.189] 8 90 ms 90 ms 90 ms david.bahn.de [81.200.192.194] 9 80 ms 91 ms 90 ms andreas.bahn.de [81.200.192.132] 10 90 ms 100 ms 100 ms klaus.bahn.de [81.200.192.173] 11 90 ms 90 ms 90 ms www.bahn.de [81.200.192.68] 2003 GTEN AG 12
Route zu Yahoo.co.jp Routenverfolgung zu www.yahoo.co.jp [202.229.198.216] 1 60 ms 60 ms 60 ms 192.168.10.1 2 61 ms 60 ms 70 ms 213.217.105.65 3 70 ms 70 ms 61 ms atm1-0.bremen2.kkf.net [62.145.11.1] 4 70 ms 70 ms 70 ms at-0-2-0-12.m20.ham.bmcag.net [194.140.113.84] 5 160 ms 170 ms 170 ms so-0-2-0-00.nap.ash.us.bmcag.net [194.140.113.15] 6 171 ms 160 ms 160 ms ge-2-3-0.r01.asbnva01.us.bb.verio.net [206.223.115.12] 7 170 ms 170 ms 180 ms p16-1-0-0.r21.asbnva01.us.bb.verio.net [129.250.5.21] 8 230 ms 231 ms 240 ms p16-0-1-2.r20.plalca01.us.bb.verio.net [129.250.2.192] 9 260 ms 230 ms 241 ms xe-0-2-0.r21.plalca01.us.bb.verio.net [129.250.4.231] 10 230 ms 231 ms 230 ms p64-0-0-0.r21.mlpsca01.us.bb.verio.net [129.250.5.49] 11 230 ms 230 ms 231 ms p16-6-0-0.r80.mlpsca01.us.bb.verio.net [129.250.3.24] 12 341 ms 360 ms 351 ms p16-0-2-0.r21.tokyjp01.jp.bb.verio.net [129.250.4.158] 13 360 ms 371 ms 350 ms xe-1-0-0.a21.tokyjp01.jp.ra.verio.net [61.213.162.230] 14 341 ms 340 ms 361 ms ge-0-0-0.a08.tokyjp01.jp.ra.verio.net [61.120.144.42] 15 351 ms 350 ms 351 ms 61.213.160.134 16 351 ms 350 ms 351 ms g1-0-n-otemachi-core4.sphere.ad.jp [203.138.68.139] 17 350 ms 351 ms 350 ms p7-0-fdm-core1.sphere.ad.jp [202.239.114.238] 18 351 ms 350 ms 351 ms g0-9-fdm-arena-gw5.sphere.ad.jp [202.239.113.134] 19 340 ms 341 ms 340 ms 202.239.120.147 20 351 ms 350 ms 351 ms 202.229.198.216 2003 GTEN AG 13 2003 GTEN AG 14
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 = 1.500 Byte # 409,6 Pakete " Roundtrip per Paket = 350 ms " Total Time = 409,6 * 350 ms = 143,36 sec! Netto Übertragungsrate " 600 * 1.024 * 8 / 143,36 = 120 kbit/s 2003 GTEN AG 16
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 / 1.568 * 10 3 = 3,13 sec " + 5 us * 20.000 = 0,1 sec " + 1 ms " + 5 us * 20.000 = 0,1 sec " = 3,33 sec! Entspricht 1,483 Mbit/s 2003 GTEN AG 18
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 2003 2003 GTEN GTEN AG AG 20