Sripatum University

SPU

Information Science Institute of Sripatum University

Sripatum University1

IS516

Computer Communication and Networks

การสื่��อสื่ารคอมพิ�วเตอร�และเคร�อข่�าย

Asst.Dr.Surasak Mungsing

[email protected] [email protected]

http://www.spu.ac.th/teacher/surasak.mu

2

Lecture 08 Network PerformanceNetwork Performance

SPU


3

Types of Information (1/2)

Audio• CD audio quality: 44000smp/sec, each

sample using 16 bits• 16 bits * 44000smp/sec = 1.41mbps to

transmit clearly

Data• Digital data is binary: uses 1s and 0s to

represent everything• Data encoded in strings i.g. ASCII

SPU


4

Types of Information (2/2) Image

• Common Raster Formats; JPEG, GIF• Common Document Formats: PDF, Postscript, (Both

include text and graphics)• More pixels=better quality=larger size• More compression=reduced quality=increased speed

• “Lossy” gives from 10:1 to 20:1 compression• “Lossless” gives less than 5:1

• Format (vector vs bitmapped/raster) affects size and therefore bandwidth requirements

Video• Sequences of images over time• Significantly higher bandwidth requirements in order to

send images (frames) quickly enough

SPU


5

ปั�ญหาเก��ยวก�บปัระสื่�ทธิ�ภาพิบนระบบเคร�อข่�าย

ความค�บค��งข่องข่"อม#ลเน��องจากการใช้"งานเก�นข่�ดความสื่ามารถข่องทร�พิยากรท��ม�

การใช้"อ)ปักรณ์�ต�อพิ�วงหลายช้น�ดท��ไม�สื่มด)ลก�น ปั�ญหา “Broadcast storm” อ�นเน��องจากการก-าหนด

ค�าพิาราม�เตอร�สื่-าหร�บการควบค)มผิ�ดพิลาดในการสื่��อสื่ารแบบกระจายข่�าว

ปั�ญหาการ “Restart” โฮสื่ภายหล�งจากท��ระบบไฟฟ2ากล�บค�นสื่#�สื่ภาพิปักต�

SPU


6

ปั�ญหาการน-าโปัรโตคอลแบบเก�ามาใช้"ควบค)มการสื่��อสื่ารในระบบเคร�อข่�ายความเร3วสื่#งมาก

สมม�ติ�ฝ่�ายรั�บม� buffer 64KB ความเรั�วในการัส�งข้�อม�ล 1 Gbps (จาก San Diego ไปย�ง Boston ) รัะยะเวลาในการัส�งข้�อม�ลถึ"งผู้��รั�บ 20ms

(a) ที่�%เวลา t = 0, (b) เม&%อเวลาผู้�านไป 500 μsec, (c) เม&%อเวลาผู้�านไป 20 msec,

(d) เม&%อเวลาผู้�านไป 40 msec

San Diego

Boston

การัใช้�รัะบบเครั&อข้�ายความเรั�วส�งมากอาจที่(าให้�เก�ดการัส�งข้�อม�ลที่�%ม�ปรัะสอที่ธิ�ภาพติ(%ามากได�

SPU


7

ปั�ญหาการน-าโปัรโตคอลแบบเก�ามาใช้"ควบค)มการสื่��อสื่ารในระบบเคร�อข่�ายความเร3วสื่#งมาก (22/ )

การัส�งข้�อม�ลส�งข้�อม�ล 64 KB ด�วยความเรั�วในการัส�งข้�อม�ล 1 Gbps เสรั�จในเวลา 0.5 ms แพ�กเก�ติ TPDU ที่�/งห้มดจ"งอย��ในสายส&%อสารัและผู้��ส�งจะติ�องห้ย�ดส�งจนกว�าจะได�รั�บอน�ญาติจากผู้��รั �บ รัะยะเวลาในการัส�งข้�อม�ลจากผู้��ส�งไปถึ"งผู้��รั �บ 20 ms (TPDU ติ�วแรักเด�นที่างไปถึ"ง )

ติ�องใช้�เวลา 40 ms น�บติ�/งแติ�เรั�%มติ�นการัที่(างาน แพ�กเกติติอบรั�บติ�วแรักเด�นที่างไปถึ"งผู้��ส�ง ซึ่"%งจะสามารัถึส�งข้�อม�ลช้�ดที่�% 2 ออกมาได�

จะเห้�นได�ว�า สายส&%อสารัถึ�กใช้�งานเพ�ยง 0.5 ms จากเวลาที่�/งห้มด 40

msห้รั&อปรัะมาณ 1.25% เที่�าน�/น อ�ก 985. % ค&อเวลาที่�%ไม�ได�ใช้�สายส&%อสารัเลย

SPU


8

Bandwidth-Delay Product เป3นติ�วเลข้ที่�%น(ามาใช้�ในการัพ�จารัณาปรัะส�ที่ธิ�ภาพข้องเครั&อ

ข้�าย ค(านวณจากผู้ลค�ณข้อง bandwidth ม�ห้น�วยเป3น bps ก�บ

รัะยะเวลาในการัเด�นที่างข้องข้�อม�ล 1 รัอบ (ห้น�วยเป3น sec)

จากติ�วอย�าง bandwidth-delay product ม�ค�า 40 Mb ซึ่"%งห้มายความว�าผู้��ส�งจะติ�องส�งข้�อม�ลข้นาด 40 ล�านบ�ติ จ"งจะที่(าให้�การัส&%อสารัด(าเน�นไปที่�%ความเรั�วส�งส�ดติลอดเวลา น�บจนกรัะที่�%งข้�อม�ลติอบรั�บข้องข้�อม�ลช้�ดแรักเด�นที่างกล�บมาถึ"งผู้��ส�ง

ปรัะส�ที่ธิ�ภาพการัที่(างานจะอย��ในรัะด�บที่�%ด�เม&%อห้น�าติ�างส&%อสารั (window) ข้องผู้��รั �บม�ข้นาดเที่�าก�บค�าข้อง bandwidth-delay product

SPU


9

Network Performance Response Time – เวลาที่�%รัะบบใช้�ในการัติอบ

สนองเม&%อได�รั�บข้�อม�ลน(าเข้�า Throughput – ปรั�มาณงานที่�%คอมพ�วเติอรั4

ที่(าได�ในช้�วงเวลที่�%ก(าห้นด

SPU


10

Response Time การัติอบสนองข้องผู้��ใช้� (User response time)

การัติอบสนองข้องรัะบบ (System response time)

เวลาที่�%ใช้�ในการัส�งข้�อม�ลผู้�านเครั&อข้�าย (Network transfer time - throughput)

SPU


11

Response Time Requirements

SPU


12

Bandwidth RequirementsWhat happens when bandwidth is insufficient?

How long does it take to become impatient?

Is data communication ever “fast enough”?

SPU


13

Response time range มากว�า 15 ว�นาท�

• การัติอบสนองที่�%ใช้�เวลานานมากกว�า 15 ว�นาที่�แที่บจะใช้�ไม�ได�ก�บการัสนที่นาโติ�ติอบก�น ห้รั&อแม�แติ�การัรัอค(าติอบจากการัสอบถึามติ�อครั�/ง ย�%งถึ�าเป3นคนเรั�งรั�บแล�วด�เห้ม&อนว�าจะรั�บไม�ได�เลย ถึ�าม�ความล�าช้�าในการัติอบสนองมากถึ"งรัะด�บน�/ ผู้��ออกแบบรัะบบจะติ�องออกแบบให้�สามารัถึเปล�%ยนไปที่(าก�จการัอ&%นได�ในรัะห้ว�างรัอการัติอบสนองข้องก�จกรัรัมที่�%ผู้�านมา

มากกว�า 4 ว�นาท�• โดยที่�%วไปแล�วการัติอบสนองที่�%ใช้�เวลามากกว�า 4 ว�นาที่�ด�เห้ม&อนจะนาน

เก�นไปส(าห้รั�บก�จกรัรัมก�บเจ�าห้น�าที่�%รั �บสายในการัให้�ข้�อม�ลเพ&%อแก�ป6ญห้า เน&%องจากเจ�าห้น�าที่�%จะไม�สามารัถึรัะล"กถึ"งข้�อสนที่นาสนที่นาได�อย�างครับถึ�วน ความล�าช้�าในการัติอบสนองรัะด�บน�/น�บว�าเป3นอ�ปสรัรัคอย�างย�%งติ�อการัแก�ป6ญห้าและม�กที่(าให้�เก�ดอาการัห้ง�ดห้ง�ดในการัให้�ข้�อม�ล แติ�ถึ�าการัสนที่นาปรัะเด�นห้ล�กๆครับถึ�วนแล�ว เวลาในช้�วงเวลา 4-15 ว�นาที่�น�/น�บว�าพอรั�บได�

SPU


14

Response time range (cont.) 2 -4 ว�นาท�

• การัติอบสนองที่�%ใช้�เวลานานกว�า 2 ว�นาที่�ถึ&อว�าเป3นอ�ปสรัรัคติ�อการัสนที่นาก�บเจ�าห้น�าที่�%รั �บสายที่�%ติ�องใช้�สามาธิ�ในการัที่(างานส�ง การัติ�องรัอคอยเป3นเวลา 2-4 ว�นาที่�%ด�เห้ม&อนว�าจะนานเก�นไปส(าห้รั�บผู้��ใช้�ที่�%ถึ�กห้น�วงไว�แติ�อย�ในอารัมณ4ติ�องการัให้�การัสนที่นาเสรั�จส�/นโดยเรั�ว แติ�ช้�วงเวลาที่�%รัอคอยน�/ก�สามารัถึเป3นที่�%ยอมรั�บได�ถึ�าได�พ�ดปรัะเด�นส(าติ�ญบางปรัะการัไปบ�างแล�ว

น"อยกว�า 2 ว�นาท�• เม&%อผู้��ใช้�ปลายที่างติ�องจดที่(าข้�อม�ลจากการัติอบสนองโดยรัะบบ

ห้ลายๆครั�/ง รัะยะเวลาในการัติอบนองจะติ�องเรั�ว ย�%งข้�อม�ลที่�%จะติ�องจดจ(าม�มาก ก�ย�%งติ�องการัเวลาติอบสนองน�อยกว�า 2 ว�นาที่� ส(าห้รั�บก�จกรัรัมที่�%ติ�องม�การัวางแผู้นอย�างละเอ�ยด การัติอบสนองข้องรัะบบก�จะติ�องถึ�กจ(าก�ดไว�ที่�%ไม�เก�น 2 ว�นาที่�

SPU


15

Response time range (cont.) ไม�ถ4ง 1 ว�นาท� (Subsecond response time)

• ส(าห้รั�บงานที่�%ติ�องใช้�ความค�ดมากบางปรัะเภที่ โดยเฉพาะงานปรัะเภที่ graphics น�/นติ�องการัเวลาที่�%ใช้�ในการัติอบสนองเรั�วมากเพ&%อด"งด�ดความสนใจข้องผู้��ใช้�ไว�นานๆ

ไม�ถ4ง 0.1 ว�นาท�• การัติอบสนองข้องการักดค�ย4บนแป9นพ�มพ4และเห้�นติ�วอ�กษรัแสดง

บนจอภาพ ห้รั&อการัใช้�เมาส4คล�;กที่�% object บนจอภาพติ�องการัการัติอบสนองเก&อบจะโดยที่�นที่� น�%นค&อ น�อยกว�า 0.1 ว�นาที่�

SPU


16

System Tuning การัใช้� buffer ข้นาดและ priority ข้องการั

ปรัะมวลผู้ลอย�างเห้มาะสม การัก(าห้นดรัะยะเวลารัอคอย (timeout) ให้�เห้มาะ

สม ใช้�เที่คน�คที่�%เรั�ยกว�า “piggyback”

SPU


17

Basic Loop to improve network performance

ว�ดปรัะส�ที่ธิ�ภาพข้องพารัาม�เติอรั4ติ�างๆ ที่(าความใจป6ญห้าที่�%เก�ดข้"/น เปล�%ยนแปลงค�าพารัาม�เติอรั4ครั�/งละ 1 ติ�ว

เม&%อเครั&อข้�ายม�ปรัะส�ที่ธิ�ภาพการัที่(างานติ(%าเก�นไป ผู้��บรั�ห้ารัรัะบบจ(าเป3นติ�องแก�ไข้ ส�%งแรักที่�%จะติ�องที่(าค&อการัว�ดปรัะส�ที่ธิ�ภาพรัะบบ ซึ่"%งม�วงรัอบการัปรั�บปรั�งปรัะส�ที่ธิ�ภาพด�งน�/

วงรัอบการัที่(างานน�/จะติ�องกรัะที่(าซึ่(/าไปเรั&%อยๆจนกว�าปรัะส�ที่ธิ�ภาพข้องรัะบบจะอย��ในเกณฑ์4ที่�%พอใจห้รั&อแน�ใจว�ารัะบบอย��ในภาวะที่�%ด�ที่�%ส�ดแล�ว

SPU


18

Simulation Result

Response as a function of load.

SPU


19

System Design for Better PerformanceRules:

ความเรั�วข้อง CPU ส(าค�ญมากกว�าความเรั�วข้องเครั&อข้�าย

ลดการัน�บแพ�กเกติช้�วยลดเวลาการัที่(างานข้องซึ่อฟติ4แวรั4 ที่(าการัสล�บสายให้�น�อยที่�%ส�ด

ที่(าส(าเนาข้�อม�ลให้�น�อยที่�%ส�ดMinimize copying.

ค�ณสามารัถึจ�ายเพ&%อเพ�%มค�า bandwidth แติ�ไม�สามารัถึจ�ายเพ&%อลดความล�าช้�า

การัห้ล�กเล�%ยงสภาวะค�บค�%งด�กว�าการัแก�ไข้

ห้ล�กเล�%ยงการัใช้� timeout

SPU


20

TCP Congestion Control

(a) เครั&อข้�ายความเรั�วส�งส�งข้�อม�ลให้�ผู้��รั �บความจ�ติ(%า (b) เครั&อข้�ายความเรั�วติ(%าส�งข้�อม�ลให้�ผู้��รั �บความจ�ส�ง

SPU


21

System Design for Better Performance

Context switches ที่(างาน 4 ครั�/งเพ&%อจ�ดการัก�บแพ�กเก�ติห้น"%ง ด�วย user-space network manager.

SPU


22

Fast TPDU Processing

The fast path from sender to receiver is shown with a heavy line.

The processing steps on this path are shaded.

ติ�องม�การัติรัวจสอบว�า (1) รัะบบม�สถึานะการั ที่(างานเป3น established ห้รั&อไม� (2) ไม�ม�ฝ่�ายใดติ�องการั

ยกเล�กการัส&%อสารั (3) เป3นแพ�กเกติ TPDU เติ�มข้นาด (4) ฝ่�ายผู้��รั �บย�งคงม�พ&/นที่�%ส(าห้รั�บรั�บข้�อม�ล

SPU


23

ความต"องการโปัรโตคอลความเร3วสื่#งComputing speed

สายส&%อสารัม�ความเรั�วส�งมาก โปรัแกรัมปรัะย�กติ4ที่�%เป3น multimedia

SPU


24

Protocols for Gigabit Networks

Time to transfer and acknowledge a 1-megabit file over a 4000-km line.

SPU


25

Gigabit Ethernet (GbE) Transmitting Ethernet packets at a rate of a gigabit per second

, defined by the IEEE 8023. z and 802.3ab standards .

Initial standard for Gigabit Ethernet (802.3z ) standardized by the IEEE in June 1998

802.3z is commonly referred to as 1000Base-X (where -X refers to either -CX, -SX, -LX, or (non-standard -) ZX ).

IEEE 802.3ab, ratified in 1999, defines Gigabit Ethernet transmission over unshielded twisted pair (UTP) category5, 5e, or 6 cabling and became known as 1000Base-T .

Fiber Gigabit Ethernet has recently been overtaken by 10 Gigabit Ethernet , ratified by the IEEE in 2002 and provided

data rates 10 times greater than that of Gigabit Ethernet

SPU


26

Gigabit Ethernet packets

The Gigabit Ethernet data link layer encapulates packets with a frame header (which includes MAC

addresses and other header information ) and a 32-bit Frame Check Sequence (FCS) before encoding to send them across the physical (fiber or copper ) medium

SPU


27

Fiber Optic Gigabit Ethernet 1000BASE-SX

• operates over multi-mode fiber, using 850 nanometer, near infrared (NIR ) light wavelength

• usually work over significantly longer distances • highly popular for - intra building links in large offic

e buildings

1000BASE-LX • using a long wavelength laser, wavelength 1270 to 1355

nm• work over a distance of up to 2 km over 9 µm single-

mode fiber• can also run over multi-mode fiber with a maximum

segment length of 550 m

1000BASE-CX • connections over short distances (maximum of 25

meters per segment ) using copper cable (balanced shielded twisted pair)

• succeeded by 1000BASE-T

SPU


28

Copper Cabling Gigabit Ethernet 1000BASE-T

• also known as 8023IEEE . ab, standard for Gigabit Ethernet over copper wiring

• requires, at a minimum, Category 5 cable, but Category 5e ("Category 5 enhanced") and Category 6 cable is often recommended

• requires all four pairs to be present

1000BASE-TX • reduced the cost of the required electronics by only

using two pair in each direction • required Category 6 cable

SPU


29

30

การว�ดปัระสื่�ทธิ�ภาพิข่องเคร�อข่�าย

SPU


31

Network Performance Measurement Why do it?

Capacity Planning -- Probably the #1 reason to do this .

Assist operations provide information for the NOC and engineering with data that can't be

found from the NMS

Value-added service -- providing reports to customers

- Usage based billing -- Not going to talk about this much

SPU


32

Basic Measurements Bandwidth utilization -- particularly important for

customers -- A common cause of performance problems

Packets per second -- this is less important now, but more on this issue

Round Trip Time (RTT) -- It's a good measurement for long-term trend analysis

RTT variance -- more on this later

Backbone packet loss

Reachability -- Why is packet loss occurring? (examining ICMP responses)

Circuit Performance -- How are our carriers doing?

Bandwidth Utilization and Packets Per second --- - MIB II variables are listed (except one)

SPU


33

Why these measurements? Packet Counters

• are a good indicator of CPU utilization and does not require using enterprise mibs.

RTT • can be an indicator of standing queue and congestion, not just distance

Backbone Packet Loss • provides critical view of performance -- the end user will feel it.

Correlation can lead to the reasons for packet loss. The Ideal end result will be the ability to predict this before it happens and act to prevent it.

Reachability • polling all devices in less than 60 seconds (for 10,000 devices) is a

design criterion

Circuit performance• Track Circuit errors -- Degrading Circuits can be caught before they go

down hard

SPU


34

Parameters Measured

Parameters measured are: Bandwidth – Data transferred / time Delay - Time taken for data to transfer

(App level) Packet Loss – Affects Throughput and Apps.

Preferred parameters High Bandwidth Small Delay Low Packet loss

SPU


35

Tools

Multi Router Traffic Grapher. Measures…

load on network links (Edge-Routers). Network Traffic.

System Load, Login Sessions, Modem availability

Output…. HTML, LIVE presentation.Graphical Images.

SPU


36

National Laboratory for Applied Network Research (NLANR) Tools

Autobuf / FTP Autotuning FTP client and server.

Iperf Iperf is a TCP and UDP bandwidth testing tool, similar in

function to the traditional ttcp tool but nicer.

Multicast Beacon Beacon is a multicast diagnostic tool, showing packet loss,

delay, jitter, out-of-order packets, and duplicate packets for a given multicast group.

Netlog Netlog is a C library that can be linked into an existing network

application to provide instrumentation of network performance.

SPU


37

NLANR Tools Network Tools from CAIDA

A family of modules intended for pipeline use

Squid Squid is a high-performance proxy caching server

for web clients, supporting FTP, gopher, and HTTP data objects. Unlike traditional caching software, Squid handles all requests in a single, non-blocking, I/O-driven process.

Tuning Network Performance from NCNE Tuning your high-performance connection

Viznet Java application to visualize network bandwidth

performance over time.

SPU


38

ข่"อควรระว�งเม��อท-าการว�ดค�าต�างๆ ต"องแน�ใจว�าปัร�มาณ์การว�ดจะต"องมากพิอ เช้�นการัว�ดรัะยะ

เวลาในการัส�งแพ�กเกติ ควรักรัะที่(าเป3นจ(านวนห้ลายแสนห้รั&อห้ลายล�านครั�/ง แล�วจ"งค(านวณห้าค�าติ�วแที่นกล��มติ�วอย�างด�วยว�ธิ�การัที่างสถึ�ติ�

ต"องแน�ใจว�าต�วอย�างท��ใช้"ปั7นต�วแทนท��แท"จร�ง เช้�น ควรัที่(าในว�นและเวลาที่�%ติ�างๆก�นเพ&%อจะได�สะที่�อนให้�เห้�นส�%งที่�%เก�ดข้"/นจรั�งข้องรัะบบ

ต"องระว�งเปั7นพิ�เศษเม��อใช้"การจ�บเวลาในเกณ์ฑ์�หยาบ อาจใช้�เที่คน�คการัที่(างานวนซึ่(/าเป3นจ(านวนห้น"%งล�านครั�/งแล�วห้าค�าเฉล�%ยจากการัจ�บเวลาติ�/งแติ�ติ�นจนจบ

ต"องแน�ใจว�าไม�ม�เหต)การณ์�อ��นเก�ดข่4;นในระหว�างการทดสื่อบ เช้�นการัเรั�งที่(างานส�งข้องน�กศึ"กษาจ(านวนมาก ห้รั&อ ในข้ณะที่�%ม�การัปรัะช้�มแบบ Video conference

SPU


39

ข่"อควรระว�งเม��อท-าการว�ดค�าต�างๆ (ต�อ) การใช้"หน�วยความจ-า cache ท-าให"ผิลการว�ดคลาดเคล��อน

การัว�ดค�าการัเคล&%อนย�ายแฟ9มข้�อม�ลควรัจะเล&อกใช้�แฟ9มข้�อม�ลที่�%ม�ข้นาดให้ญ�มาก จากน�/นที่(าซึ่(/าห้ลายๆครั�/งเพ&%อน(าค�าเฉล�%ยไปใช้� ควรัใช้�แฟ9มข้�อม�ลที่�%ม�ข้นาดอย�างน�อยสองเที่�าข้องข้นาดห้น�วยความจ(า cache

ต"องม�ความเข่"าใจอย�างช้�ดเจนในสื่��งท��ก-าล�งท-าการว�ด การัว�ดรัะยะเวลาที่�%ใช้�ในการัอ�านข้�อม�ลจากเครั&%องอ&%นบนรัะบบเครั&อข้�ายน�/น ค�าที่�%เก�%ยวข้�องจะข้"/นอย��ก�บช้น�ดข้องเครั&อข้�ายที่�%ใช้� รัะบบปฏิ�บ�ติ�การั อ�ปกรัณ4เครั&อข้�ายการัส&%อสารั โปรัแกรัมที่�%ใช้�งานและอ&%นๆ

ต"องระว�งการคาดหว�งจากผิลล�พิธิ� การัจ(าลองผู้ลที่�%ใช้�ข้�อม�ลน�อยเก�นไปอาจที่(าให้�เก�ดความรั� �ส"กว�าผู้ลที่�%จะเก�ดจากการั prediction จะเป3นติาม trend ที่�%เป3นผู้ลจากการัที่ดลอง

SPU


40

Next Lecture:Next Lecture:

Internet and Applications

Documents

Sripatum University