Router buffer méretezés (várakozásos, veszteséges forgalmi modell alapján)

Távközlő hálózatok tervezése -- 2013. október 3.

1

Router buffer méretezés(várakozásos, veszteséges forgalmi modell alapján)

Takács György 8. Előadás

Forrás:

Router Buffer Sizing for TCP Trafc

and the Role of the Output/Input Capacity Ratio

Ravi S. Prasad, Cisco Systems, Inc.

Constantine Dovrolis, Georgia Institute of Technology

Marina Thottan Bell-Labs

Távközlő rendszerek forgalmi elemzése – 2010. 04. 15.

2

Erlang – M/M/n 1.Erlang – M/M/n 1.

A rendszer állapotát az A rendszer állapotát az benne tartózkodó összesbenne tartózkodó összes igény igény (kiszolgálás alatt lévő és várakozó együtt) (kiszolgálás alatt lévő és várakozó együtt) darabszámadarabszáma mutatja. mutatja.


3


Várakozás valószínűségeVárakozás valószínűsége

igény érkezik, amikor minden vonal foglaltigény érkezik, amikor minden vonal foglalt____________________________________________________________________________________________________________

igény érkezik bármikorigény érkezik bármikor

Erlang CErlang C képlet:képlet:

Jelölések:Jelölések:

Az azonnali kiszolgálás valószínűségeAz azonnali kiszolgálás valószínűsége


4


Átlagos várakozási időÁtlagos várakozási idő – a tényleg várakozókra: – a tényleg várakozókra:

Átlagos várakozási időÁtlagos várakozási idő – minden igénylőre: – minden igénylőre:

Átlagos sorhosszúságÁtlagos sorhosszúság – ha van sor – ha van sor ::

Átlagos sorhosszúságÁtlagos sorhosszúság – tetszőleges időpontban: – tetszőleges időpontban:

Van várakozó igény – Van várakozó igény – véletlen időpontban:véletlen időpontban:

Lebonyolított forgalomLebonyolított forgalom (= felajánlott !) (= felajánlott !)

Várakozás valószínűsége:Várakozás valószínűsége:

Azonnali kiszolgálás valószínűsége:Azonnali kiszolgálás valószínűsége:

A csomagok átmeneti tárolása (buffer) elkerülhetetlen a csomagkapcsolt hálózatokban

• kiegyenlítik a forgalmi csomókat (burst),• csökkentik a csomagvesztést,• növelik a router kihasználtságát,

viszont• növelik a késleltetést,• növelik a késleltetés-ingadozást (jitter),• növelik a router árát,• növelik a router áramfogyasztását


5

Mekkora az optimális bufferméret?

• Már túl vagyunk a „best effort” korszakon• SLA,QoS megszabja a késleltetés és csomagvesztés

maximális értékeit,• az IPtelefon, az IPvideotelefon, az IPTV alkalmazások

nem tűrik az alulbufferelt vagy túlbufferelt routereket a hálózatban


6

A szerzők új felvetései:

• újabban a TCP folyamok nem tekinthetők egyenletesen kitartó (persistent) jellegűeknek, hanem faroknehéz eloszlással írhatók le, ezért sokat tartózkodnak a „slow-start” szakaszban és keveset a „ congestion avoidance” szakaszban,

• nem összeköttetés szinten számolnak átlagos késleltetési időt és csomagvesztést, hanem az egyes folyamok szintjén, ezért felértékelődik az átlagos throughput és a szűk keresztmetszetet jelentő összeköttetés bufferméretének viszonya,

• fontosnak ítélték a bemenő és kimenő kapacitások arányát: Г = Cout/Cin. Ha Г <1, akkor a csomagvesztési arány a bufferméret hatványa szerint nő, ha Г >1, akkor a csomagvesztés aránya a buffer növelésével exponenciálisan csökken.


7

• Г <1, jellemzően akkor, ha egy erős szerver farmhoz kis sebességű linkek kapcsolódnak, s nem győzik nyelni a nagy sebességű portokon érkező folyamokat,

• Г >1, jellemzően akkor, ha kis sebességű uplink vonalakon küldenek fel csomagokat egyéni felhasználók, amelyek a gerinchálózatban már száguldhatnak.

• A buffer méretezés megalapozására tesztkörnyezetben valós forgalmi méréseket végeztek és szimulációs modelleket is felhasználtak.


8

A tesztkörnyezet

• Szűk keresztmetszet: az 1 db. 1Gigabit Ethernet port ( a klienseknek egyenként is van ilyen)

• az állítható buffertartomány 30KB -- 38MB. (20 – 26564 csomag)


9

• A „delay emulátor” a valódi hálózat terjedési idejének megfelelő késleltetés értékeket iktatott be.

• A forgalom megfigyelésére a tcpdump módszert használták, összegyűjtöttek minden fejrészt és ACK adatot

• A forgalmat a nyílt forráskódú Harpoon rendszer generálta.

• A generált forgalom sok felhasználót utánzott. A letöltések Pareto eloszlást követtek 80KB átlagértékkel, utána „gondolkodási idő” következett exponenciális eloszlással 1 s átlagidővel.

• A felkínált forgalom beállítására 1000, 1200, 3000 felhasználót alkalmaztak.

• 5 perces futásokkal teszteltek


10

A számolt és mért maximális késleltetés értékek


11

A szűk keresztmetszetet jelentő link kihasználtsága


12

Az erősen terhelt állapotot (90%, 95%) jellemző időhányad az átlagolási idő függvényében 1000 felhasználó és 4 MB buffer esetén, amikor 4 percre átlagolva a kihasználtság

csak 68% volt


13

U1000 (small flows: 45-50KB., large flows -- >1000KB.)


14



15



16

cumulative distribution function (CDF)


17

Average per-flow throughput as a function of flow size for buffer size B=30KB.


18

Average per-ow throughput as a function of ow size for buffer size B=38MB.


19

The bandwidth delay product here is 3750 KB.


20

Szimulációs elrendezés


21

Szimulációs paraméterek

• Nin input links, each with capacity Cin, feeding an output link that has capacity Cout and buffer size B. There are max(20;Nin) servers that are connected to the input links with propagation delays that vary between 5ms and 45ms. The round-trip propagation delay To in this setup varies between 30ms and 110ms, with a harmonic mean of 60ms. There are U users in the system that create TCP transfers through the output link. Each user follows the closed-loop flow generation model, selecting a random server for each transfer. The transfer sizes follow a Pareto distribution with mean 80KB and shape parameter 1.5.


22

• BDP bandwidth-delay product


23

• these simulation parameters can capture a wide variety of traffic multiplexers. A residential or office access link used by a small number of people can be well represented by Nin = 2, U = 5 and Г = 0,1. Similarly, the parameter setting Nin = 1000,

• U = 25 and Г = 10 can model the upstream link of a DSLAM packet multiplexer.


24


25


26


27


28


29


30


31


32


33


34

Érzékenység analízis


35

Következtetések

• A bufferméret megválasztása folyamatosan újra felvetődő kérdés

• kell egy minimális méret,• van optimális méret, de protokollfüggő, terhelés

paraméterektől függő,• kis folyamok nagyon belekavarhatnak….• a szerver farmok perem-routereinél nagy figyelemmel

kell lenni……

• NINCS EGYSZERŰ, MINDENRE JÓ MÉRETEZÉSI FORMULA


36

Documents

Router buffer méretezés (várakozásos, veszteséges forgalmi modell alapján)