STANICEMI V IP SÍTÍCH

´ UCEN ˇ Í TECHNICKE ´ V BRNE ˇ VYSOKE BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY ˇ ÍCH TECHNOLOGIÍ A KOMUNIKACN ´ USTAV TELEKOMUNIKACÍ FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF TELECOMMUNICATIONS

ˇ EN ˇ Í PRI ˇ PRENOSU ˇ SIMULACE ZPOZD DAT MEZI STANICEMI V IP SÍTÍCH SIMULATION OF DATA TRANSMISSION LATENCY BETWEEN NODES IN IP NETWORKS

´ PRACE ´ DIPLOMOVA MASTER’S THESIS

´ AUTOR PRACE

ˇÍ BALEJ Bc. JIR

AUTHOR

´ VEDOUCÍ PRACE SUPERVISOR

BRNO 2010

´ Ph.D. doc. Ing. DAN KOMOSNY,

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav telekomunikací

Diplomová práce magisterský navazující studijní obor Telekomunikační a informační technika Student: Ročník:

Bc. Jiří Balej 2

ID: 78453 Akademický rok: 2009/2010

NÁZEV TÉMATU:

Simulace zpoždění při přenosu dat mezi stanicemi v IP sítích POKYNY PRO VYPRACOVÁNÍ: Nastudujte a analyzujte dílčí faktory způsobující zpoždění při přenosu paketů mezi stanicemi v IP sítích. Pro zvolené typy sítí určete poměrné zastoupení těchto dílčích faktorů. Získané teoretické poznatky implementujte do zvoleného simulačního nástroje. Proveďte simulace komunikace pro různé typy přenosových sítí a různé vzdálenosti mezi stanicemi. Výsledky simulace přehledně zdokumentujte. DOPORUČENÁ LITERATURA: [1] PUŽMANOVÁ, R. TCP/IP v kostce. 1. vyd. České Budějovice : Kopp, 2004. 607 s. ISBN 80-7232-236-2. [2] ABRAHAO, B. KLEINBERG, R. On the Internet Delay Space Dimensionality [online]. ACM/SIGCOMM Internet Measurement Conference (IMC'08). Association for computing machinery, 2009. URL: [cit. 13. 10. 2009]. [3] NG, E. HUI, Z. Predicting Internet network distance with coordinates-based approaches [online]. INFOCOM 2002. Twenty-First Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies. IEEE, 2002. URL: [cit. 13. 10. 2009]. Termín zadání:

29.1.2010

Termín odevzdání:

Vedoucí práce:

doc. Ing. Dan Komosný, Ph.D.

26.5.2010

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc. Předseda oborové rady UPOZORNĚNÍ: Autor diplomové práce nesmí při vytváření diplomové práce porušit autorská práva třetích osob, zejména nesmí zasahovat nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a musí si být plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení části druhé, hlavy VI. díl 4 Trestního zákoníku č.40/2009 Sb.

ABSTRAKT Diplomová práce je podrobnˇe zamˇeˇrena na zpoˇzdˇen´ı vznikaj´ıc´ı pˇri pˇrenosu informace v IP s´ıt´ıch. Zaˇcátek práce je vˇenován seznámen´ı s m´ısty a pˇr´ıˇcinami vzniku zpoˇzdˇen´ı. Pro jednotlivé zdroje zpoˇzdˇen´ı jsou uvedeny parametry, které jej ovlivˇnuj´ı a obvyklé velikosti latence. Dále jsou popsány typy s´ıt´ı a pro kaˇzdou jsou vyjádˇreny typické doby zpoˇzdˇen´ı. V práci jsou také rozebrány nástroje pro mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı a zjiˇstˇen´ı poˇctu mezilehlých zaˇr´ızen´ı. Dalˇs´ı kapitola obsahuje výsledky mˇeˇren´ı doby zpoˇzdˇen´ı v reálné s´ıti a z tˇechto výsledk˚ u jsou odvozeny závˇery o velikosti zpoˇzdˇen´ı na jedno mezilehlé zaˇr´ızen´ı a také je vyˇrˇcen obecný pomˇer skuteˇcné ku pˇr´ımé vzdálenosti. Posledn´ı ˇcást práce se zabývá simulac´ı doby zpoˇzdˇen´ı v programu Network Simulator 2. Výsledkem práce jsou skripty pro zobrazen´ı závislost´ı zpoˇzdˇen´ı na poˇctu pˇrep´ınaˇc˚ u, smˇerovaˇc˚ u a délce trasy.

ˇ ´ SLOVA KLÍCOV A Zpoˇzdˇen´ı, latence, simulace, ns2, mezilehlé zaˇr´ızen´ı, vzdálenost, pˇrep´ınaˇc, smˇerovaˇc, rychlost ˇs´ıˇren´ı signálu.

ABSTRACT This master thesis is focused on the delays incurred in data transmitting over IP networks. The top of the paper is devoted to points, where delay is invoked and causes of the latency. For individual sources of delay are are described the parameters that affect the usual size of latency. The next section describes the types of networks and their typical delay. In the paper are also discussed tools for measuring delay and determining the number of intermediate devices. The thesis contains results of measurements delay time in the real network. For these results are listed conclusions about the delay for one intermediate device. There is also said general ratio of crow-fly distance and calculated distance. The last part deals the simulation of delay in Network Simulator 2. The results of thesis are scripts that shows the relation of delay and the number of switches, routers, and the length of the path.

KEYWORDS Delay, latency, simulation, ns2, intermediate device, distance, switch, router, speed signal propagation.

BALEJ, Jiˇr´ı Simulace zpoˇzdˇen´ı pˇri pˇrenosu dat mezi stanicemi v IP s´ıt´ıch: diplomová práce. Brno: Vysoké uˇcen´ı technické v Brnˇe, Fakulta elektrotechniky a komunikaˇcn´ıch ´ technologi´ı, Ustav telekomunikac´ı, 2010. 64 s. Vedouc´ı práce byl doc. Ing. Dan Komosný, Ph.D.

´ SEN ˇ Í PROHLA Prohlaˇsuji, ˇze svou diplomovou práci na téma Simulace zpoˇzdˇen´ı pˇri pˇrenosu dat mezi ” stanicemi v IP s´ıt´ıch“ jsem vypracoval samostatnˇe pod veden´ım vedouc´ıho diplomové práce a s pouˇzit´ım odborné literatury a dalˇs´ıch informaˇcn´ıch zdroj˚ u, které jsou vˇsechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce. Jako autor uvedené diplomové práce dále prohlaˇsuji, ˇze v souvislosti s vytvoˇren´ım této diplomové práce jsem neporuˇsil autorská práva tˇret´ıch osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným zp˚ usobem do ciz´ıch autorských práv osobnostn´ıch a jsem si plnˇe vˇedom následk˚ u poruˇsen´ı ustanoven´ı § 11 a následuj´ıc´ıch autorského zákona ˇc. 121/2000 Sb., vˇcetnˇe moˇzných trestnˇeprávn´ıch d˚ usledk˚ u vyplývaj´ıc´ıch z ustanoven´ı § 152 trestn´ıho zákona ˇc. 140/1961 Sb.

Brno

...............

.................................. (podpis autora)

ˇ ´ Í PODEKOV AN Chci velmi podˇekovat vedouc´ımu mé diplomové práce doc. Ing. Danu Komosnému, Ph.D., za u´ˇcinnou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc pˇri zpracován´ı mé závˇereˇcné práce.

V Brnˇe dne ....................

................................

OBSAH ´ Uvod

10

1 Zdroje zpoˇ zdˇ en´ı v IP s´ıt´ıch 1.1 Co je zpoˇzdˇen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1 Charakter zpoˇzdˇen´ı . . . . . . . . . . . . . 1.1.2 Vliv latence na celkové zpoˇzdˇen´ı . . . . . . 1.2 Zpoˇzdˇen´ı vznikaj´ıc´ı v koncov´ ych zaˇr´ızen´ıch . . . . 1.2.1 Paketizaˇcn´ı a depaketizaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı . . . 1.2.2 Zpoˇzdˇen´ı v odchoz´ıch frontách . . . . . . . 1.2.3 Zpoˇzdˇen´ı na vyrovnán´ı jitteru . . . . . . . 1.3 Závislost na pˇrenosov´ ych linkách . . . . . . . . . 1.3.1 Serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı . . . . . . . . . . . . 1.3.2 Zpoˇzdˇen´ı zp˚ usobené rychlost´ı ˇs´ıˇren´ı signálu 1.3.3 Zpoˇzdˇen´ı dobou pˇr´ıstupu k médiu . . . . . 1.4 Latence vznikaj´ıc´ı v mezilehl´ ych zaˇr´ızen´ıch . . . . 1.4.1 Opakovaˇc (repeater) a aktivn´ı hub . . . . 1.4.2 Pˇrep´ınaˇc (switch) . . . . . . . . . . . . . . 1.4.3 L3 switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.4 Smˇerovaˇc (router) . . . . . . . . . . . . . . 1.5 Shrnut´ı zpoˇzdˇen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

11 11 11 12 12 12 13 13 13 14 15 16 16 17 18 18 19 20

2 Zpoˇ zdˇ en´ı v re´ aln´ ych s´ıt´ıch 2.1 Zpoˇzdˇen´ı v m´ıstn´ı s´ıti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Zpoˇzdˇen´ı v pˇr´ıstupové s´ıti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Zpoˇzdˇen´ı v transportn´ı s´ıti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21 21 22 23

3 N´ astroje k mˇ eˇ ren´ı zpoˇ zdˇ en´ı a trasy 3.1 Vlastnosti jednotliv´ ych mˇeˇren´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Mˇeˇren´ı dostupnosti a zpoˇzdˇen´ı na r˚ uzn´ ych vrstvách OSI modelu 3.1.2 RTT versus jednocestné zpoˇzdˇen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.3 Pˇr´ımá vzdálenost versus fyzická vzdálenost . . . . . . . . . . . 3.2 Program Ping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Protokol ICMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2 Princip fungován´ı programu Ping . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3 Doba ˇzivota paketu (TTL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.4 Ping a moˇznost mˇeˇren´ı ˇs´ıˇrky pásma . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Programy Tracert a Traceroute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25 25 25 26 26 27 27 27 28 29 29

. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4 3.5

3.3.1 Varianty traceroute v linuxu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Aplikace zobrazuj´ıc´ı trasu na mapˇe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Zaˇr´ızen´ı Test box . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4 Mˇ eˇ ren´ı zpoˇ zdˇ en´ı v re´ aln´ e s´ıti 4.1 S´ıt’ sdruˇzen´ı Cesnet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Zp˚ usob mˇeˇren´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Konfigurace a zp˚ usob pˇripojen´ı mˇeˇr´ıc´ıho poˇc´ıtaˇce . . . . . . . 4.3 Mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı k uˇzivatel˚ um s´ıtˇe CESNET2 . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 V´ ypoˇcet doby zpoˇzdˇen´ı na jeden skok . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2 V´ ypoˇcet délky trasy kabelu z namˇeˇren´ ych hodnot . . . . . . . 4.3.3 Srovnán´ı skuteˇcné délky kabelu s pˇr´ımou vzdálenost´ı mezi mˇesty 4.4 Mˇeˇren´ı doby odezvy k prvn´ım uzlu v mˇestˇe . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.1 V´ ypoˇcet doby zpoˇzdˇen´ı na jeden skok . . . . . . . . . . . . . . 4.4.2 V´ ypoˇcet délky trasy kabelu z namˇeˇren´ ych hodnot . . . . . . . 4.5 Aplikace v´ ysledk˚ u mˇeˇren´ı na uzly v s´ıti Internet . . . . . . . . . . . .

32 32 32 32 33 34 37 38 38 39 39 41

5 Simulace pˇ renosov´ eho syst´ emu 5.1 Simulaˇcn´ı nástroj NS2 . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Grafické zobrazen´ı v´ ysledk˚ u . . . . . 5.2 Simulace latence pˇrep´ınaˇc˚ u a smˇerovaˇc˚ u . . 5.2.1 Zp˚ usob realizace . . . . . . . . . . . 5.2.2 V´ ysledky simulace . . . . . . . . . . 5.3 Simulace zpoˇzdˇen´ı délky trasy a poˇctu skok˚ u 5.3.1 Simulace zpoˇzdˇen´ı v s´ıti CESNET2 . 5.3.2 Simulace zpoˇzdˇen´ı v celosvˇetové s´ıti .

45 45 45 46 46 47 49 49 50

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

6 Z´ avˇ er

52

Literatura

54

Seznam symbol˚ u, veliˇ cin a zkratek

57

Seznam pˇ r´ıloh

59

A Tabulky

60

B Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD

64

´ ˚ SEZNAM OBRAZK U 1.1 2.1 3.1 3.2 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

Zdroje zpoˇzdˇen´ı a m´ısto jeho vzniku . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rozdˇelen´ı s´ıtˇe na m´ıstn´ı, pˇr´ıstupovou a transportn´ı. . . . . . . . . . . Mapa smˇerované cesty mezi Bratislavou a Mnichovem (pˇrevzato z [4]) Zobrazen´ı trasy na mapˇe pomoc´ı aplikace ze stránky [26]. . . . . . . . Délka optick´ ych kabel˚ u mezi jednotliv´ ymi mˇesty v s´ıti CESNET2 (v Km). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Graf pr˚ umˇer˚ u a medián˚ u pˇresnost´ı pro r˚ uzné doby zpoˇzdˇen´ı na jedno mezilehlé zaˇr´ızen´ı, pro r˚ uzné organizace ze sdruˇzen´ı Cesnet. . . . . . . Graf vypoˇc´ıtané a skuteˇcné délky cesty, pro organizace ze sdruˇzen´ı Cesnet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Graf relativn´ı chyby vypoˇc´ıtané vzdálenosti, pro organizace ze sdruˇzen´ı Cesnet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Graf pr˚ umˇer˚ u a medián˚ u pˇresnost´ı pro r˚ uzné doby zpoˇzdˇen´ı na jedno mezilehlé zaˇr´ızen´ı, pro prvn´ı prvek s´ıtˇe na vzdáleném m´ıstˇe. . . . . . Graf vypoˇc´ıtané a skuteˇcné délky cesty, pro prvn´ı prvky s´ıtˇe v r˚ uzn´ ych mˇestech s´ıtˇe CESNET2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Graf pˇresnosti vypoˇc´ıtané vzdálenosti, pro prvn´ı prvky s´ıtˇe v r˚ uzn´ ych mˇestech s´ıtˇe CESNET2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Obrázek okna simulace pro tˇri smˇerovaˇce a tˇri pˇrep´ınaˇce. . . . . . . . Závislost zpoˇzdˇen´ı na poˇctu smˇerovaˇc˚ u. . . . . . . . . . . . . . . . . . Závislost zpoˇzdˇen´ı na poˇctu pˇrep´ınaˇc˚ u a smˇerovaˇc˚ u. . . . . . . . . . . Závislost zpoˇzdˇen´ı na poˇctu smˇerovaˇc˚ u a délce trasy v s´ıti simuluj´ıc´ı CENSET2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Závislost zpoˇzdˇen´ı na poˇctu smˇerovaˇc˚ u a délce trasy simuluj´ıc´ı celosvˇetovou s´ıt’. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11 21 26 30 33 36 37 38 40 40 41 47 48 48 50 51

SEZNAM TABULEK 1.1 1.2 2.1 2.2 2.3 3.1 4.1 4.2 4.3 4.4 A.1

A.2

A.3

A.4

Tabulka serializaˇcn´ıho zpoˇzdˇen´ı pro r˚ uznˇe velké rámce a r˚ uzné pˇrenosové rychlosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Tabulka testovaného zpoˇzdˇen´ı pro r˚ uzné switche (pˇrevzato z [13]). . . 19 Tabulka velikost´ı zpoˇzdˇen´ı pro technologie pouˇzité v m´ıstn´ı s´ıti. . . . 22 Tabulka velikost´ı zpoˇzdˇen´ı pro technologie pouˇzité v pˇr´ıstupov´ ych s´ıt´ıch. 23 Tabulka velikost´ı zpoˇzdˇen´ı pro r˚ uzné délky transportn´ı s´ıtˇe . . . . . . 24 Vybrané kódy ICMP zpráv pro Destination unreachable (podle [10]) . 28 Tabulka zmˇeˇreného zpoˇzdˇen´ı a poˇctu skok˚ u k dané adrese. . . . . . . 35 Tabulka obsahuj´ıc´ı skuteˇcnou, pˇr´ımou hodnotu vzdálenosti k mˇest˚ um v s´ıti CESNET2 a jejich srovnán´ı. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Tabulka namˇeˇren´ ych a vypoˇcten´ ych hodnot zpoˇzdˇen´ı a vzdálenost´ı pro prvn´ı s´ıt’ov´ y prvek v r˚ uzn´ ych m´ıstech s´ıtˇe CESNET2. . . . . . . . 43 Namˇeˇrené hodnoty zpoˇzdˇen´ı, poˇctu skok˚ u, pˇr´ımé a vypoˇc´ıtané vzdálenosti pro r˚ uznˇe vzdálená m´ıst˚ um po celém svˇete. . . . . . . . . . . . . . . . 44 Relativn´ı chyby vypoˇc´ıtan´ ych vzdálenosti pro r˚ uzné velikosti latence jednoho mezilehlého zaˇr´ızen´ı, r˚ uzn´ ych organizac´ı sdruˇzen´ı Cesnet – 1.ˇcást. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Relativn´ı chyby vypoˇc´ıtan´ ych vzdálenosti pro r˚ uzné velikosti latence jednoho mezilehlého zaˇr´ızen´ı, r˚ uzn´ ych organizac´ı sdruˇzen´ı Cesnet – 2.ˇcást. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Relativn´ı chyby vypoˇc´ıtan´ ych vzdálenosti v závislosti na r˚ uzné velikosti latence jednoho mezilehlého zaˇr´ızen´ı, pro prvn´ı uzel v r˚ uzn´ ych mˇestech s´ıtˇe CESNET2 – 1.ˇca´st. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Relativn´ı chyby vypoˇc´ıtan´ ych vzdálenosti v závislosti na r˚ uzné velikosti latence jednoho mezilehlého zaˇr´ızen´ı, pro prvn´ı uzel v r˚ uzn´ ych mˇestech s´ıtˇe CESNET2 – 2.ˇca´st. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

´ UVOD Pojem zpoˇzdˇen´ı oznaˇcuje v komunikaˇcn´ıch technologi´ı dobu informace strávenou na cestˇe. Aˇckoliv se na prvn´ı pohled m˚ uˇze zdát, ˇze zpráva dorazila ve stejn´ y moment jako byla odeslána, nen´ı tomu tak. Informaci trvá obletˇet svˇet dobu kratˇs´ı neˇz je mrknut´ı oka, ale vzhledem k potˇrebˇe komunikovat v reálném ˇcase je i tato doba pˇr´ıliˇs dlouhá. Jak velké zpoˇzdˇen´ı bude, záleˇz´ı na vlastnostech celé pˇrenosové cesty, kterou informace absolvuje, vˇzdy je ale snaha o jeho co nejmenˇs´ı velikost. Velk´ y vliv na zpoˇzdˇen´ı má vzdálenost komunikuj´ıc´ıch, ale i typ pˇrenosového média a doba strávená pˇri smˇerován´ı k c´ıli. Co nejpˇresnˇejˇs´ı urˇcen´ı zpoˇzdˇen´ı, potaˇzmo jeho zdroj˚ u, je pouˇz´ıvané pro zajiˇstˇen´ı kvality sluˇzeb a k urˇcen´ı polohy stanice v rozsáhl´ ych s´ıt´ıch, jakou m˚ uˇze b´ yt napˇr´ıklad s´ıt’ Internet. Pokud stanice zná svoji polohu v s´ıti, m˚ uˇze kvalifikovanˇe rozhodnout, kter´ y server je v´ yhodné pouˇz´ıt napˇr´ıklad pro stahován´ı dat (v pˇr´ıpadˇe existence tzv. zrcadel – mirror˚ u). Toto pomáhá sn´ıˇzit zátˇeˇz na páteˇrn´ıch linkách Internetu a vyuˇz´ıvat ve své bl´ızkosti spoj˚ u s vysokou pˇrenosovou rychlost´ı. V této práci jsou zmapovány zdroje zpoˇzdˇen´ı v IP s´ıt´ıch na koncov´ ych zaˇr´ızen´ıch, linkách a mezilehl´ ych prvc´ıch s´ıtˇe. Pro kaˇzdou ˇca´st s´ıtˇe jsou vysvˇetleny základn´ı zdroje zpoˇzdˇen´ı. Pro jednotlivá zpoˇzdˇen´ı je uveden ovlivˇ nuj´ıc´ı parametr a velikost, které zpoˇzdˇen´ı nab´ yvá. Práce dále obsahuje rozbor jednotliv´ ych s´ıt´ı a obvyklé zdroje zpoˇzdˇen´ı v tˇechto s´ıt´ıch. Pro jednotlivé typy s´ıt´ı jsou uvedeny zmˇeˇrené velikosti zpoˇzdˇen´ı, pˇr´ıpadnˇe obvyklé velikosti zpoˇzdˇen´ı. Posledn´ı teoretická ˇca´st práce se zab´ yvá zp˚ usoby mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı a reprezentace v´ ysledk˚ u. Prakticky je v práci provedeno mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı v akademické s´ıti CESNET2 a na základˇe jeho v´ ysledk˚ u je odhadnuta obvyklá doba zpoˇzdˇen´ı pro mezilehlá zaˇr´ızen´ı. Ze z´ıskan´ ych dat je vypoˇc´ıtána pˇribliˇzná délka veden´ı mezi komunikuj´ıc´ımi stranami a ta je srovnána se skuteˇcnou délkou kabel˚ u. Délka trasy je pˇribliˇznˇe urˇcena i pro m´ısta mimo akademickou s´ıt’ a vypoˇctené délky trasy jsou porovnány s pˇr´ımou vzdálenost´ı. V dalˇs´ı ˇca´sti je popsána simulace vytvoˇrená v programu Network Simulator 2, pˇribliˇzuj´ıc´ı chován´ı v reálné s´ıti. Simulace jsou vytvoˇreny celkem dvˇe. Prvn´ı simuluje pˇrenosov´ y ˇretˇezec sestaven´ y z definovaného poˇctu smˇerovaˇc˚ u a pˇrep´ınaˇc˚ u, v druhé je brána v u ´vahu vzdálenost mezi komunikuj´ıc´ımi a poˇcet skok˚ u mezi nimi. V´ ystupem obou simulac´ı jsou grafy závislosti zpoˇzdˇen´ı na definovan´ ych parametrech pro r˚ uznˇe velké s´ıtˇe.

10

1

ˇ EN ˇ Í V IP SÍTÍCH ZDROJE ZPOZD

1.1

Co je zpoˇ zdˇ en´ı

Obecnˇe vzato, zpoˇzdˇen´ı je doba zp˚ usobená zdrˇzen´ım oproti plánovanému ˇcasu pˇr´ıjezdu, splnˇen´ı, doruˇcen´ı,. . . V telekomunikac´ıch je za zpoˇzdˇen´ı oznaˇcován ˇcas, kter´ y se informace stráv´ı na cestˇe od zdroje k pˇr´ıjemci. Synonymem ke zpoˇzdˇen´ı je latence; toto slovo je ˇcasto pouˇz´ıváno v souvislosti s vlastnost´ı daného prvku. Latence vznikaj´ıc´ı na jednotliv´ ych ˇcástech komunikaˇcn´ıho ˇretˇezce má r˚ uzn´ y charakter, velikost i vliv na celkové zpoˇzdˇen´ı. Proto je dobré definovat, co latenci zp˚ usobuje a kde v komunikaˇcn´ım ˇretˇezci ke zpoˇzdˇen´ı docház´ı (obrázek 1.1).

Obr. 1.1: Zdroje zpoˇzdˇen´ı a m´ısto jeho vzniku

1.1.1

Charakter zpoˇ zdˇ en´ı

Pokud zkoumáme latenci podrobnˇeji, zjist´ıme, ˇze pˇri opakovan´ ych mˇeˇren´ıch stejné pˇrenosové trasy má zpoˇzdˇen´ı podobnou velikost. V ˇclánku [4] autoˇri rozdˇeluj´ı celkové zpoˇzdˇen´ı na jeho deterministickou ˇca´st a stochastickou ˇca´st. Deterministické zpoˇzdˇen´ı má konstantn´ı velikost, která lze vypoˇc´ıtat, jedná se o minimáln´ı ˇcas potˇrebn´ y pro pˇrenos zprávy. Hodnota celkového zpoˇzdˇen´ı nem˚ uˇze b´ yt nikdy menˇs´ı neˇz velikost deterministického zpoˇzdˇen´ı. Oproti tomu stochastické zpoˇzdˇen´ı má náhodn´ y charakter a je ovlivnˇené aktuáln´ım stavem s´ıtˇe. Stochastické zpoˇzdˇen´ı m˚ uˇze m´ıt nulovou hodnotu a nemus´ı v˚ ubec celkové zpoˇzdˇen´ı ovlivˇ novat. Naopak v dobˇe velkého zat´ıˇzen´ı s´ıtˇe je hodnota tohoto zpoˇzdˇen´ı pomˇernˇe vysoká. Stochastické zpoˇzdˇen´ı má zpravidla Guassovo rozloˇzen´ı s v´ yrazn´ ym dozvukem (heavy tail).

11

1.1.2

Vliv latence na celkov´ e zpoˇ zdˇ en´ı

Celkové zpoˇzdˇen´ı IP paketu je dáno souˇctem nˇekolika parciáln´ıch zpoˇzdˇen´ı. Tyto d´ılˇc´ı zpoˇzdˇen´ı zp˚ usobuj´ı vˇsechny prvky pˇrenosového systému. D˚ uleˇzité vˇsak je, nakolik a jak se na v´ ysledném zpoˇzdˇen´ı pod´ılej´ı. V následuj´ıc´ıch podkapitolách jsou popsány parciáln´ı zpoˇzdˇen´ı rozdˇelená dle m´ısta svého vzniku. U kaˇzdého zpoˇzdˇen´ı je uvedeno, nakolik ovlivˇ nuje celkové zpoˇzdˇen´ı. Za zanedbateln´ e je oznaˇcováno zpoˇzdˇen´ı, které má nezˇreteln´ y vliv na velikost celkového zpoˇzdˇen´ı (typicky do 1 %). Mal´ y vliv má zpoˇzdˇen´ı cca do 10 % celkového zpoˇzdˇen´ı a zpoˇzdˇen´ı, které maj´ı velk´ y vliv je nutno zohlednit i v pˇribliˇzn´ ych v´ ypoˇctech. V pˇr´ıpadˇe, ˇze d´ılˇc´ı zpoˇzdˇen´ı je mnohoanásobnˇe vˇetˇs´ı neˇz ostatn´ı, oznaˇcuji jej za dominantn´ı.

1.2

Zpoˇ zdˇ en´ı vznikaj´ıc´ı v koncov´ ych zaˇ r´ızen´ıch

Koncov´ ymi zaˇr´ızen´ımi jsou zdroj a c´ıl pˇrenáˇsené informace, pˇr´ıkladem takov´ ych zaˇr´ızen´ı jsou poˇc´ıtaˇce, servery, testovac´ı zaˇr´ızen´ı, ale i zdroje a spotˇrebiˇce zvuku ˇci videa (VoIP telefony, IP televize, kamery, . . . ). Zdrojové zaˇr´ızen´ı pˇredpˇriprav´ı zprávu pro pˇrenos, oznaˇc´ı ji adresou svoji i pˇr´ıjemce a zabal´ı ji do paket˚ u. Na druhé vrstvˇe OSI modelu se paket zapouzdˇr´ı do rámce, ˇci buˇ nky (dle pouˇzité technologie) a vyˇsle se bit po bitu na pˇrenosovou linku. Pˇrij´ımac´ı stanice k z´ıskán´ı pˇrenáˇsené informace mus´ı provést opaˇcn´ y postup. Pˇr´ıpravou informace pro pˇrenos je myˇslena pˇredevˇs´ım práce na vyˇsˇs´ıch vrstvách (4.-7.) OSI modelu a závis´ı na sloˇzitosti zprávy a v´ ykonu stanice. V následuj´ıc´ıch u ´vahách budeme operovat pouze se zpoˇzdˇen´ım zp˚ usoben´ ym 3. a niˇzˇs´ı vrstvou OSI modelu. Celkové zpoˇzdˇen´ı koncového zaˇr´ızen´ı budu dále oznaˇcovat tKZ a skládá se z d´ılˇc´ıch zpoˇzdˇen´ıch, která jsou uvedena v následuj´ıc´ıch podkapitolách.

1.2.1

Paketizaˇ cn´ı a depaketizaˇ cn´ı zpoˇ zdˇ en´ı

Toto zpoˇzdˇen´ı (tpak ) je doba, potˇrebná pro vytvoˇren´ı paketu – pˇrenosové jednotky v IP s´ıt´ıch. Závis´ı na rychlosti zpracován´ı informace poˇc´ıtaˇcem a vˇetˇsinou je zanedbateln´ e. Pokud se vˇsak jedná o interaktivn´ı komunikaci, závis´ı toto zpoˇzdˇen´ı téˇz na velikosti paketu, objemu informace a vzorkovac´ı frekvenci. Pˇri tomto typu komunikace se vˇzdy ˇceká neˇz je naplnˇena velikost paketu hodnotami nˇekolika po sobˇe jdouc´ıch vzork˚ u (napˇr. u ´ryvk˚ u ˇreˇci). To zp˚ usobuje zpoˇzdˇen´ı prvn´ıho vzorku v paketu. Pˇri depaketizaci je toto zpoˇzdˇen´ı vyrovnáno pozdrˇzen´ım ostatn´ıch vzork˚ u paketu tak, aby byly stejnˇe zpoˇzdˇeny jako prvn´ı vzorek. Napˇr. u kodeku hlasu G.723.1 je tpak =30 ms [5].

12

1.2.2

Zpoˇ zdˇ en´ı v odchoz´ıch front´ ach

Hodnotu zpoˇzdˇen´ı v odchoz´ıch frontách (tf ) nen´ı moˇzné deterministicky urˇcit, protoˇze je závislá na aktuáln´ım zat´ıˇzen´ı prvku. Zpoˇzdˇen´ı v odchoz´ıch frontách se uplatˇ nuje nejen pro zdrojové stanice, ale i pro smˇerovaˇce a pˇrep´ınaˇce. Velikost tohoto zpoˇzdˇen´ı je promˇenná a dá se aktuálnˇe zjistit podle celkové velikosti paket˚ u ve frontˇe a rychlosti odchoz´ı linky (viz vztah 1.1). Pˇr´ıklad: pˇri rychlosti odchoz´ı linky 10 Mbit/s (R) a pr˚ umˇerné velikosti paketu 1250 B (P ) je odchoz´ı fronta schopna obslouˇzit aˇz 1000 paket˚ u za sekundu (µ). Pokud by pˇricházelo 500 paket˚ u za sekundu (λ), pak by pr˚ umˇerné zpoˇzdˇen´ı bylo 2 ms (tf ) a fronta je zat´ıˇzená na 50 % (ρ – dle vztahu 1.2) [6] [7]. tf =

1 = µ−λ

ρ=

λ . µ

R P

1 , −λ

(1.1)

(1.2)

Tyto rovnice jsou platné pouze, pokud je pouˇzito ˇrazen´ı do front typu FIFO. V pˇr´ıpadˇe prioritn´ıch front, ˇci jin´ ych metod obsluhy front, vyuˇz´ıvan´ ych pro zajiˇstˇen´ı QoS, nen´ı moˇzné urˇcit pr˚ umˇernou dobu zpoˇzdˇen´ı.

1.2.3

Zpoˇ zdˇ en´ı na vyrovn´ an´ı jitteru

Pro aplikace pracuj´ıc´ı v reálném ˇcase je d˚ uleˇzité, aby datové jednotky pˇricházely pravidelnˇe – tzn. stejnˇe zpoˇzdˇeny. Proto je v c´ılové stanici zabudován tzv. jitter buffer (latence jitter bufferu bude znaˇcena tj ), kter´ y má za u ´kol vyrovnávat zpoˇzdˇen´ı. Velikost tohoto bufferu je omezena, proto datové jednotky s vˇetˇs´ım rozptylem zpoˇzdˇen´ı jsou povaˇzovány za ztracené. Doporuˇcovan´ y rozptyl zpoˇzdˇen´ı pro real-time aplikace je do 100 ms a to je i maximáln´ı velikost pˇridávaného zpoˇzdˇen´ı v c´ılové stanici. Pro pˇrenosy proudu dat z internetu (napˇr. IPTV) m˚ uˇze b´ yt vyrovnávac´ı zpoˇzdˇen´ı i vˇetˇs´ı. Naopak pro normáln´ı pˇrenos dat nen´ı jitter v´ yznamn´ y a pˇr´ıpadné pˇreuspoˇra´dán´ı r˚ uznˇe zpoˇzdˇen´ ych datov´ ych jednotek má za u ´kol ˇctvrtá vrstva OSI modelu [8].

1.3

Z´ avislost na pˇ renosov´ ych link´ ach

Pˇrenosové linky jsou ˇca´st transportn´ı soustavy, která je pˇr´ımo závislá na fyzické pozici stanic. Linky ke stanic´ım nejsou vedeny nejkratˇs´ı cestou, ale kabely jsou pokládány na vhodn´ ych m´ıstech (napˇr´ıklad podél silnic, ˇzeleznic a spolu s dálkov´ ym veden´ım elektrické energie). Dalˇs´ı prodlouˇzen´ı cesty paketu m˚ uˇze zp˚ usobit smˇerován´ı. Pˇrestoˇze existuje k c´ıli fyzicky kratˇs´ı linka, smˇerovaˇce mohou vybrat linku

13

jinou, napˇr´ıklad z d˚ uvodu cenové politiky, nebo rychlosti linek. T´ımto nar˚ ustá délka trasy a roste i zpoˇzdˇen´ı zp˚ usobené dobou ˇs´ıˇren´ı signálu. Kromˇe fyzické vzdálenosti stanic je d˚ uleˇzitá také technologie pˇrenosu signálu, která ovlivˇ nuje pˇredevˇs´ım pˇrenosovou rychlost a tedy i serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı. Doba zpoˇzdˇen´ı pˇrenosov´ ych linek, dále oznaˇcovaná jako tPL , zahrnuje zpoˇzdˇen´ı zp˚ usobené dobou ˇs´ıˇren´ı signálu. Serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı je ˇcastˇeji uvádˇeno v rámci latence mezilehl´ ych zaˇr´ızen´ı, ale protoˇze jej ovlivˇ nuje rychlost pˇrenosov´ ych linek je uvedeno v této ˇcásti.

1.3.1

Serializaˇ cn´ı zpoˇ zdˇ en´ı

Serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı (ts ) je doba od vyslán´ı prvn´ıho bitu do odeslán´ı posledn´ıho bitu rámce na linku. Hodnotu tohoto zpoˇzdˇen´ı ovlivˇ nuje velikost rámce – ˇc´ım vˇetˇs´ı rámec bude, t´ım vˇetˇs´ı bude zpoˇzdˇen´ı. A také pˇrenosová rychlost linky – v pˇr´ıpadˇe pomalé linky, bude serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı velké. Toto zpoˇzdˇen´ı vznikne za kaˇzd´ ym aktivn´ım prvkem, kde dojde k uloˇzen´ı rámce do pamˇeti. Velikost serializaˇcn´ıho zpoˇzdˇen´ı (ts ) je pˇredem známá a m˚ uˇzeme ji deterministicky urˇcit. Dobu serializace bit˚ u na linku spoˇc´ıtáme, kdyˇz vynásob´ıme pˇrenosovou rychlost linky (R) a velikost rámce 1 (F ) (pozor udávána v bajtech na rozd´ıl od pˇrenosové rychlosti). Pro ilustraci velikosti serializaˇcn´ıho zpoˇzdˇen´ı je uvedena tabulka 1.1, kde jsou vypoˇc´ıtány hodnoty zpoˇzdˇen´ı pro r˚ uzné velikosti rámc˚ u a rychlosti pˇrenosov´ ych linek. Toto zpoˇzdˇen´ı je nutné brát v u ´vahu pokud pouˇz´ıváme velké rámce a malé pˇrenosové rychlosti, pˇri pˇrenosov´ ych rychlostech v ˇrádech gigabit˚ u za sekundu je toto zpoˇzdˇen´ı zanedbateln´ e [9]. ts = R · F

(1.3)

Velikost r´ amce 64 B 500 B 1500 B

Rychlost linky 64 Kbit/s 10 Mbit/s 10 Gbit/s 8 ms 62,5 ms 187,5 ms

51,2 µs 0,4 ms 1,2 ms

0,0512 µs 0,4 µs 1,2 µs

Tab. 1.1: Tabulka serializaˇcn´ıho zpoˇzdˇen´ı pro r˚ uznˇe velké rámce a r˚ uzné pˇrenosové rychlosti

1

Protoˇze je na 2. vrstvˇe OSI modelu velmi ˇcasto nasazena technologie Ethernet, b´ yvá nejvˇetˇs´ı velikost r´ amce 1518 B. Pro jiné technologie lze tuto hodnotu dohledat v literatuˇre.

14

1.3.2

Zpoˇ zdˇ en´ı zp˚ usoben´ e rychlost´ı ˇ s´ıˇ ren´ı sign´ alu

Rychlost ˇs´ıˇren´ı signálu je fyzikáln´ı veliˇcina, která specifikuje, jak dlouho trvá cesta dat z jednoho konce média na druh´ y. Velikost zpoˇzdˇen´ı zp˚ usobená rychlost´ı ˇs´ıˇren´ı (trs ) je závislá nejen na pouˇzitém médiu, ale pˇredevˇs´ım na délce fyzické trasy. Skuteˇcná délka média je ˇcasto v´ yraznˇe vyˇsˇs´ı neˇz je vzdálenost vzduˇsnou ˇcarou a je tedy nutné na to pamatovat (v´ıce o fyzické vzdálenosti je napsáno v kapitole 3.1.3). Pˇrestoˇze se rychlost ˇs´ıˇren´ı signálu v médiu bl´ıˇz´ı rychlosti svˇetla ve vakuu (c = 299 792 458 m/s), pro dlouhé vzdálenosti (nad 1000 km) má tato latence velk´ y pod´ıl na celkovém zpoˇzdˇen´ı. Napˇr´ıklad pˇri mezikontinentáln´ı komunikaci je hodnota tohoto zpoˇzdˇen´ı v ˇra´du des´ıtek aˇz stovek milisekund. V následuj´ıc´ıch podkapitolách jsou popsána nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ı pˇrenosová média a typické parametry pro tato média. Metalick´ y kabel Metalické kabely jsou nejˇcastˇeji vyuˇz´ıvány v LAN s´ıt´ıch a v s´ıt´ıch pˇr´ıstupov´ ych. Dˇr´ıve pouˇz´ıvan´ y sd´ılen´ y koaxiáln´ı kabel, v dneˇsn´ı dobˇe nahradil kabel UTP (unshielded twisted pair), pˇr´ıpadnˇe STP (shielded twisted pair). Toto médium umoˇzn ˇuje rychlost 100 Mbit/s a pˇri pouˇzit´ı vˇsech ˇctyˇr pár˚ u dokonce rychlosti v gigabitech za sekundu. Vodiˇcem se ˇs´ıˇr´ı elektrick´ y proud rychlost´ı 0, 75 · c, coˇz je pˇribliˇznˇe 224 844 km/s [10]. Kabely znaˇcky Solarix udávaj´ı pro UTP cat5E a cat6 zpoˇzdˇen´ı rychlost´ı ˇs´ıˇren´ı 535 ns/100 m, pro cat7 Solarix uvád´ı zpoˇzdˇen´ı 427 ns/100 m [11]. Optick´ y kabel Optická vlákna jsou majoritnˇe zastoupena na transportn´ıch s´ıt´ıch a prosazuj´ı ˇ se i do s´ıt´ı pˇr´ıstupov´ ych. Casto propojuj´ı m´ısta, kde je potˇrebná velká pˇrenosová rychlost na dlouhé vzdálenosti. Rychlost ˇs´ıˇren´ı, závis´ı na indexu lomu v jádru vlákna a je pˇribliˇznˇe 194 895 km/s, tj. 0, 65 · c [10]. Po pˇrepoˇctu zpoˇzdˇen´ı na 100 m vyjde hodnota 513 ns. Vzhledem k tomu, ˇze nˇekteré transportn´ı s´ıtˇe mˇeˇr´ı i nˇekolik tis´ıc kilometr˚ u, má tato latence velk´ y vliv na celkové zpoˇzdˇen´ı. Bezdr´ atov´ y pˇ renos Bezdrátové technologie maj´ı velkou v´ yhodu, nebot’ uˇzivateli dovoluj´ı mobilitu a nevázanost na pˇripojen´ı kabelem. Vyuˇz´ıvaj´ı se pˇredevˇs´ım v pˇr´ıstupov´ ych a lokáln´ıch s´ıt´ıch. Dnes pouˇz´ıvané bezdrátové techniky jsou GSM, WiFi, WiMax, satelitn´ı spoje a mikrovlnné spoje. Vˇsechny tyto techniky maj´ı spoleˇcnou rychlost ˇs´ıˇren´ı signálu, která se témˇeˇr rovná rychlosti ˇs´ıˇren´ı svˇetla ve vakuu, to znamená zpoˇzdˇen´ı

15

334 ns/100 m. Velk´ y rozd´ıl mezi jednotliv´ ymi technologiemi je v délce cesty signálu. GSM, WiFi a WiMax jsou buˇ nkové technologie, kdy nejvˇetˇs´ı polomˇer buˇ nky má GSM (35 Km) a to v porovnán´ı s ostatn´ımi zdroji zpoˇzdˇen´ı zp˚ usobuje malé zpoˇzdˇen´ı. Mikrovlnné spoje slouˇz´ı k propojen´ı fixn´ıch bod˚ u na delˇs´ı, ale viditelnou vzdálenost. Proto je fyzická cesta signálu kratˇs´ı neˇz je tomu u kabel˚ u a zpoˇzdˇen´ı ˇs´ıˇren´ım signál˚ u je také mal´ e. U satelitn´ıho spojen´ı je velikost latence v celkovém zpoˇzdˇen´ı dominantn´ı. Zp˚ usobuje to pˇredevˇs´ım nutnost komunikovat s druˇzic´ı, která je na obˇeˇzné dráze zemˇe a v´ yraznˇe prodluˇzuje cestu signálu. Satelity ob´ıhaj´ı planetu na r˚ uzn´ ych obˇeˇzn´ ych drahách, nejniˇzˇs´ı z nich je LEO (low-Earth orbit) ve vzdálenosti 600 – 2000 Km nad povrchem zemˇe, zpoˇzdˇen´ı k druˇzici je potom 4 – 8 ms. Druˇzice na vrstvˇe MEO (medium-Earth orbit) se nacház´ı ve vzdálenosti 2000 – 35 000 Km a zpoˇzdˇen´ı signálu let´ıc´ıho k nim je aˇz 100 ms. Nejv´ yˇse poloˇzená je vrstva GEO (geostacionary-Earth orbit) ve vzdálenosti 35 786 Km nad zem´ı. Tato vrstva má oproti ostatn´ım v´ yhodu v tom, ˇze druˇzice z˚ ustává nad povrchem stále na stejném m´ıstˇe a je tedy moˇzné na ni nasmˇerovat anténu (satelit). Zpoˇzdˇen´ı pro tento systém nab´ yvá vysoké hodnoty okolo 270 ms. Vˇsechna zpoˇzdˇen´ı uvedená k druˇzic´ım jsou vztaˇzena k jednomu smˇeru (druˇzice – zemˇe, nebo zemˇe – druˇzice) [12].

1.3.3

Zpoˇ zdˇ en´ı dobou pˇ r´ıstupu k m´ ediu

Zpoˇzdˇen´ı dobou pˇr´ıstupu k médiu tpm se uplatˇ nuje pˇredevˇs´ım u technologi´ı se sd´ılen´ ym médiem (ethernet, bezdrátové technologie). Pˇr´ıˇcinou je sd´ılené médium (vzduch), které m˚ uˇze b´ yt obsazeno na urˇcitém komunikaˇcn´ım kanálu jen jedn´ım u ´ˇcastn´ıkem a zbytek stanic ˇceká aˇz se na nˇe dostane ˇrada. D´ıky tomu je i sloˇzitˇejˇs´ı ˇr´ızen´ı stanic, proto je zpoˇzdˇen´ı dobou pˇr´ıstupu k médiu u nˇekter´ ych bezdrátov´ ych technologi´ı velk´ e.

1.4

Latence vznikaj´ıc´ı v mezilehl´ ych zaˇ r´ızen´ıch

Mezilehlé zaˇr´ızen´ı je jak´ ykoliv aktivn´ı prvek na cestˇe mezi koncov´ ymi zaˇr´ızen´ımi. Tato zaˇr´ızen´ı maj´ı mnoho rozliˇcn´ ych u ´kol˚ u, sv´ ym rozsahem zahrnuj´ıc´ı r˚ uzné vrstvy OSI modelu. M˚ uˇzou napˇr´ıklad propojovat v jednom bodˇe v´ıce linek do r˚ uzn´ ych smˇer˚ u a s´ıt´ı. Proto mezi nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ı u ´koly patˇr´ı smˇerován´ı a pˇrep´ınán´ı, tedy pˇrepos´ılán´ı datov´ ych jednotek nejkratˇs´ı (nejv´ yhodnˇejˇs´ı) cestou k c´ıli. Mezi dalˇs´ı neménˇe d˚ uleˇzité funkce patˇr´ı zesilován´ı a obnova signálu, zajiˇstˇen´ı bezpeˇcnosti a správy s´ıtˇe. Latence v mezilehl´ ych zaˇr´ızen´ı tMZ se skládá z r˚ uzn´ ych zpoˇzdˇen´ı, které jsou uvedena v následuj´ıc´ıch podkapitolách. V dalˇs´ıch odd´ılech jsou vypsána jednotlivá

16

mezilehlá zaˇr´ızen´ı, popis jejich ˇcinnosti a latence pro nˇe typická. Zpoˇ zdˇ en´ı ve vstupn´ı frontˇ e Je to doba, kterou rámec stráv´ı ve vstupn´ı vyrovnávac´ı pamˇeti (buffer), neˇz jsou naˇcteny vˇsechny potˇrebné bity (hlaviˇcka, ˇci cel´ y paket). V pˇr´ıpadˇe zmˇeny pˇrenosové rychlosti mezi vstupn´ım a v´ ystupn´ım portem je potˇreba naˇc´ıst cel´ y paket, v ostatn´ıch pˇr´ıpadech záleˇz´ı na metodˇe pˇrepos´ılán´ı rámc˚ u (kapitola 1.4.2). Doba zpoˇzdˇen´ı ve vstupn´ı frontˇe je rovna velikosti serializaˇcn´ıho zpoˇzdˇen´ı ts (kapitola 1.3.1) pˇr´ıchoz´ı linky vztaˇzené na poˇcet bit˚ u ukládan´ ych do vyrovnávac´ı pamˇeti. Vˇetˇsinou se hodnota serializaˇcn´ıho uvád´ı pˇr´ımo v souvislosti s latenc´ı aktivn´ıho zaˇr´ızen´ı (dle poˇctu zpracovávan´ ych bit˚ u), pˇrestoˇze jej´ı velikost je ovlivnˇena rychlost´ı linky a velikost´ı rámce. Doba zpracov´ av´ an´ı informace Je to ˇcas tp , kter´ y zaˇr´ızen´ı potˇrebuje pro pˇresunut´ı paketu ze vstupu do v´ ystupn´ı fronty. Minimáln´ı hodnota závis´ı na v´ ykonu zaˇr´ızen´ı a provádˇen´ ych operac´ıch (napˇr. smˇerován´ı, pˇreklad adres, znaˇckován´ı pro QoS, filtrován´ı port˚ u, . . . ), vˇzdy záleˇz´ı na typu zaˇr´ızen´ı a jeho konfiguraci. Celková doba zpracován´ı se zvyˇsuje se zvyˇsuj´ıc´ım se provozem – zat´ıˇzen´ım prvku. Kaˇzdé zaˇr´ızen´ı má definovanou propustnost, která se zejména u levnˇejˇs´ıch prvk˚ u s´ıtˇe nerovná maximáln´ımu zat´ıˇzen´ı vˇsech port˚ u. Pokud má zaˇr´ızen´ı 48 gigabitov´ ych port˚ u, ale propustnost je 32 Gbit/s, poté zaˇr´ızen´ı v pˇr´ıpadˇe plného zat´ıˇzen´ı nebude schopné obsluhovat vˇsechny porty. Napˇr´ıklad prvky v pˇr´ıstupové s´ıti jsou urˇcené ke koncentraci provozu a neoˇcekává se u nich plné simultáln´ı vyt´ıˇzen´ı vˇsech port˚ u. Zpoˇ zdˇ en´ı v odchoz´ıch front´ ach Doba strávená v odchoz´ı frontˇe tf je pˇr´ımo závislá na aktuáln´ım poˇctu paket˚ u smˇeˇruj´ıc´ıch na stejn´ y port (ˇcekaj´ıc´ıch ve frontˇe pˇred paketem). Pˇri pouˇzit´ı QoS je ˇcasto pouˇzit jin´ y typ fronty neˇz FIFO, d´ıky tomu nen´ı moˇzné dobu strávenou ve frontˇe exaktnˇe urˇcit. V´ıce o dobˇe strávené v odchoz´ı frontˇe je v kapitole 1.2.2.

1.4.1

Opakovaˇ c (repeater) a aktivn´ı hub

Tyto nejjednoduˇsˇs´ı aktivn´ı prvky pracuj´ı na prvn´ı vrstvˇe OSI modelu. Jejich u ´kolem je regenerovat pˇr´ıchoz´ı signál a zes´ılen´ y jej odeslat na vˇsechny porty, kromˇe portu ze kterého paket obdrˇzely. Jelikoˇz nen´ı tˇreba naˇc´ıtat cel´ y rámec je zpoˇzdˇen´ı opakovaˇce i hubu zanedbateln´ e, pˇribliˇznˇe 0, 68 µs (pro CentreCom MR820TR) [13].

17

1.4.2

Pˇ rep´ınaˇ c (switch)

Pracuje na linkové vrstvˇe OSI modelu, jeho u ´kolem je pˇrepnut´ı rámce, dle MAC adresy na správn´ y v´ ystupn´ı port. Pro kaˇzd´ y port vytváˇr´ı vlastn´ı kolizn´ı doménu, d´ıky tomu sniˇzuje poˇcet zaˇr´ızen´ı sd´ılej´ıc´ıch médium a zároveˇ n tedy i vyt´ıˇzenost pˇrenosové linky. Latence pˇrep´ınaˇce nezávis´ı pouze na rychlosti pˇrep´ınac´ıho pole, ale téˇz na jeho nastaven´ı a zat´ıˇzen´ı. Existuj´ı tˇri reˇzimy práce pˇrep´ınaˇce z nichˇz je kaˇzd´ y jinak rychl´ y. • Cut-Trough – pˇri tomto reˇzimu se pˇrijat´ y rámec nekontroluje a ihned po pˇrijet´ı hlaviˇcky s c´ılovou MAC adresou se odeˇsle na v´ ystupn´ı port. • Fragment Free (FF) – zde pˇrep´ınaˇc pˇrijme prvn´ıch 64 B rámce, zkontroluje médium zda nedoˇslo ke kolizi a pokud je vˇse v poˇrádku, zaˇc´ıná pˇrepos´ılat rámec na v´ ystupn´ı port. • Store & Forward (S&F) – pˇri této metodˇe se nejprve naˇcte cel´ y rámec, provede se kontrola CRC a teprve poté se odeˇsle na v´ ystupn´ı port. Nové switche firmy Cisco (ˇrada 29XX) pˇrep´ınaj´ı pouze metodou Store & Forward, u které se uplatn´ı serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı (kapitola 1.3.1) vstupn´ı linky pro cel´ y rámec. U zbyl´ ych dvou metod je to pouze serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı pro prvn´ıch 18 B rámce pˇri Cut-Trough, respektive 64 B pˇri Fragment Free. Dále se uplatn´ı náhodn´ y charakter zpoˇzdˇen´ı ve frontách (kapitola 1.2.2) v pˇr´ıpadˇe, ˇze je v´ ystupn´ı port blokován jin´ ymi daty. Dokument [13] popisuje testován´ı zpoˇzdˇen´ı r˚ uzn´ ych pˇrep´ınaˇc˚ u z provenience Cisco a vybrané v´ ysledky jsou v tabulce 1.2. Celková velikost latence prvku (tMZ ) se zde skládá z doby potˇrebné na pˇrepnut´ı jiˇz pˇrijatého rámce na v´ ystupn´ı port (tp ) a hodnoty serializaˇcn´ıho zpoˇzdˇen´ı pro pˇr´ısluˇsnou velikost rámce a linku o rychlosti 10 Mbit/s (pro 64 B paket je serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı 51,2 µs a pro 1498 B je 1198,4 µs). Podobné hodnoty zpoˇzdˇen´ı, pˇri srovnán´ı s tp pˇredchoz´ıho mˇeˇren´ı, udává v´ yrobce pˇrep´ınaˇce HP ProCurve 1700. Latence pro tento pˇrep´ınaˇc je maximálnˇe 4, 7 µs (v reˇzimu Cut-Trough s frontou FIFO, velikost´ı rámce 64 B a rychlost´ı linky 100 Mbit/s) [14]. V dokumentu [15] popisuj´ıc´ım Cisco Nexus 5020, je pro tento pˇrep´ınaˇc uvedeno, ˇze hodnota zpoˇzdˇen´ı pro vˇsechny velikosti rámce nepˇresahuje 3,2 µs.

1.4.3

L3 switch

V posledn´ıch letech se do páteˇrn´ıch s´ıt´ı prosazuj´ı L32 pˇrep´ınaˇce, které jsou rychlejˇs´ı neˇz klasické smˇerovaˇce a zároveˇ n pˇrep´ınaj´ı rámce na základˇe IP adresy. Po pˇr´ıchodu rámce L3 pˇrep´ınaˇc pˇreˇcte IP adresu, která je v zapouzdˇreném rámci a dle záznamu ve své pˇrep´ınac´ı tabulce zjist´ı, na kter´ y port má rámec odeslat. V pˇr´ıpadˇe, 2

layer 3 - pracuje na 3. vrstvˇe OSI modelu

18

98 B rámec 1492 B Zaˇ r´ızen´ı (reˇ zim) ∆tMZ ∆tp ∆tMZ Catalyst 1900 (FF) 71,6 µs 71,6 µs Catalyst 1900 (S&F) 96 µs 7 µs 1210 µs Catalyst 2900 (S&F) 101 µs 14 µs 1210 µs Catalyst 3550 (L3) 118 µs 28 µs 1380 µs

rámec ∆tpn 7,4 µs 15 µs 168 µs

Tab. 1.2: Tabulka testovaného zpoˇzdˇen´ı pro r˚ uzné switche (pˇrevzato z [13]).

ˇze pˇrep´ınaˇc nemá IP adresu pˇriˇrazenou k portu, nebo se nejedná o zapouzdˇren´ y IP paket, pˇriház´ı na ˇradu zabudovan´ y smˇerovaˇc. Ten urˇc´ı jak s rámcem naloˇzit a tuto informaci si uloˇz´ı i pˇrep´ınaˇc do pˇrep´ınac´ı tabulky [16]. Latence L3 pˇrep´ınaˇce (pˇr´ıklad Cisco 3550) je 118 µs pro rámec velikosti 98 B a 1380 µs pro rámec velikosti 1592 B. Opˇet je v této hodnotˇe zapoˇcteno serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı (1.3.1) pro linku rychlosti 10 Mbit/s a pˇr´ısluˇsnou velikost paketu [13]. Kromˇe L3 switch˚ u existuj´ı téˇz pˇrep´ınaˇce pracuj´ıc´ı na vyˇsˇs´ıch vrstvách (L4-7 switch), které provád´ı smˇerován´ı na základˇe znalosti port˚ u nebo aplikaˇcn´ıch dat. Pouˇz´ıvaj´ı se napˇr´ıklad pro loadbalancing webov´ ych server˚ u, nebo pro filtrován´ı provozu. Jejich zpoˇzdˇen´ı je jeˇstˇe vˇetˇs´ı a zároveˇ n tˇeˇzko obecnˇe definovatelné – vˇzdy záleˇz´ı na konkrétn´ım pouˇzit´ı.

1.4.4

Smˇ erovaˇ c (router)

Základn´ım u ´kolem smˇerovaˇce je propojovat s´ıtˇe pouˇz´ıvaj´ıc´ı r˚ uzné technologie (Ethernet, WDM, xDSL, WiFi, . . . ), provádˇet pˇreklad adres (NAT) a co nejlépe smˇerovat pˇricházej´ıc´ı provoz. Ke smˇerován´ı se pouˇz´ıvá smˇerovac´ı tabulka a r˚ uzné smˇerovac´ı protokoly, coˇz prodluˇzuje dobu paketu strávenou v routeru. Nˇekteré smˇerovaˇce obsahuj´ı dalˇs´ı funkce, kter´ ymi zastávaj´ı práci jin´ ych zaˇr´ızen´ı: firewall, DHCP server, podpora VoIP, . . . Velikost celkové latence routeru závis´ı na mnoha faktorech, proto je velmi tˇeˇzké urˇcit zpoˇzdˇen´ı platné obecnˇe. Vynecháme-li stochastickou ˇca´st zpoˇzdˇen´ı, jako je zpoˇzdˇen´ı v odchoz´ıch frontách (kapitola 1.2.2) a celkové zat´ıˇzen´ı routeru, m˚ uˇzeme urˇcit minimáln´ı hodnotu zpoˇzdˇen´ı – deterministickou ˇca´st. Ta se skládá z doby nutné pro naˇcten´ı celého rámce (serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı pˇr´ıchoz´ı linky – kapitola 1.3.1),doby potˇrebné pro nalezen´ı informace v routovac´ı tabulce a odeslán´ı na v´ ystupn´ı port. Podle testu páteˇrn´ıch smˇerovaˇc˚ u se minimáln´ı hodnoty latence pohybuj´ı mezi 10 – 20 µs (napˇr. pro Cisco 12146 je minimáln´ı latence 17,7 µs), jedná se o mˇeˇren´ı pˇri 40 B velikosti paketu a lince 2,5 Gbit/s. Pr˚ umˇerné hodnoty latence pˇri sm´ıˇseném

19

internetovém provozu a rychlosti 2,5 Gbit/s dosahovaly velikosti od 65 do 252 µs, pro Cisco router byla pr˚ umˇerná latence 252 µs [17]. Test páteˇrn´ıch smˇerovaˇc˚ u pro s´ıtˇe IPv6 udává zpoˇzdˇen´ı pro smˇerovaˇce znaˇcek Fujitsu, Hitachi, Juniper a Nec hodnoty zpoˇzdˇen´ı od 9 do 72 µs [19]. Dalˇs´ı mˇeˇren´ı se uskuteˇcnilo pouˇzit´ım Test box˚ u [18] a vloˇzen´ım 0 - 3 smˇerovaˇc˚ u mezi dva Test boxy. Pr˚ umˇerná namˇeˇrená hodnota latence pro smˇerovaˇc Cisco 3630 byla 224 µs (pro 100 B paket) [4].

1.5

Shrnut´ı zpoˇ zdˇ en´ı

Jak je zobrazeno na u ´vodn´ım obrázku 1.1, zdrojem zpoˇzdˇen´ı v s´ıti je kaˇzdá ˇca´st s´ıtˇe. Celkové zpoˇzdˇen´ı je dáno souˇctem zpoˇzdˇen´ı za jednotlivé ˇca´sti s´ıtˇe (koncové stanice, linky a mezilehlá zaˇr´ızen´ı) – vyjádˇreno rovnic´ı 1.4. V pˇr´ıpadˇe podrobnˇejˇs´ıho pohledu na s´ıt’ rozliˇs´ıme i jednotlivé druhy zpoˇzdˇen´ı pro r˚ uzné ˇca´sti s´ıtˇe, tento u ´pln´ y popis pˇredstavuje rovnice 1.5. Ve vˇetˇsinˇe typ˚ u s´ıtˇe nejsou vˇsechny zpoˇzdˇen´ı stejnˇe velké, ba naopak jeden druh zpoˇzdˇen´ı je obvykle mnohem vˇetˇs´ı neˇz ostatn´ı. Konkretn´ı pˇr´ıpady velikosti zpoˇzdˇen´ı pro r˚ uzné s´ıtˇe jsou uvedeny v následuj´ıc´ıch kapitolách. t = tK + (n + 1) · tL + n · tMZ + tKZ ,

(1.4)

t = tp + tf + (n + 1) · trs + n · (ts + tp + tf + tpm ) + tj .

(1.5)

20

2

ˇ EN ˇ Í V REALN ´ ´ ZPOZD YCH SÍTÍCH

Poˇc´ıtaˇcová s´ıt’ je spojen´ı nˇekolika poˇc´ıtaˇc˚ u komunikaˇcn´ımi linkami za u ´ˇcelem sd´ılen´ı v´ ypoˇcetn´ıch zdroj˚ uau ´loˇziˇst’ dat. Dnes nejrozˇs´ıˇrenˇejˇs´ı s´ıt je Internet, kter´ y vyuˇz´ıvá protokolovou rodinu TCP/IP. Pod TCP/IP (na druhé vrstvˇe OSI) mohou b´ yt implementovány r˚ uzné technologie, napˇr: Ethernet, WiFi, xDSL, SDH, (D)WDM, . . . Obecnˇe má Internet stromovou strukturu, v d˚ uleˇzit´ ych ˇca´stech s´ıtˇe je vˇsak spojen´ı zálohováno a vytváˇr´ı v tˇechto m´ıstech ne´ uplnou mesh topologii. Rozsáhlé s´ıtˇe se dˇel´ı na ˇca´st pˇr´ıstupovou a transportn´ı (obrázek 2.1). Za pomoci pˇr´ıstupové s´ıtˇe je uˇzivatel pˇripojen do páteˇrn´ı (transportn´ı) s´ıtˇe, kde je informace smˇerována k c´ılové s´ıti a koncovému uˇzivateli. Obˇe ˇcásti s´ıtˇe (pˇr´ıstupová i transportn´ı) jsou vˇetˇsinou vlastnˇeny velk´ ymi spoleˇcnostmi. Do vlastnictv´ı uˇzivatele, nebo pˇripojené organizace patˇr´ı takzvaná s´ıt’ m´ıstn´ı (LAN), která propojuje lokáln´ı zaˇr´ızen´ı. M´ıstn´ı s´ıt’ je poté v jednom nebo v´ıce m´ıstech propojena k pˇr´ıstupové s´ıti. Pokud má organizace v jednom m´ıstˇe v´ıce poboˇcek vytváˇr´ı takzvanou metropolitn´ı s´ıt’ (MAN), zp˚ usob jej´ıho pˇripojen´ı k celosvˇetové s´ıti (WAN) je vˇsak stejn´ y – pomoc´ı pˇr´ıstupové a transportn´ı s´ıtˇe [20].

Obr. 2.1: Rozdˇelen´ı s´ıtˇe na m´ıstn´ı, pˇr´ıstupovou a transportn´ı.

2.1

Zpoˇ zdˇ en´ı v m´ıstn´ı s´ıti

Nejˇcastˇeji pouˇz´ıvanou technologi´ı v m´ıstn´ı s´ıti je Ethernet (IEEE 802.3) a WiFi (IEEE 802.11). M´ıstn´ı s´ıt’ má velikost okolo 100 m, metropolitn´ı s´ıt’ maximálnˇe nˇekolik des´ıtek kilometr˚ u, vzhledem k malému rozsahu s´ıtˇe je moˇzné zpoˇzdˇen´ı vzniklé ˇs´ıˇren´ım signálu zanedbat. Rychlosti linek se pohybuj´ı mezi 10 aˇz 100 Mbit/s, d´ıky ˇcemuˇz m˚ uˇze vzniknout serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı maximálnˇe 1,2 ms (pro velikost paketu

21

1 500 B). V s´ıti se nacház´ı zpravidla jeden smˇerovaˇc a nˇekolik pˇrep´ınaˇc˚ u, tyto m˚ uˇzou b´ yt nejvˇetˇs´ım zdrojem zpoˇzdˇen´ı, obzvláˇstˇe pokud pracuj´ı v reˇzimu Store & Forward. Pokud je stanice pˇripojená bezdrátovˇe (WiFi), je pˇri velkém zat´ıˇzen´ı s´ıtˇe nutné zapoˇc´ıtat zpoˇzdˇen´ı dobou pˇr´ıstupu k médiu a pˇr´ıpadnˇe uvaˇzovat niˇzˇs´ı pˇrenosovou rychlost, pokud je signál slab´ y nebo zaruˇsen´ y. Celkové jednosmˇerné zpoˇzdˇen´ı t v lokáln´ı s´ıti pro jednotlivé technologie (ethernet a WiFi) je uvedeno v tabulce 2.1. Hodnoty jsou zmˇeˇrené v malé lokáln´ı s´ıti s jedn´ım smˇerovaˇcem, kter´ y funguje taktéˇz jako pˇr´ıstupov´ y bod WiFi s´ıtˇe. Obecnˇe zpoˇzdˇen´ı v lokáln´ı, pˇr´ıpadnˇe metropolitn´ı s´ıti je velmi malé, maximálnˇe v jednotk´ ach milisekund. technologie t [ms] m´ıstn´ı Ethernet (IEEE 802.3) 0.057 s´ıt’ WiFi (IEEE 802.11) 0.385 Tab. 2.1: Tabulka velikost´ı zpoˇzdˇen´ı pro technologie pouˇzité v m´ıstn´ı s´ıti.

2.2

Zpoˇ zdˇ en´ı v pˇ r´ıstupov´ e s´ıti

´ Ukolem pˇr´ıstupové s´ıtˇe je pˇripojit uˇzivatele do páteˇrn´ı s´ıtˇe a agregovat provoz od v´ıce uˇzivatel˚ u do jedné pˇrenosové linky. Na trase se m˚ uˇze nacházet nˇekolik smˇerovaˇc˚ u a pˇrep´ınaˇc˚ u, celková délka trasy je v des´ıtkách kilometr˚ u. D´ıky tomu je latence na aktivn´ıch prvc´ıch i zpoˇzdˇen´ı rychlost´ı ˇs´ıˇren´ı malé. Pouze je d˚ uleˇzité vz´ıt v u ´vahu serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı, závisej´ıc´ı na rychlosti pˇripojen´ı a také dobu pˇr´ıstupu k médiu. Tyto parametry závis´ı pˇredevˇs´ım na technologii pˇripojen´ı, kterou nab´ızej´ı r˚ uzn´ı poskytovatelé pˇripojen´ı k internetu (ISP). Pˇ ripojen´ı pomoc´ı telefonn´ı linky Dlouho vyuˇz´ıvan´ ym zp˚ usobem je pˇr´ıstup pˇres telefonn´ıho operátora. Moˇznost´ı vyuˇzit´ı telefonn´ı linky je mnoho, poˇc´ınaje vytáˇcen´ ym pˇripojen´ı, pˇres s´ıtˇe ISDN a xDSL aˇz po pronajaté okruhy. V dneˇsn´ı dobˇe jsou nejrozˇs´ıˇrenˇejˇs´ı pˇr´ıpojky ADSL, které dosahuj´ı pˇr´ıchoz´ı rychlosti aˇz 8 Mbit/s a odchoz´ı do 1 Mbit/s. Tyto rychlosti zp˚ usobuj´ı serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı aˇz 12 ms (pro paket 1 500 B). Pomoc´ı pevn´ eho kabelov´ eho pˇ ripojen´ı Dalˇs´ı moˇznost´ı je pˇr´ıstup pˇres poskytovatele kabelové televize, nebo pˇr´ımo poskytovatele internetu. Tyto pˇr´ıstupové s´ıtˇe vˇetˇsinou vyuˇz´ıvaj´ı v pˇr´ıstupové ˇca´sti optick´ y

22

kabel, d´ıky ˇcemuˇz m˚ uˇzou b´ yt rychlosti dle pˇrań´ı zákazn´ıka (od jednotek Mbit/s aˇz po 100 Mbit/s). Zpoˇzdˇen´ı je v tˇechto pˇr´ıpadech velmi malé. Pˇ ripojen´ı bezdr´ atovou technologi´ı Posledn´ı moˇznost´ı je vyuˇzit´ı poskytovatele bezdrátového internetu – at’ uˇz mobiln´ıho (GPRS, EDGE, CMDA), nebo WiFi. Zde jsou rychlosti nejpomalejˇs´ı (do 1 Mbit/s, ˇcasto jen 100 Kbit/s). K velmi v´ yraznému zpomalen´ı nastává pˇri pˇr´ıstupu k médiu – je pˇr´ıˇcinou velkého zpoˇzdˇen´ı. U tˇechto s´ıt´ı je latence poˇc´ıtána v des´ıtkách aˇz stovkách milisekund. Srovn´ an´ı jednotliv´ ych technologi´ı Doby zpoˇzdˇen´ı jednotliv´ ych technologi´ı jsem otestoval mˇeˇren´ım zpoˇzdˇen´ı k internetov´ ym stránkám veˇrejného peeringového uzlu www.nix.cz, protoˇze k tomuto uzlu má vˇetˇsina operátor˚ u dobré pˇripojen´ı. V´ ysledky mˇeˇren´ı jsou pro uvedeny v tabulce 2.2 a je tedy moˇzné porovnat velikosti zpoˇzdˇen´ı t a poˇcet skok˚ u n pro r˚ uzné technologie pˇripojen´ı. Nejlepˇs´ıch hodnot zpoˇzdˇen´ı dosahuje pevné pˇripojen´ı kabelem, pˇripojen´ı pomoc´ı ADSL a bezdrátov´ ym mostem maj´ı také dobré v´ ysledky. Nejhorˇs´ı v´ ysledek je pro bezdrátové pˇripojen´ı pomoc´ı GPRS, jehoˇz hodnota zpoˇzdˇen´ı je nˇekolikanásobnˇe vˇetˇs´ı neˇz u ostatn´ıch pˇr´ıstupov´ ych s´ıt´ı. zp˚ usob pˇ ripojen´ı t [ms] n ADSL – telefonn´ı linkou 7.853 7 pˇr´ıstupové CESNET2 – pevné pˇripojen´ı kabelem 2.299 7 s´ıtˇe GPRS – bezdrátov´ y pˇrenos dat 93.763 10 s´ıt’ Netbox – pevné pˇripojen´ı kabelem 2.839 6 Bezdrátov´ y most (Wi-Fi) do s´ıtˇe ISP 7.769 10 Tab. 2.2: Tabulka velikost´ı zpoˇzdˇen´ı pro technologie pouˇzité v pˇr´ıstupov´ ych s´ıt´ıch.

2.3

Zpoˇ zdˇ en´ı v transportn´ı s´ıti

Transportn´ı s´ıtˇe pˇrenáˇsej´ı data mnoha uˇzivatel˚ u na velké vzdálenosti, proto jsou vybaveny kapacitn´ımi spoji (v ˇra´du Gbit/s) – serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı je v tomto pˇr´ıpadˇe zanedbatelné. Oproti tomu je v´ yznamné zpoˇzdˇen´ı rychlost´ı ˇs´ıˇren´ı, které je pˇr´ımo u ´mˇerné k délce fyzické cesty. Teoretické zpoˇzdˇen´ı rychlost´ı ˇs´ıˇren´ı na trase Brno – Los Angeles (pˇr´ımá vzdálenost 10 000 km) se bude pohybovat okolo 50 ms. Na tuto vzdálenost jsem pomoc´ı programu Traceroute zjistil 17 skok˚ u, coˇz znamená

23

17 smˇerovaˇc˚ u pˇridávaj´ıc´ıch zpoˇzdˇen´ı – celková latence smˇerovaˇc˚ u v jednotkách milisekund. V porovnán´ı je tedy doba zpoˇzdˇen´ı aktivn´ıch prvk˚ u oproti zpoˇzdˇen´ı rychlost´ı ˇs´ıˇren´ı malá (plat´ı pro velké vzdálenosti). V tabulce 2.3 jsou uvedeny v´ ysledky mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı t a poˇctu skok˚ u n pro ˇctyˇri mˇesta r˚ uznˇe vzdálená od Brna, vzdálenost byla zjiˇstˇena pouze pˇr´ımá lprima pomoc´ı online map. Mˇeˇren´ı hodnot probˇehlo ze s´ıtˇe CESNET2 a je shodné s v´ ysledky v kapitole 4.5. mˇ esto V´ıdeˇ n transportn´ı Stockholm s´ıtˇe Los Angeles Sydney

lprima [Km] t [ms] n 110 1,46 8 1133 17,79 12 9752 89,42 17 15 963 168,44 18

Tab. 2.3: Tabulka velikost´ı zpoˇzdˇen´ı pro r˚ uzné délky transportn´ı s´ıtˇe

24

3

´ ˇ REN ˇ Í ZPOZD ˇ EN ˇ Í A TRASY NASTROJE K ME

Pro mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı bylo vyvinuto mnoho aplikac´ı, online applet˚ u a také hardwarov´ ych zaˇr´ızen´ı. Metodika a názvoslov´ı pro mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı v s´ıti internet je definována v RFC 1242. V této kapitole jsou základn´ı nástroje pro mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı a poˇctu skok˚ u podrobnˇeji popsány a vysvˇetleno je jejich pouˇzit´ı. V´ ypis urˇcitˇe nen´ı kompletn´ı, protoˇze podobn´ ych program˚ u existuje velké mnoˇzstv´ı. D´ıky tomu se nemus´ıme omezovat na jeden zp˚ usob mˇeˇren´ı a dle potˇreby pouˇz´ıt nejlépe vyhovuj´ıc´ı ˇreˇsen´ı. Neˇz vˇsak zaˇcneme zkoumat v´ ysledky je tˇreba si uvˇedomit jak´ ym zp˚ usobem je latence mˇeˇrena a co vˇse v´ ysledek ovlivˇ nuje.

3.1

Vlastnosti jednotliv´ ych mˇ eˇ ren´ı

Pˇred mˇeˇren´ım je nutné si rozmyslet, co je c´ılem mˇeˇren´ı a poté vybrat vhodn´ y nástroj. Vˇetˇsinou se zamˇeˇrujeme na urˇcit´ y typ sluˇzby a dle toho vol´ıme vrstvu OSI modelu pro kterou provád´ıme mˇeˇren´ı. Záleˇz´ı také na protˇejˇs´ı stanici, v˚ uˇci které mˇeˇren´ı provád´ıme. Tato stanice mus´ı dan´ y nástroj podporovat, respektive komu´ eˇsnost mˇeˇren´ı ovlivˇ nikovat na dané vrstvˇe. Uspˇ nuj´ı také mezilehlá zaˇr´ızen´ı, která nemus´ı vˇzdy naˇsi zprávu pˇrenést. Dále je d˚ uleˇzité vˇedˇet, ˇze kaˇzd´ y program m˚ uˇze v´ ysledky podávat jin´ ym zp˚ usobem. Velk´ y rozd´ıl je napˇr´ıklad mezi jednocestnˇe a obousmˇernˇe zmˇeˇren´ ym zpoˇzdˇen´ım.

3.1.1

Mˇ eˇ ren´ı dostupnosti a zpoˇ zdˇ en´ı na r˚ uzn´ ych vrstv´ ach OSI modelu

Nejˇcastˇeji se zpoˇzdˇen´ı a dostupnost zjiˇst’uje na tˇret´ı vrstvˇe OSI modelu pomoc´ı programu Ping. Jsou vˇsak pˇr´ıpady, kdy je nutné pouˇz´ıt i jin´ y nástroj, napˇr´ıklad pokud s´ıt’ová vrstva pracuje v poˇrádku a problém je na nˇekteré vyˇsˇs´ı vrstvˇe. V odráˇzkách jsou vrstvy OSI modelu a pˇr´ıklad aplikace umoˇzn ˇuj´ıc´ı mˇeˇrit zpoˇzdˇen´ı nebo dostupnost sluˇzeb na této vrstvˇe. • 2. vrstva – L2 traceroute – slouˇz´ı k zjiˇstˇen´ı zaˇr´ızen´ı pracuj´ıc´ıch na linkové vrstvˇe (pˇrep´ınaˇce), pracuje pouze se zaˇr´ızen´ımi firmy Cisco pokud je na nich povolen protokol CDP (Cisco discovery protocol). • 3. vrstva – Ping – ICMP dotaz na vzdálenou stranu. • 4. vrstva – Traceroute (TCP) – dotaz na urˇcit´ y port a k nˇemu navázan´ y protokol. • 7. vrstva – Telnet – pouze k ovˇeˇren´ı zda druhá strana poslouchá na daném portu (23) a je moˇzno s n´ı komunikovat na aplikaˇcn´ı vrstvˇe.

25

3.1.2

RTT versus jednocestn´ e zpoˇ zdˇ en´ı

Round time trip (RTT), nebo také round trip delay (RTD) je hodnota zpoˇzdˇen´ı zmˇeˇrená jednou stanic´ı. Velikost tohoto zpoˇzdˇen´ı v sobˇe zahrnuje cestu informace k c´ılové stanici, dobu jej´ıho zpracován´ı v c´ılové stanici a cestu zpˇet. Z´ıskáme tedy pˇribliˇznˇe dvojnásobnou hodnotu zpoˇzdˇen´ı neˇz pˇri jednosmˇerném mˇeˇren´ı. Pˇresnou latenci pro jeden smˇer, ale nez´ıskáme, protoˇze zpoˇzdˇen´ı m˚ uˇze b´ yt asymetrické. Oproti tomu jednocestné zpoˇzdˇen´ı (one-way delay) je mˇeˇreno zdrojovou i c´ılovou stanic´ı, a proto dostaneme v´ ysledek pro ˇza´dan´ y smˇer. Jeho mˇeˇren´ı má oproti RTT dvˇe velké nev´ yhody: prvn´ı je nutnost mˇeˇrit zpoˇzdˇen´ı zároveˇ n na dvou stanic´ıch, z nichˇz jedna je zpravidla vzdálená. Druhou nev´ yhodou je pˇresná ˇcasová synchronizace tˇechto stanic, která je sloˇzitá kv˚ uli potˇrebné pˇresnosti (des´ıtky mikrosekund).

3.1.3

Pˇ r´ım´ a vzd´ alenost versus fyzick´ a vzd´ alenost

V pˇredchoz´ı kapitole je zm´ınˇeno, ˇze zpoˇzdˇen´ı rychlost´ı ˇs´ıˇren´ı signálu je pˇr´ımo u ´mˇerné délce fyzické cesty. Tuto vzdálenost vˇsak neznáme, pokud známe geografickou polohu stanic, je moˇzné zjistit pouze pˇr´ımou vzdálenost mezi m´ısty. Fyzická vzdálenost je 1,2 – 5 krát vˇetˇs´ı neˇz pˇr´ımá, pr˚ umˇernˇe je asi 2,5 krát delˇs´ı (dle dat [4]). Je to pˇredevˇs´ım t´ım, ˇze kabely (optické i metalické) jsou nejˇcastˇeji pokládány podél dálnic a ˇzelezniˇcn´ıch koridor˚ u. Napˇr´ıklad pˇr´ımá vzdálenost Brno – Praha je 187 Km, po dálnici je tato vzdálenost 210 Km, ale po optickém kabelu, kter´ y vyuˇz´ıvá s´ıt’ CESNET2, je to pˇribliˇznˇe 310 Km. Kdyˇz k tomu pˇripoˇc´ıtáme, ˇze paket nemus´ı b´ yt smˇerován nejkratˇs´ı cestou, m˚ uˇze se napˇr´ıklad stát, ˇze cesta mezi Bratislavou a Mnichovem je 5 krát delˇs´ı neˇz pˇr´ımá cesta – viz obrázek 3.1 [4].

Obr. 3.1: Mapa smˇerované cesty mezi Bratislavou a Mnichovem (pˇrevzato z [4])

26

3.2

Program Ping

Základn´ım nástrojem k mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı je program Ping (Packet InterNet Groper), kter´ y je implementován ve vˇsech operaˇcn´ıch systémech. Program Ping se spust´ı napsán´ım pˇr´ıkazu ping do pˇr´ıkazového ˇra´dku nebo konzole operaˇcn´ıho systému poˇc´ıtaˇce, následovaného IP adresou stanice k n´ıˇz chceme zmˇeˇrit zpoˇzdˇen´ı. V MS Windows program Ping po svém spuˇstˇen´ı vyˇsle 4 ICMP dotazy a poté ukáˇze statistiku u ´spˇeˇsnosti. Ping v OS Linux vys´ılá UDP paket a to tak dlouho, dokud nen´ı zastaven uˇzivatelem. V obou operaˇcn´ıch systémech je moˇzné tato a dalˇs´ı nastaven´ı zmˇenit pomoc´ı parametr˚ u pouˇzit´ ych spoleˇcnˇe s pˇr´ıkazem. V´ ypis statistik v Linuxu zobrazuje zpoˇzdˇen´ı v ˇrádu mikrosekund, v MS Windows je mˇeˇren´ı pouze v ˇrádu milisekund. Pro zv´ yˇsen´ı pˇresnosti mˇeˇren´ı v MS Windows je moˇzné pouˇz´ıt programy podobné programu Ping, napˇr. True Ping. Program Ping pouˇz´ıvá ke své ˇcinnosti protokol ICMP, pomoc´ı nˇejˇz dotazuje vzdálenou stanici. Proto jsou v následuj´ıc´ı podkapitole uvedeny vlastnosti tohoto protokolu.

3.2.1

Protokol ICMP

Internet control message protocol (ICMP) je protokol ˇr´ıd´ıc´ıch zpráv, slouˇz´ıc´ı k z´ıskán´ı informac´ı o chybách pˇri pˇrenosu datagram˚ u. ICMP obsahuje nˇekolik typ˚ u odpovˇed´ı, d´ıky nimˇz je moˇzné urˇcit, proˇc nebylo moˇzné paket doruˇcit k c´ıli. Ze zprávy Destination unreachable se lze dozvˇedˇet jestli je pˇr´ıˇcinou chyby nedostupná s´ıt’, stanice, nebo port (tabulka 3.1). ICMP protokol, potaˇzmo Ping jsou velmi vyuˇz´ıvány také jako diagnostick´ y nástroj pro správce s´ıt´ı. V´ıce o protokolu ICMP a podrobnosti o pouˇz´ıvan´ ych odpovˇed´ıch lze nalézt v RFC 792 a 1256.

3.2.2

Princip fungov´ an´ı programu Ping

Proces ICMP dotaz˚ u probˇehne podle následuj´ıc´ıch krok˚ u a nakonec vyp´ıˇse hodnotu RTT zpoˇzdˇen´ı. 1. Zdroj vygeneruje ICMP zprávu typu 8 (Echo request). 2. ICMP zpráva se zapouzdˇr´ı do rámce a je odeslána na adresu c´ılové stanice. 3. Zdroj si uloˇz´ı lokáln´ı ˇcas, ve kter´ y byla zpráva odeslána. 4. Kaˇzd´ y uzel na lince zkontroluje, zda adresa odpov´ıdá jeho s´ıt’ové adrese. Pokud tomu tak nen´ı, je zpráva pˇreposlána dále dle smˇerovac´ı tabulky. 5. C´ıl pˇrijme IP datagram, otevˇre ICMP zprávu a uloˇz´ı si pro nˇej d˚ uleˇzité informace. 6. C´ıl vygeneruje zprávu s odpovˇed´ı (typ 0 – Echo reply), kterou odeˇsle na zdrojovou adresu pˇrijatého ICMP dotazu.

27

K´ od 0 1 2 3 4 5 6 7

Obsah zpr´ avy Network unreachable = odpovˇed’ od routeru, kdyˇz pro danou s´ıt’ nen´ı záznam ve smˇerovac´ı tabulce. Host unreachable = odpovˇed’ od routeru, kdyˇz stanice pˇr´ımo pˇripojené s´ıtˇe neodpov´ıdá. Protocol unreachable = generováno, kdyˇz transportn´ı protokol nen´ı podporován transportn´ı vrstvou c´ıle. Port unreachable = vytvoˇreno, kdyˇz nen´ı moˇzné zprávu doruˇcit transportn´ı vrstvˇe na daném portu. Fragmentation needed and DF set = pokud je nutno paket fragmentovat, ale pˇr´ıznak Don’t Fragment je nastaven. Source route failed = pokud paket nelze doruˇcit adrese zadané jako zdroj zprávy. Destination network unknown = neznámá c´ılová s´ıt’. Destination host unknown = odpovˇed’ od routeru, pokud c´ılová stanice neexistuje.

Tab. 3.1: Vybrané kódy ICMP zpráv pro Destination unreachable (podle [10])

7. Nov´ y datagram je smˇerován zpˇet k v´ ychoz´ı stanici, kterou je pˇrijat. Teprve poté se odeˇcte ˇcas stráven´ y cestou – zpoˇzdˇen´ı. Tento u ´daj je spolu s u ´spˇeˇsnost´ı vypsán uˇzivateli programu [23]. Pokud se stane ˇze Ping nen´ı u ´spˇeˇsn´ y, pˇr´ıˇcin ne´ uspˇechu m˚ uˇze b´ yt v´ıce. Napˇr´ıklad z d˚ uvodu ˇspatné IP adresy, nedostupnosti c´ılové stanice, ˇspatného smˇerován´ı a nebo kv˚ uli blokován´ı ICMP zpráv.

3.2.3

Doba ˇ zivota paketu (TTL)

D˚ uleˇzit´ ym parametrem IP paketu a tedy i ICMP zpráv je doba ˇzivota – poˇcet skok˚ u, neˇz bude paket zahozen. Kaˇzd´ y smˇerovaˇc nebo stanice, pˇres kterou paket projde sn´ıˇz´ı TTL o jedna. Pokud známe hodnotu TTL na zaˇcátku a na konci komunikaci, je moˇzné snadno dopoˇc´ıtat, kolika smˇerovaˇci paket proˇsel. V´ ychoz´ı hodnotu TTL vzdálené stanice je moˇzné zjistit z veˇrejnˇe dostupn´ ych tabulek hodnot pro jednotlivé operaˇcn´ı systémy, napˇr. v [24]. Málokdy bohuˇzel známe operaˇcn´ı systém vzdálené stanice a také m˚ uˇze y ´t v´ ychoz´ı hodnota TTL uˇzivatelem zmˇenˇena.

28

3.2.4

Ping a moˇ znost mˇ eˇ ren´ı ˇ s´ıˇ rky p´ asma

Velmi zaj´ımav´ ym nástrojem je program Bping (Bandwith ping), kter´ y dokáˇze pˇribliˇznˇe zmˇeˇrit pˇrenosovou rychlost linky. Jedná se o upraven´ y program Ping, kter´ y vys´ılá pakety o r˚ uzn´ ych velikostech. Jelikoˇz se na trase minimálnˇe jednou uplatˇ nuje serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı (kapitola 1.3.1), je moˇzné na základˇe rozd´ılné velikosti zpoˇzdˇen´ı pro r˚ uznˇe velké pakety dopoˇc´ıtat pˇrenosovou rychlost trasy [25].

3.3

Programy Tracert a Traceroute

Tracert a traceroute jsou programy vypisuj´ıc´ı vˇsechny uzly (smˇerovaˇce) na trase k c´ıli (zadané IP adrese). Program pracuje na principu opakován´ı dotazu Ping s postupnˇe zvyˇsovan´ ym TTL. Pˇri pr˚ uchodu kaˇzd´ ym smˇerovaˇcem je hodnota TTL sn´ıˇzena o jedna a v pˇr´ıpadˇe dosaˇzen´ı nuly, je zpráva zahozena a odes´ılateli poslána ICMP chybová zpráva. V dalˇs´ım kroku, zdroj vytvoˇr´ı stejnou zprávu pouze se zmˇenˇen´ ym TTL – zv´ yˇs´ı se o jedna a t´ım se dostane k následuj´ıc´ımu smˇerovaˇci na trase. Z v´ ypisu programu z´ıskáme podrobn´ y pˇrehled o poˇctu smˇerovaˇc˚ u na trase (tzv. hops) a velikost RTT zpoˇzdˇen´ı k nim. Nev´ yhodou programu je nepos´ılán´ı odpovˇed´ı nˇekter´ ymi smˇerovaˇci. Oba programy se spouˇst´ı zadán´ım pˇr´ısluˇsného pˇr´ıkazu (tracert nebo traceroute) do pˇr´ıkazové ˇrádky nebo konzole operaˇcn´ıho systému následovan´ ym c´ılovou adresou. Tracert pracuje v MS Windows a pouˇz´ıvá ICMP zprávy, kdeˇzto Traceroute pracuje pouze v OS Linux a pos´ılá UDP dotazy.

3.3.1

Varianty traceroute v linuxu

Program Traceroute umoˇzn ˇuje modifikovat mˇeˇren´ı, zmˇenou jeho v´ ychoz´ıch hodnot pomocn´ ymi parametry. Jedná se napˇr´ıklad o pouˇz´ıvan´ y typ protokolu na v´ ybˇer je ICMP, TCP nebo v´ ychoz´ı UDP, dále také o poˇcet dotaz˚ u (v´ ychoz´ı je 3) a maximáln´ı velikost TTL. Dále existuj´ı i jiné programy pro mˇeˇren´ı trasy, pˇredevˇs´ım v Linuxu (Ubuntu 9.10) je moˇzné nalézt programy Traceroute-nanog, Tracepath a Tracert. Ty se od Traceroute liˇs´ı zp˚ usobem v´ ypisu trasy, pouˇzit´ ym protokolem nebo ˇcasy opakován´ı dotaz˚ u. Kombinac´ı tˇechto program˚ u a jejich nastaven´ı je moˇzné z´ıskat v´ıce informac´ı o celé cestˇe paketu k c´ıli. Podrobnˇejˇs´ı informace o jednotliv´ ych programech a jejich nastaven´ıch je moˇzné naj´ıt v manuálech k tˇemto program˚ um.

29

3.4

Aplikace zobrazuj´ıc´ı trasu na mapˇ e

Na internetov´ ych stránkách [26], [27] a [28] jsou online aplety, umoˇzn ˇuj´ıc´ı zobrazit trasu zjiˇstˇenou programem Traceroute na mapˇe svˇeta. Po zadán´ı poˇzadované c´ılové adresy se spust´ı na serveru webové stránky pˇr´ıkaz traceroute a v´ ysledky jsou vypisovány na pˇr´ısluˇsnou webovou stránku (viz obrázek 3.2). Zároveˇ n aplikace zobrazuje trasu na mapˇe, pˇresnˇeji pˇr´ımé spojen´ı mezi zjiˇstˇen´ ymi uzly. Polohu tˇechto uzl˚ u aplikace zjist´ı podle vlastn´ıka IP adresy, coˇz je ale nepˇresné (smˇerovaˇc se m˚ uˇze nacházet jinde neˇz majitel IP adresy).

Obr. 3.2: Zobrazen´ı trasy na mapˇe pomoc´ı aplikace ze stránky [26].

3.5

Zaˇ r´ızen´ı Test box

Test box, pˇripraven´ y organizac´ı RIPE NCC je hardwarov´ y nástroj na testován´ı pˇripojen´ı. Na rozd´ıl od pˇredchoz´ıch program˚ u, se jedná o samostatn´ y hardware, kter´ y slouˇz´ı pouze k mˇeˇren´ı. Test box umoˇzn ˇuje mˇeˇrit pˇrenosovou rychlost, ztrátovost, kol´ısán´ı zpoˇzdˇen´ı a jednosmˇerné zpoˇzdˇen´ı, coˇz aplikace spuˇstˇené z jedné stanice neumoˇzn ˇuj´ı. Po celém svˇetˇe je rozm´ıstˇeno okolo dvou set tˇechto zaˇr´ızen´ı, data z nich je moˇzné si zobrazit na webov´ ych stránkách a pˇr´ıpadnˇe si nechat vygenerovat grafy.

30

Pro ˇcasovou synchronizaci vˇsech Test box˚ u se pouˇz´ıvá signálu GPS, kter´ y zároveˇ n slouˇz´ı k urˇcen´ı polohy Test boxu. Statistická chyba zaˇr´ızen´ı je 10 µs [18].

31

4

ˇ REN ˇ Í ZPOZD ˇ EN ˇ Í V REALN ´ ´ SÍTI ME E

K ovˇeˇren´ı popsan´ ych teoretick´ ych vlastnost´ı IP s´ıt´ı jsem provedl nˇekolik r˚ uzn´ ych mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı v reálné s´ıti. Zvolil jsem nejvˇetˇs´ı svˇetovou s´ıt’ Internet, ale pˇreváˇzná vˇetˇsina mˇeˇren´ı prob´ıhala v s´ıti patˇr´ıc´ı sdruˇzen´ı Cesnet.

4.1

S´ıt’ sdruˇ zen´ı Cesnet

ˇ zaloˇzili v roce 1996 sdruˇzen´ı Cesnet, jehoˇz Vysoké ˇskoly a Akademie vˇed CR c´ılem je rozvoj páteˇrn´ı akademické s´ıtˇe. S´ıt’ nese název CESNET2 a je finanˇcnˇe podporována z ˇclensk´ ych pˇr´ıspˇevk˚ u a grant˚ u. CESNET2 propojuje univerzitn´ı mˇesta vysokorychlostn´ımi datov´ ymi okruhy, topologie s´ıtˇe je sloˇzena z kruh˚ u procházej´ıc´ıch omezen´ ym poˇctem mˇest. Páteˇr s´ıtˇe tvoˇr´ı optick´ y pˇrenosov´ y systém na nˇemˇz je nasazeno DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) a na tˇret´ı vrstvˇe je IP/MPLS (Multiprotocol Label Switching). CESNET2 vytváˇr´ı vlastn´ı autonomn´ı systém ˇc´ıslo 2852 a je v peeringov´ ych uzlech propojen s jin´ ymi autonomn´ımi systémy. Cesnet je ˇclenem evropského konsorcia Géant vytváˇrej´ıc´ı evropskou akademickou s´ıt’, proto je s´ıt’ propojena s akademick´ ymi s´ıtˇemi okoln´ıch stát˚ u. Celá s´ıt’ CESNET2 je bohatˇe dokumentovaná a je moˇzné zjistit mnoho informac´ı o topologii s´ıtˇe i parametrech jednotliv´ ych linek. Pro moji dalˇs´ı potˇrebu jsem v dokumentaci vyhledal délky optick´ ych kabel˚ u mezi jednotliv´ ymi mˇesty. Vzdálenosti v kilometrech jsem zapracoval do mapy topologie s´ıtˇe CESNTET2 (obrázek 4.1) a také pouˇzil v dalˇs´ıch mˇeˇren´ıch [29].

4.2

Zp˚ usob mˇ eˇ ren´ı

C´ılem mˇeˇren´ı bylo zjistit co nejpˇresnˇeji hodnotu zpoˇzdˇen´ı mezi Brnem a ostatn´ımi ˇ e republice. Protoˇze nemˇesty v s´ıti CESNET2, ale také dalˇs´ımi m´ısty nejen v Cesk´ bylo moˇzné ovládat vzdálenou stanici, ke které bylo mˇeˇreno zpoˇzdˇen´ı, bylo nutné mˇeˇrit hodnotu obousmˇerného zpoˇzdˇen´ı (RTT). Toto jsem mˇeˇril programem Ping pomoc´ı ICMP dotaz˚ u (Echo Request) na vzdálenou stranu. K podrobnˇejˇs´ımu zkoumán´ı trasy je dobré znát poˇcet mezilehl´ ych zaˇr´ızen´ı a jejich um´ıstˇen´ı. Na to jsem pouˇzil programy pro zjiˇst’ován´ı trasy.

4.2.1

Konfigurace a zp˚ usob pˇ ripojen´ı mˇ eˇ r´ıc´ıho poˇ c´ıtaˇ ce

Mˇeˇren´ı jsem provedl z notebooku (procesor Intel Core Duo 1,7 GHz, RAM 2048 MB, s´ıt’ová karta 10/100 Mbit/s) s operaˇcn´ım systémem Ubuntu 9.10. Poˇc´ıtaˇc byl pˇripojen UTP kabelem v areálové knihovnˇe FEKT na Purkyˇ novˇe 118 v Brnˇe.

32

Obr. 4.1: Délka optick´ ych kabel˚ u mezi jednotliv´ ymi mˇesty v s´ıti CESNET2 (v Km).

Mˇeˇren´ı probˇehla sedmkrát v r˚ uzn´ ych pracovn´ıch dnech a hodinách. Pˇri kaˇzdém mˇeˇren´ı jsem pouˇzil pˇredpˇripravené bash skripty. Tyto skripty obsahovaly pole adres vzdálen´ ych uzl˚ u a pˇr´ıkazy, které se sekvenˇcnˇe provádˇely pro kaˇzdou adresu a v´ ysledky zapisovaly do souboru. Pouˇzité skripty je moˇzné naj´ıt na pˇriloˇzeném CD. Ve skriptech je spouˇstˇen program Ping, kter´ ym byla zjiˇstˇena doby odezvy. Vˇzdy bylo odesláno minimálnˇe 20 dotaz˚ u Echo Request a z v´ ysledk˚ u tˇechto mˇeˇren´ı byla pouˇzita nejniˇzˇs´ı hodnota. Ke zjiˇstˇen´ı trasy jsem pouˇzil program Traceroute, kter´ y vypsal poˇcet skok˚ u k c´ılové adrese. Protoˇze v nˇekter´ ych pˇr´ıpadech v´ ychoz´ı nastaven´ı tohoto programu (zprávy UDP) nedávalo vhodné v´ ysledky, bylo vyuˇzito i jin´ ych typ˚ u zpráv (ICMP a TCP) a také programu Traceroute-nanog.

4.3

Mˇ eˇ ren´ı zpoˇ zdˇ en´ı k uˇ zivatel˚ um s´ıtˇ e CESNET2

ˇ e republice jsem zmˇeˇril dobu odezvy mezi Pro v´ yznamná univerzitn´ı mˇesta v Cesk´ Brnem a t´ımto mˇestem. Jako adresy vzdálen´ ych stanic jsem pouˇzil webové adresy organizac´ı pˇripojen´ ych k s´ıti CESNET2. Pokud tyto adresy nereagovali na Ping vyhledal jsem adresu jiného vnitˇrn´ıho serveru, kter´ y na ICMP dotazy odpov´ıdal. V pˇr´ıpadˇe opakovaného ne´ uspˇechu jsem vybral jinou organizaci ve stejném mˇestˇe, v pˇr´ıpadˇe malého v´ yznamu mˇesta jsem jej vynechal. Pro dvˇe organizace jsem zjistil, ˇze webové stránky organizace se nenacházej´ı v s´ıti CESNET2, a proto jsem je z mˇeˇren´ı vylouˇcil.

33

Zmˇeˇrené hodnoty obousmˇerného zpoˇzdˇen´ı tRTT a poˇcet skok˚ u n jsou pro kaˇzdou dostupnou organizaci v daném mˇestˇe uvedeny v tabulce 4.1. Velikost jednosmˇerného zpoˇzdˇen´ı t byla z´ıskána rozp˚ ulen´ım hodnoty obousmˇerného zpoˇzdˇen´ı (viz rovnice 4.1). V pˇr´ıpadˇe nesymetrického zpoˇzdˇen´ı m˚ uˇze b´ yt skuteˇcná hodnota jednosmˇerného zpoˇzdˇen´ı odliˇsná, v naˇsem pˇr´ıpadˇe ale pˇredpokládám symetrické zpoˇzdˇen´ı. t=

tRTT . 2

(4.1)

Doba obousmˇ ern´ eho zpoˇ zdˇ en´ı Pro adresy vzdálen´ ych stanic, které reaguj´ı na ICMP zprávy nebyl problém zmˇeˇrit dobu obousmˇerného zpoˇzdˇen´ı. Jak je uvedeno v´ yˇse, mˇeˇren´ı byla provedena nˇekolikrát, z d˚ uvodu zjiˇstˇen´ı minimáln´ıho zpoˇzdˇen´ı mezi stanicemi. Minimáln´ı zpoˇzdˇen´ı bylo pouˇzito kv˚ uli eliminaci zpoˇzdˇen´ı vzniklého zat´ıˇzen´ım pˇrenosov´ ych prvk˚ u. Pravdˇepodobnˇe toto tato chyba nebyla u ´plnˇe eliminována, protoˇze mˇeˇren´ı prob´ıhala bˇehem pracovn´ıho dne, kdy jsou linky a uzly hodnˇe zat´ıˇzené. Doufejme ale, ˇze hlavn´ı v´ ykyvy byly ve v´ ysledc´ıch potlaˇceny.

4.3.1

V´ ypoˇ cet doby zpoˇ zdˇ en´ı na jeden skok

Dobu zpoˇzdˇen´ı pro jeden prvek na trase je tˇeˇzké teoreticky urˇcit, protoˇze je závislá na mnoha nejasnˇe definovateln´ ych parametrech. Kaˇzdé mezilehlé zaˇr´ızen´ı je jiného typu a v´ yrobce, proto nen´ı známá obecnˇe platná velikost latence. Dalˇs´ım problémem je aktuáln´ı zat´ıˇzen´ı prvk˚ u a zpoˇzdˇen´ı dobou strávenou ˇcekán´ım ve frontˇe. A v neposledn´ı ˇradˇe tuto neurˇcitost zvyˇsuje neznám´ y poˇcet nezjiˇstˇen´ ych zaˇr´ızen´ı – pracuj´ıc´ıch na prvn´ı a druhé vrstvˇe OSI modelu. Tato zaˇr´ızen´ı nejsou zahrnuta v zjiˇstˇeném poˇctu skok˚ u n. C´ılem tohoto mˇeˇren´ı a následného v´ ypoˇctu bylo urˇcit obecnˇe platnou (obvyklou) hodnotu latence pro jeden skok. Jak je napsáno v´ yˇse, do hodnoty tohoto zpoˇzdˇen´ı je zapoˇc´ıtána i latence pˇr´ıpadn´ ych pˇrep´ınaˇc˚ u, rozboˇcovaˇc˚ u a zesilovaˇc˚ u. K v´ ypoˇctu byla pouˇzita známá délka optického kabelu mezi mˇesty lskut (obrázek 4.1), konstanta zpoˇzdˇen´ı dobou ˇs´ıˇren´ı signálu crs =5,13 ns/Km, poˇcet skok˚ u n a samozˇrejmˇe zmˇeˇrená doba jednosmˇerného zpoˇzdˇen´ı t. Zanedbána byla délka kabel˚ u v s´ıti v´ ychoz´ıho a c´ılového mˇesta a doba zpracován´ı informace vzdálenou stanic´ı. Nejprve byla vypoˇc´ıtána pr˚ umˇerná doba zpoˇzdˇen´ı na jeden skok tMZ pro kaˇzdé mˇeˇren´ı zvláˇst’. Od doby jednosmˇerného zpoˇzdˇen´ı t je odeˇcten skuteˇcn´ y poˇcet kilometr˚ u lskut vynásoben´ y konstantou pro dobu ˇs´ıˇren´ı signálu optick´ ym kabelem crs , to vˇse je podˇeleno poˇctem mezilehl´ ych zaˇr´ızen´ı (poˇcet skok˚ u n zmenˇsen´ y o jedna). Pro kaˇzdé mˇesto tedy byla za pouˇzit´ı rovnice 4.2 vypoˇc´ıtána hodnota ideáln´ıho zpoˇzdˇen´ı

34

mˇ esto

dom´ enov´ e jm´ eno

lskut [km]

Olomouc – KMO Olomouc – UPOL Olomouc – VKOL Zl´ın Jihlava ˇ Ostrava – VSB Ostrava – OU Ostrava – SVKOS Jindˇrich˚ uv Hradec ˇ Ceská Tˇrebová Opava Karviná ˇ Praha – VSCHT Praha – AMU Praha – AVU Praha – AV ˇ Praha – CVUT ˇ Praha – CZU

www.ok-olomouc.cz www.upol.cz www.vkol.cz www.utb.cz www.vspj.cz vpn.vsb.cz www.osu.cz www.svkos.cz www.fm.vse.cz ct.upce.cz www.slu.cz elearning.opf.slu.cz vpn.vscht.cz www.amu.cz www.avu.cz www.cas.cz www.cvut.cz www.czu.cz supercomp.ruk.cuni.cz www.vse.cz www.faf.cuni.cz www.knihovna.hk www.cbvk.cz www.jcu.cz www.vsers.cz www.upce.cz www.vslib.cz www.fnplzen.cz www.lfp.cuni.cz www.zcu.cz www.svkul.cz www.ujep.cz www.dc.fd.cvut.cz www.most.ujep.cz fennel.fek.zcu.cz

112,4 112,4 112,4 128,4 155,7 235,0 235,0 235,0 245,0 267,9 281,7 289,4 308,9 308,9 308,9 308,9 308,9 308,9 308,9 308,9 309,4 309,4 311,4 311,4 311,4 339,4 437,6 445,6 445,6 445,6 458,9 458,9 492,9 526,5 572,1

Praha – UK ˇ Praha – VSE Hradec Králové – UK Hradec Králové – KHK ˇ e Budˇejovice – CBVK ˇ Cesk´ ˇ e Budˇejovice – JCU ˇ Cesk´ ˇ e Budˇejovice – VSERS ˇ Cesk´ Pardubice Liberec Plzeˇ n – FN Plzeˇ n – UK ˇ Plzeˇ n – ZCU ´ ı nad Labem – SVKUL Ust´ ´ ı nad Labem – UJEP Ust´ Dˇeˇc´ın Most Cheb

tRTT [ms]

n [-]

t [ms]

tMZ [ms]

3,045 4,540 3,043 2,009 2,769 3,125 3,542 3,795 4,664 5,888 3,762 4,053 4,165 4,150 4,401 4,289 4,148 5,726 4,189 4,921 6,309 6,223 4,161 3,865 3,925 5,933 6,540 6,010 5,892 5,767 5,673 5,277 5,644 6,301 7,036

6 8 8 5 8 5 6 7 7 5 7 7 8 10 10 10 7 7 8 12 6 7 5 6 5 5 6 8 7 7 6 6 6 7 8

1,523 2,270 1,522 1,005 1,385 1,563 1,771 1,898 2,332 2,944 1,881 2,027 2,083 2,075 2,201 2,145 2,074 2,863 2,095 2,461 3,155 3,112 2,081 1,933 1,963 2,967 3,270 3,005 2,946 2,884 2,837 2,639 2,822 3,151 3,518

0,189 0,242 0,135 0,086 0,084 0,089 0,113 0,115 0,179 0,392 0,073 0,090 0,071 0,054 0,068 0,062 0,082 0,213 0,073 0,080 0,313 0,254 0,121 0,067 0,091 0,306 0,205 0,103 0,110 0,100 0,096 0,057 0,059 0,075 0,083

pr˚ umˇ er: medi´ an: minimum: maximum:

0,129 0,091 0,005 0,392

Tab. 4.1: Tabulka zmˇeˇreného zpoˇzdˇen´ı a poˇctu skok˚ u k dané adrese.

35

na jedno mezilehlé zaˇr´ızen´ı. Ze souboru v´ ysledk˚ u byl vypoˇc´ıtán pr˚ umˇer, medián, minimum a maximum. Z tˇechto informac´ı jsem zvolil rozmez´ı 0,065 ms aˇz 0,140 ms, jako vstupn´ı hodnoty k dalˇs´ımu v´ ypoˇctu velikosti zpoˇzdˇen´ı na jeden skok. tMZ =

t − lskut · crs . n−1

(4.2)

Pro 15 hodnot zpoˇzdˇen´ı ve zvoleném rozsahu byla pro kaˇzdé mˇeˇren´ı vypoˇc´ıtána relativn´ı chyba δ vypoˇc´ıtané vzdálenosti. V´ ysledky tˇechto v´ ypoˇct˚ u najdete v pˇr´ıloze v tabulkách A.1, A.2. V´ ypoˇcet relativn´ı chyby δ je proveden pomoc´ı vztahu 4.3, kdy je absolutn´ı hodnota rozd´ılu vypoˇc´ıtané lvypoc a skuteˇcné vzdálenosti lskut podˇelena vzdálenost´ı skuteˇcnou. Vypoˇc´ıtaná vzdálenost je z´ıskána dle vztahu 4.4 pro aktuáln´ı mˇesto a hodnotu zpoˇzdˇen´ı na jedno mezilehlé zaˇr´ızen´ı tMZ (plat´ı vˇzdy pro cel´ y sloupec). Pro kaˇzd´ y sloupec je následnˇe spoˇc´ıtán pr˚ umˇer a medián relativn´ıch chyb. Pr˚ umˇery a mediány jsou vyneseny do jednoho grafu 4.2 v závislosti na hodnotˇe zpoˇzdˇen´ı pro mezilehlá zaˇr´ızen´ı. Pro zjiˇstˇen´ı ideáln´ı pr˚ umˇerné, nebo stˇredn´ı hodnoty latence na jeden skok m˚ uˇzeme z grafu odeˇc´ıst m´ısto, kde je kˇrivka nejbl´ıˇze ose x. Pro pr˚ umˇernou hodnotu relativn´ı chyby je tato hodnota pˇribliˇznˇe 0,095 ms a pro medián relativn´ıch chyb ideáln´ı hodnota zpoˇzdˇen´ı na mezilehl´ y prvek rovna 0,085 ms. δ=

|lvypoc − lskut | . lskut

(4.3)

Obr. 4.2: Graf pr˚ umˇer˚ u a medián˚ u pˇresnost´ı pro r˚ uzné doby zpoˇzdˇen´ı na jedno mezilehlé zaˇr´ızen´ı, pro r˚ uzné organizace ze sdruˇzen´ı Cesnet.

36

4.3.2

V´ ypoˇ cet d´ elky trasy kabelu z namˇ eˇ ren´ ych hodnot

Zjiˇstˇená doba zpoˇzdˇen´ı na jedno mezilehlé zaˇr´ızen´ı (minimum pro medián) tMZ = 0, 085 ms poslouˇzila také ke zpˇetnému v´ ypoˇctu délky trasy kabelu. Tento v´ ypoˇcet (pokud známe charakteristickou dobu zpoˇzdˇen´ı na jeden prvek pro danou s´ıt’) nen´ı obt´ıˇzn´ y a lze jej vyuˇz´ıt napˇr´ıklad pˇri zjiˇst’ován´ı fyzické pozice stanice v s´ıti. Dle rovnice 4.4 se odeˇcte od zmˇeˇreného jednosmˇerného zpoˇzdˇen´ı t doba zpoˇzdˇen´ı na jedno mezilehlé zaˇr´ızen´ı tMZ vynásobená poˇctem stanic mezi koncov´ ymi zaˇr´ızen´ımi (n − 1). Tento v´ ypoˇcet je následnˇe vydˇelen konstantou doby zpoˇzdˇen´ı na jeden kilometr optického kabelu crs . Nejlepˇs´ıch v´ ysledk˚ u dosáhneme opˇet s minimáln´ı zmˇeˇrenou hodnotou zpoˇzdˇen´ı, kdy jsou eliminovány veˇskeré stochastické zdroje zpoˇzdˇen´ı. Vypoˇctené hodnoty najdeme v tabulce 4.2 a zároveˇ n jsou spolu se skuteˇcnou délkou kabel˚ u lskut vyneseny do grafu 4.3, kter´ y slouˇz´ı k porovnán´ı pˇresnosti. Dalˇs´ı sloupec v tabulce 4.2 obsahuje relativn´ı chybu mˇeˇren´ı δ, vypoˇc´ıtanou dle vztahu 4.3. Jednotlivé relativn´ı chyby pro kaˇzdé mˇeˇren´ı jsou vyneseny do grafu 4.4. Na konci tabulky jsou uvedeny nˇekteré statistické hodnoty (pr˚ umˇer, medián, minimum, maximum a smˇerodatná odchylka) pro soubor vypoˇcten´ ych relativn´ıch chyb, postup v´ ypoˇctu statistick´ ych dat napˇr´ıklad dle [33]. lvypoc =

t − (n − 1) · tMZ . crs

(4.4)

Obr. 4.3: Graf vypoˇc´ıtané a skuteˇcné délky cesty, pro organizace ze sdruˇzen´ı Cesnet.

37

Obr. 4.4: Graf relativn´ı chyby vypoˇc´ıtané vzdálenosti, pro organizace ze sdruˇzen´ı Cesnet.

4.3.3

Srovn´ an´ı skuteˇ cn´ e d´ elky kabelu s pˇ r´ımou vzd´ alenost´ı mezi mˇ esty

ˇ Casto je vhodné znát pˇribliˇznou délku kabelu mezi stanicemi a pokud známe pouze polohu m´ıst, m˚ uˇzeme vycházet ze statistiky pomˇeru pˇr´ımé a skuteˇcné vzdálelprima nosti lskut . V posledn´ım sloupci tabulky 4.2 je tento pomˇer uveden. Na posledn´ıch ˇra´dc´ıch tabulky jsou ony statistické hodnoty, ze kter´ ych by bylo moˇzné vycházet, ideáln´ı by vˇsak byl vˇetˇs´ı poˇcet hodnot. Pr˚ umˇer, medián a smˇerodatná odchylka byly poˇc´ıtány pro jednotlivá mˇesta, nebot’ v´ıcenásobné zapoˇc´ıtán´ı jednoho mˇesta m˚ uˇze ovlivnit v´ ysledky. Obecnˇe vzato v´ ysledky ˇr´ıkaj´ı, ˇze v pˇr´ıpadˇe s´ıtˇe podobné s´ıti CESNET2 (jeden autonomn´ı systém, topologie v´ıce propojen´ ych kruh˚ u) je skuteˇcná délka kabelu dvojnásobná oproti pˇr´ımé vzdálenosti.

4.4

Mˇ eˇ ren´ı doby odezvy k prvn´ım uzlu v mˇ estˇ e

Toto mˇeˇren´ı bylo provedeno s c´ılem zpˇresnit pˇredchoz´ı mˇeˇren´ı. Vˇzdy byl vybrán prvn´ı prvn´ı s´ıt’ov´ y prvek, kter´ y se nacházel jiˇz v c´ılovém mˇestˇe. T´ım bylo z mˇeˇren´ı vylouˇceno nˇekolik koncov´ ych uzl˚ u a linek, nacházej´ıc´ıch se ve stejném mˇestˇe a zároveˇ n eliminováno zpoˇzdˇen´ı v m´ıstn´ı s´ıti vzdáleného mˇesta. Adresy vzdálen´ ych uzl˚ u byly z´ıskány z v´ ypisu program˚ u Traceroute a Traceroutenanog, vygenerované pˇri pˇredchoz´ım mˇeˇren´ı v kapitole 4.3 a uloˇzené na pˇriloˇzeném

38

CD. V pˇr´ıpadˇe, ˇze prvn´ım uzlem v daném mˇestˇe byla doména nˇekteré organizace, je zpoˇzdˇen´ı mˇeˇreno pˇr´ımo k n´ı (název organizace je oddˇelen pomlˇckou od názvu mˇesta). Zp˚ usob mˇeˇren´ı je opˇet shodn´ y s kapitolou 4.3. Zmˇeˇrená tRTT oznaˇcuje dobu obousmˇerného zpoˇzdˇen´ı k c´ıli, k v´ ypoˇct˚ um je ale pouˇzita hodnota zpoˇzdˇen´ı jednosmˇerného t, vypoˇc´ıtaná dle 4.1. Poˇcet skok˚ u k c´ıli n je zjiˇstˇen pomoc´ı program˚ u na urˇcován´ı trasy, skuteˇcná délka cesty lskut je z´ıskána seˇcten´ım nejkratˇs´ı moˇzné cesty z Brna do pˇr´ısluˇsného mˇest z mapy na obrázku 3.1. Ideáln´ı zpoˇzdˇen´ı pro jednu stanici tMZ je vypoˇc´ıtáno podle vztahu 4.2. Pro soubor latenc´ı mezilehl´ ych zaˇr´ızen´ı byl vypoˇc´ıtán pr˚ umˇer, medián, minimum a maximum, z tˇechto hodnot bylo zvoleno rozmez´ı 0,08 – 0,155 ms pro dalˇs´ı v´ ypoˇcet ideáln´ıho zpoˇzdˇen´ı na jeden skok.

4.4.1

V´ ypoˇ cet doby zpoˇ zdˇ en´ı na jeden skok

Doba zpoˇzdˇen´ı pro jeden prvek (jeden skok) je vypoˇc´ıtána stejn´ ym zp˚ usobem jako v kapitole 4.3.1, znaˇcen´ı z˚ ustává stejné – skuteˇcná délka optického kabelu mezi mˇesty lskut , konstanta zpoˇzdˇen´ı dobou ˇs´ıˇren´ı signálu crs = 5, 13 ns/Km, poˇcet skok˚ u n a jednosmˇerné zpoˇzdˇen´ı t. Vypoˇc´ıtané relativn´ı chyby pro jednotlivé c´ılové stanice a celkem 16 hodnot zpoˇzdˇen´ı pro jedno mezilehlé zaˇr´ızen´ı tMZ byly z´ıskány pomoc´ı vztah˚ u 4.3 a 4.2. V´ ysledky jsou uvedeny v pˇr´ıloze v tabulkách A.3 a A.4. Pro kaˇzdé zpoˇzdˇen´ı na jedno mezilehlé zaˇr´ızen´ı je vypoˇc´ıtán pr˚ umˇer a medián relativn´ı chyby celého souboru mˇeˇren´ı. Pr˚ umˇer a medián jsou opˇet vyneseny do grafu (obrázek 4.5). Nejniˇzˇs´ı hodnota relativn´ı chyby pro jednotlivé kˇrivky odeˇctená z grafu m˚ uˇze b´ yt povaˇzována za ideáln´ı hodnotu zpoˇzdˇen´ı na jedno mezilehlé zaˇr´ızen´ı. Pro graf pr˚ umˇeru relativn´ı chyby jsem odeˇcetl 0,120 ms, kˇrivka mediánu nab´ yvala minima v 0,100 ms.

4.4.2

V´ ypoˇ cet d´ elky trasy kabelu z namˇ eˇ ren´ ych hodnot

C´ılem dalˇs´ıho v´ ypoˇctu (stejnˇe jako v kapitole 4.3.2) je zjistit s jakou pˇresnost´ı je moˇzné spoˇc´ıtat fyzickou délku trasy ze znalosti jednosmˇerného zpoˇzdˇen´ı t a poˇctu skok˚ u n. K v´ ypoˇctu je poˇzita rovnice 4.4, kde jsou nav´ıc dosazeny konstanty rychlosti ˇs´ıˇren´ı signálu crs a doby zpoˇzdˇen´ı na jedno mezilehlé zaˇr´ızen´ı tMZ . Doba zpoˇzdˇen´ı na jedno mezilehlé zaˇr´ızen´ı je pro tento v´ ypoˇcet zvolena 0,100 ms, dle v´ ysledk˚ u mˇeˇren´ı z pˇredchoz´ı kapitoly. Pro kvalitativn´ı srovnán´ı v´ ysledk˚ u je zároveˇ n za pomoci známé hodnoty skuteˇcné délky kabel˚ u lskut vypoˇctena relativn´ı chyba mˇeˇren´ı δ. V´ ysledky v´ ypoˇctu jsou uvedeny v tabulce 4.3 a pro jednotlivá mˇeˇren´ı je do grafu (obrázek 4.6) vyneseno srovnán´ı skuteˇcné a vypoˇc´ıtané vzdálenosti. Dalˇs´ı graf (obrázek 4.7) zobrazuje relativn´ı chyby pro jednotlivá mˇeˇren´ı. Posledn´ıch pˇet ˇrádk˚ u

39

Obr. 4.5: Graf pr˚ umˇer˚ u a medián˚ u pˇresnost´ı pro r˚ uzné doby zpoˇzdˇen´ı na jedno mezilehlé zaˇr´ızen´ı, pro prvn´ı prvek s´ıtˇe na vzdáleném m´ıstˇe. tabulky obsahuje statistické hodnoty relativn´ıch chyb (pr˚ umˇer, medián, minimum, maximum a smˇerodatnou odchylku).

Obr. 4.6: Graf vypoˇc´ıtané a skuteˇcné délky cesty, pro prvn´ı prvky s´ıtˇe v r˚ uzn´ ych mˇestech s´ıtˇe CESNET2.

40

Obr. 4.7: Graf pˇresnosti vypoˇc´ıtané vzdálenosti, pro prvn´ı prvky s´ıtˇe v r˚ uzn´ ych mˇestech s´ıtˇe CESNET2.

4.5

Aplikace v´ ysledk˚ u mˇ eˇ ren´ı na uzly v s´ıti Internet

Posledn´ı mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı jsem provedl pro vybrané university rozm´ıstˇené po celém svˇetˇe. V tabulce 4.4 je uvedeno zmˇeˇrené zpoˇzdˇen´ı a poˇcet skok˚ u stejnˇe, jako tomu bylo v pˇredchoz´ıch kapitolách. Z namˇeˇren´ ych hodnot je dle rovnice 4.3 vypoˇc´ıtaná pravdˇepodobná fyzická vzdálenost mezi Brnem a pˇr´ısluˇsn´ ym mˇestem. Dále je tato hodnota porovnána s délkou pˇr´ımé vzdálenosti mezi mˇesty a je vypoˇc´ıtán pomˇer tˇechto vzdálenost´ı ( llvypoc ). Pr˚ umˇern´ y pomˇer mezi vypoˇc´ıtanou a pˇr´ımou prima vzdálenostmi je 2,61 a medián je roven 2,47. Dle toho m˚ uˇzeme vyslovit obecné tvrzen´ı, ˇze skuteˇcná délka kabelu je pˇribliˇznˇe 2,5 krát vˇetˇs´ı neˇz pˇr´ımá vzdálenost mezi m´ısty. Kontrola mˇeˇren´ı je provedena pomoc´ı v´ ypoˇctu relativn´ı chyby (dle vztahu 4.3) pro mˇesta se známou skuteˇcnou vzdálenost´ı (viz obrázek 3.1) – Bratislavu a V´ıdeˇ n. Relativn´ı odchylka zmˇeˇrené vzdálenosti se od skuteˇcné liˇsila o 25 %. Pravdˇepodobnˇe bude tato odchylka pro ostatn´ı mˇesta jiná, ale bez znalosti pˇresné vzdálenosti o tom nelze rozhodnout.

41

mˇ esto Olomouc – KMO Olomouc – UPOL Olomouc – VKOL Zl´ın Jihlava ˇ Ostrava – VSB Ostrava – OU Ostrava – SVKOS Jindˇrich˚ uv Hradec ˇ Ceská Tˇrebová Opava Karviná ˇ Praha – VSCHT Praha – AMU Praha – AVU Praha – AV ˇ Praha – CVUT ˇ Praha – CZU Praha – UK ˇ Praha – VSE Hradec Králové – UK Hradec Králové – KHK ˇ e Budˇejovice – CBVK ˇ Cesk´ ˇ e Budˇejovice – JCU ˇ Cesk´ ˇ ˇ Ceské Budˇejovice – VSERS Pardubice Liberec Plzeˇ n – FN Plzeˇ n – UK ˇ Plzeˇ n – ZCU ´ Ust´ı nad Labem – SVKUL ´ ı nad Labem – UJEP Ust´ Dˇeˇc´ın Most Cheb

lskut [km]

lvypoc [km]

lprima [km]

δ [-]

lprima lskut

112,4 112,4 112,4 128,4 155,7 235,0 235,0 235,0 245,0 267,9 281,7 289,4 308,9 308,9 308,9 308,9 308,9 308,9 308,9 308,9 309,4 309,4 311,4 311,4 311,4 339,4 437,6 445,6 445,6 445,6 458,9 458,9 492,9 526,5 572,1

213,9 326,5 180,6 129,5 153,9 238,3 262,4 270,5 355,2 507,6 267,3 295,6 290,0 255,4 279,8 268,9 304,9 458,7 292,3 297,4 532,1 507,1 339,3 293,9 316,3 512,0 554,6 469,8 474,9 462,7 470,1 431,5 467,3 514,7 569,8

64 64 64 77 78 141 141 141 117 80 124 157 187 187 187 187 187 187 187 187 126 126 158 158 158 112 208 242 242 242 247 247 246 258 321

0,903 1,905 0,607 0,009 0,012 0,014 0,117 0,151 0,450 0,895 0,051 0,021 0,061 0,173 0,094 0,129 0,013 0,485 0,054 0,037 0,720 0,639 0,090 0,056 0,016 0,509 0,267 0,054 0,066 0,038 0,024 0,060 0,052 0,022 0,004

1,76 1,76 1,76 1,67 2,00 1,67 1,67 1,67 2,09 3,35 2,27 1,84 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 2,46 2,46 1,97 1,97 1,97 3,03 2,10 1,84 1,84 1,84 1,86 1,86 2,00 2,04 1,78

0,251 0,061 0,004 1,905 0,392

2,08 1,98 1,65 3,35 0,46

pr˚ umˇ er: medi´ an: minimum: maximum: smˇ erodatn´ a odchylka:

[-]

Tab. 4.2: Tabulka obsahuj´ıc´ı skuteˇcnou, pˇr´ımou hodnotu vzdálenosti k mˇest˚ um v s´ıti CESNET2 a jejich srovnán´ı.

42

mˇ esto Olomouc Zl´ın – UTB Jihlava Ostrava ˇ Ostrava – VSB Ostrava – OSU Jindˇrich˚ uv Hradec ˇ C. Tˇrebová – UPCE Opava Karviná Praha – Zikova Praha – CVUT Hradec Kralové ˇ e Budˇejovice Cesk´ ˇ Budˇejovice – VSERS ˇ C. ˇ Budˇejovice – CBVK C. Pardubice – UPCE Liberec Plzeˇ n ´ ı nad Labem Ust´ Dˇeˇc´ın Most Cheb

adresa stanice 195.113.157.162 195.178.88.67 195.113.179.118 195.113.113.202 195.113.113.70 195.113.124.150 195.178.64.90 195.113.124.150 195.113.156.146 195.113.156.150 195.113.69.53 195.113.144.174 195.113.115.98 195.113.156.142 195.113.220.241 195.113.145.10 195.113.124.150 147.230.250.50 147.228.200.1 195.113.197.228 195.113.144.218 195.113.144.98 195.113.124.150

lskut [Km] 112,4 128,4 155,7 235,0 235,0 235,0 245,0 267,9 281,7 289,4 308,9 308,9 309,4 311,4 311,4 311,4 339,4 437,6 445,6 458,9 492,9 526,5 572,1

tRTT [ms] 2,901 2,177 2,964 3,568 3,200 6,049 5,114 5,937 4,074 4,321 4,135 4,182 6,151 3,935 3,915 4,155 6,051 6,658 6,050 5,408 6,144 6,070 6,040

n [-] 6 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 8 5 5 5

t [ms] 1,451 1,089 1,482 1,784 1,600 3,025 2,557 2,969 2,037 2,161 2,068 2,091 3,076 1,968 1,958 2,078 3,026 3,329 3,025 2,704 3,072 3,035 3,020

tMZ [ms] 0,146 0,086 0,137 0,116 0,079 0,364 0,260 0,319 0,118 0,135 0,097 0,101 0,298 0,074 0,072 0,096 0,257 0,217 0,148 0,044 0,109 0,067 0,017

lvypoc [Km] 165,8 114,7 191,4 250,3 214,4 492,1 401,0 481,2 299,6 323,7 305,6 310,1 502,0 286,1 284,1 307,5 492,3 551,5 492,2 371,2 501,4 494,2 491,2

δ [-] 0,465 0,116 0,222 0,060 0,093 1,089 0,632 0,792 0,059 0,114 0,015 0,000 0,619 0,085 0,091 0,016 0,447 0,258 0,102 0,194 0,015 0,064 0,143

pr˚ umˇ er: 0,146 medi´ an: 0,116 minimum: 0,017 maximum: 0,364 smˇ erodatn´ a odchylka:

0,249 0,114 0,004 1,094 0,292

Tab. 4.3: Tabulka namˇeˇren´ ych a vypoˇcten´ ych hodnot zpoˇzdˇen´ı a vzdálenost´ı pro prvn´ı s´ıt’ov´ y prvek v r˚ uzn´ ych m´ıstech s´ıtˇe CESNET2.

43

dom´ enov´ e

lprima

tRTT

n

t

lvypoc

lprima lvypoc

lskut

δ

mˇ esto

jm´ eno

[km]

[ms]

[-]

[ms]

[km]

[-]

[km]

[-]

V´ıdeˇ n Bratislava Koˇsice Berl´ın Varˇsava Stockholm Atény Moskva Madrid New York Los Angeles Sydney

www.univie.ac.at www.vsvu.sk www.tuke.sk www.tu-berlin.de www.pw.edu.pl www.su.se www.uoa.gr www.msu.ru www.suffolk.es library.nyu.edu www.ucla.edu www.usyd.edu.au

110 121 344 434 459 1133 1372 1592 1870 6765 9752 15963

2,92 2,39 7,65 26,56 16,89 35,57 43,27 62,87 64,77 103,50 178,84 336,87

8 6 9 11 11 12 11 18 15 26 17 18

1,46 1,20 3,82 13,28 8,45 17,79 21,63 31,43 32,38 51,75 89,42 168,44

1,54 1,24 1,78 5,58 3,23 2,90 2,95 3,67 3,25 1,43 1,76 2,04 2,61 2,47 1,24 5,58

224 200

0,246 0,248

169 150 613 2423 1481 3285 4051 5846 6081 9673 17165 32552 pr˚ umˇ er: medi´ an: minimum: maximum:

Tab. 4.4: Namˇeˇrené hodnoty zpoˇzdˇen´ı, poˇctu skok˚ u, pˇr´ımé a vypoˇc´ıtané vzdálenosti pro r˚ uznˇe vzdálená m´ıst˚ um po celém svˇete.

44

5

ˇ ´ ´ SIMULACE PRENOSOV EHO SYSTEMU

Testován´ı rozsáhl´ ych poˇc´ıtaˇcov´ ych s´ıt´ı v laboratorn´ım prostˇred´ı je nemoˇzné, proto je u ´ˇcinn´ ym pomocn´ıkem simulace. V této práci jde o simulaci pˇrenosového ˇretˇezce od zdroje k c´ıli. C´ılem je pˇripravit simulaci reálné s´ıtˇe, pˇredevˇs´ım z hlediska u ´ˇcink˚ u zpoˇzdˇen´ı na pˇrenosové trase. K tomu je vyuˇzito simulaˇcn´ıho prostˇred´ı NS2, awk skriptu pro zpracován´ı dat a program˚ u ke generován´ı graf˚ u (xgraph a gnuplot).

5.1

Simulaˇ cn´ı n´ astroj NS2

Network simulator druhé verze (NS2) je program slouˇz´ıc´ı k simulaci r˚ uzn´ ych komunikaˇcn´ıch s´ıt´ı. Byl vyvinut na americké universitˇe v Berkeley a je ˇs´ıˇren jako Open Source pro operaˇcn´ı systémy Linux a Unix. Jádro NS2 je napsáno v jazyce C++, simulace a spouˇstˇen´ı událost´ı je naprogramováno objektov´ ym TCL. V jazyce TCL se také p´ıˇse kód pro simulaci. NS2 podporuje mnoho protokol˚ u, smˇerovac´ıch systém˚ u, typ˚ u front a pˇr´ıpadné chybˇej´ıc´ı moˇznosti si m˚ uˇze uˇzivatel naprogramovat. Vˇsechny informace k programu, pˇredevˇs´ım popis vlastnost´ı a moˇznosti jejich pouˇzit´ı najdeme v obsáhlém manuálu [30]. Pokud máme napsan´ y kód simulace, nic nebrán´ı jej´ımu spuˇstˇen´ı z terminálu pomoc´ı pˇr´ıkazu ns a názvu souboru s TCL kódem simulace.

5.1.1

Grafick´ e zobrazen´ı v´ ysledk˚ u

Program simulace NS2 vytvoˇr´ı pouze data o simulaci, proto je nutné pouˇz´ıt jin´ ych program˚ u pro jejich grafické zobrazen´ı. Spuˇstˇen´ı tˇechto program˚ u m˚ uˇze b´ yt definováno pˇr´ımo v tcl skriptu tak, aby se po simulaci pˇr´ımo zobrazily v´ ysledky. Pro zpracován´ı dat v´ ysledk˚ u je moˇzné pouˇzit awk skript, kter´ y pro kaˇzd´ y ˇra´dek v´ ystupn´ıch dat provede definovanou sekvenci operac´ı. S v´ yhodou je pˇristupováno k oddˇelen´ ym hodnotám ˇrádku jako k poloˇzkám v poli. Zobrazen´ı simulace v programu NAM Grafické zobrazen´ı v´ ysledku simulace se provád´ı v komponentˇe NS2 nazvané NAM (Network AniMator). K otevˇren´ı se poˇzije pˇr´ıkaz nam, za kter´ ym následuje název souboru s uloˇzenou simulac´ı. Po spuˇstˇen´ı programu NAM se otevˇre okno se simulovanou s´ıt´ı uprostˇred a s ovládac´ımi prvky na kraj´ıch.

45

Program XGraph XGraph je program ke generován´ı graf˚ u, kter´ y je souˇcást´ı bal´ıku NS2. Program dokáˇze vygenerovat pouze 2D grafy, ale um´ı zobrazit v´ıce pr˚ ubˇeh˚ u do jednoho grafu. Jeho okno obsahuje nˇekolik tlaˇc´ıtek, kter´ ymi lze graf pˇribl´ıˇzit, vybrat jeho ˇcást, nebo uloˇzit do formátu PostScript, PDF nebo MIF (Marker Interchange Format) [31]. Program Gnuplot Gnuplot je volnˇe dostupn´ y program pro Linux, MS Windows, OS/2 a dalˇs´ı operaˇcn´ı systémy. Slouˇz´ı k tvorbˇe graf˚ u matematick´ ych funkc´ı nebo vykreslen´ı surov´ ych dat. Dokáˇze vytvoˇrit 2D i 3D grafy, dle nastaven´ı vykresl´ı pouze body, ˇca´ry, plochu,. . . V´ ystupem je okno s grafem, kter´ ym lze v pˇr´ıpadˇe 3D grafu otáˇcet. Samozˇrejmost´ı je uloˇzen´ı grafu do nˇekolika grafick´ ych formát˚ u (JPG, PDF, PNG, A PostScript, L TEX,. . . ) [32].

5.2

Simulace latence pˇ rep´ınaˇ c˚ u a smˇ erovaˇ c˚ u

Jedná se o simulaci závislosti doby zpoˇzdˇen´ı na poˇctu pˇrep´ınaˇc˚ u a smˇerovaˇc˚ u. V´ ysledkem simulace jsou pˇredevˇs´ım data pro vynesen´ı tˇechto závislost´ı do graf˚ u. Simulace je realizována tcl skriptem pro NS2, kter´ y je na pˇriloˇzeném CD.

5.2.1

Zp˚ usob realizace

Simulace se sestává z ˇretˇezce uzl˚ u, které pˇredstavuj´ı smˇerovaˇce a pˇrep´ınaˇce na pˇrenosové trase. Zpoˇzdˇen´ı ve smˇerovaˇc´ıch a pˇrep´ınaˇc´ıch je realizováno pomoc´ı prvku Delay Box, kter´ y umoˇzn ˇuje nastavit zpoˇzdˇen´ı, rychlost linky a ztrátovost pro tento prvek. Doba zpoˇzdˇen´ı je reprezentována pomoc´ı generátoru rovnomˇerného rozloˇzen´ı náhodn´ ych ˇc´ısel. V souboru simulace jsou v záhlav´ı uvedeny ˇctyˇri promˇenné, které umoˇzn ˇuj´ı definovat minimáln´ı a maximáln´ı velikost zpoˇzdˇen´ı (v milisekundách) pro smˇerovaˇce, respektive pˇrep´ınaˇce. Dále lze definovat parametry linek, které maj´ı vliv na velikost serializaˇcn´ıho zpoˇzdˇen´ı (velikost paketu a rychlost linek) a zpoˇzdˇen´ı rychlost´ı ˇs´ıˇren´ı signálu. Taktéˇz se v záhlav´ı programu nastavuje maximáln´ı poˇcet smˇerovaˇc˚ u a pˇrep´ınaˇc˚ u. Dle tˇechto parametr˚ u je vygenerován simulaˇcn´ı model – napˇr. pro tˇri smˇerovaˇce a tˇri pˇrep´ınaˇce (viz obrázek 5.1). Nejprve jsou na trase zaˇrazeny vˇsechny smˇerovaˇce a teprve za nimi pˇrep´ınaˇce, to z d˚ uvodu zjednoduˇsen´ı dalˇs´ıch v´ ypoˇct˚ u. Dalˇs´ı data jsou zpracována awk skriptem, kter´ y vypoˇc´ıtá velikost zpoˇzdˇen´ı pro vˇsechny kombinace uzl˚ u zaˇrazené za sebou (1 smˇerovaˇc a 0 pˇrep´ınaˇc˚ u, 1 smˇerovaˇc a 1 pˇrep´ınaˇc, 1 smˇerovaˇc a 2 pˇrep´ınaˇce, . . . ).

46

Obr. 5.1: Obrázek okna simulace pro tˇri smˇerovaˇce a tˇri pˇrep´ınaˇce.

5.2.2

V´ ysledky simulace

Simulace je definována ve skriptu s názvem routersSwitches.tcl, pro následuj´ıc´ı v´ ysledky bylo v záhlav´ı nastaveno: • poˇcet smˇerovaˇc˚ u = 20, • poˇcet pˇrep´ınaˇc˚ u = 20, • minimáln´ı zpoˇzdˇen´ı smˇerovaˇce = 10 µs, • maximáln´ı zpoˇzdˇen´ı smˇerovaˇce = 100 µs, • minimáln´ı zpoˇzdˇen´ı pˇrep´ınaˇce = 1 µs, • maximáln´ı zpoˇzdˇen´ı pˇrep´ınaˇce = 10 µs, • rychlost pˇrenosov´ ych linek = 10 Gb/s, • velikost paketu = 64 B, • doba zpoˇzdˇen´ı rychlost´ı ˇs´ıˇren´ı signálu = 0 s. V´ ysledná data simulace jsou zobrazena nejprve v programu XGraph jako závislost zpoˇzdˇen´ı na poˇctu smˇerovaˇc˚ u (obrázek 5.2). Vid´ıme ˇze zpoˇzdˇen´ı lineárnˇe roste s poˇctem smˇerovaˇc˚ u, drobná zakˇriven´ı jsou zp˚ usobena náhodn´ ym rozloˇzen´ım. Dalˇs´ım v´ ystupem simulace je soubor, ve kterém jsou pro kaˇzdou kombinaci poˇctu smˇerovaˇc˚ u a pˇrep´ınaˇc˚ u uvedeny pr˚ umˇerné hodnoty zpoˇzdˇen´ı. Pokud otevˇreme krátk´ y skript routersSwitches.plt (taktéˇz na pˇriloˇzeném CD) v programu Gnuplot zobraz´ı se 3D graf (obrázek 5.3) nasimulovan´ ych dat. Jedná se o graf závislosti zpoˇzdˇen´ı na dvou promˇenn´ ych (poˇcet smˇerovaˇc˚ u a pˇrep´ınaˇc˚ u). V´ ysledkem je lineárnˇe rostouc´ı plocha, která je v´ıce sklonˇená ve smˇeru rostouc´ıho poˇctu smˇerovaˇc˚ u, tzn. smˇerovaˇce ovlivˇ nuj´ı zpoˇzdˇen´ı nˇekolikanásobnˇe v´ıce neˇz pˇrep´ınaˇce.

47

Obr. 5.2: Závislost zpoˇzdˇen´ı na poˇctu smˇerovaˇc˚ u.

Obr. 5.3: Závislost zpoˇzdˇen´ı na poˇctu pˇrep´ınaˇc˚ u a smˇerovaˇc˚ u. Na základnˇe téhoˇz grafu (obrázek 5.3) je vynesena kˇrivka pro velikost zpoˇzdˇen´ı 0,085 ms. To je hodnota zpoˇzdˇen´ı na jeden skok zjiˇstˇená v kapitole 4.3.1 a podle

48

této kˇrivky m˚ uˇzeme odeˇc´ıst kolika prvk˚ um s´ıtˇe zpoˇzdˇen´ı 0,085 ms odpov´ıdá. Pokud budeme uvaˇzovat jedno zaˇr´ızen´ı tˇret´ı vrstvy RM OSI – smˇerovaˇc, tak m˚ uˇzeme odeˇc´ıst pˇribliˇznˇe 6 pˇrep´ınaˇc˚ u. Tato ˇc´ısla jsou pouze teoretická a odpov´ıdaj´ı vypoˇc´ıtanému mediánu hodnoty zpoˇzdˇen´ı na jeden skok.

5.3

Simulace zpoˇ zdˇ en´ı d´ elky trasy a poˇ ctu skok˚ u

Tato ˇcást simuluje pˇrenosovou cestu sloˇzenou z definovaného poˇctu skok˚ u (smˇerovaˇc˚ u) a transportn´ıch linek o známé délce a pˇrenosové rychlosti. Pro tuto simulaci je pˇripraven´ y skript routersLenght.tcl, kter´ y vytvoˇr´ı data pro zadan´ y rozmˇer simulace (poˇcet skok˚ u a délka trasy). Dále se v záhlav´ı skriptu nastavuje rychlost linek, minimáln´ı a maximáln´ı doba zpoˇzdˇen´ı smˇerovaˇce. Skript vygeneruje pˇrenosovou trasu se zadan´ ym poˇctem smˇerovaˇc˚ u n (realizováno pomoc´ı Delay Box) a linkami mezi nimi. Délka linek se snaˇz´ı co nejlépe pokr´ yt celé spektrum vzdálenost´ı do maximáln´ı zadané vzdálenosti. Minimáln´ı vzdálenost uzl˚ u je lmin vypoˇc´ıtaná dle vztahu 5.1 a postupnˇe nar˚ ustá dle vztahu 5.2, celá trasa (v souˇctu) je rovna definované délce lmax . Délka trasy je následnˇe pˇrevedena na dobu zpoˇzdˇen´ı vynásoben´ım konstantou rychlosti ˇs´ıˇren´ı signálu crs =0,513 µs/km. lmin =

2 · lmax . (n + 1) · (n + 2)

(5.1)

ln = ln−1 + lmin .

5.3.1

(5.2)

Simulace zpoˇ zdˇ en´ı v s´ıti CESNET2

Prvn´ı simulace je provedena pro s´ıt’ podobnou s´ıti CESNET2, kv˚ uli moˇznosti porovnán´ı v´ ysledk˚ u z mˇeˇren´ı v této s´ıti. Proto je nastaven´ı simulace pˇrizp˚ usobeno hodnotám z kapitoly 4.3, kde je nejvyˇsˇs´ı poˇcet skok˚ u 12 a nejdelˇs´ı vzdálenost mezi mˇesty 572 Km. V záhlav´ı skriptu je tedy nastaveno následuj´ıc´ı: • poˇcet smˇerovaˇc˚ u = 12, • délka trsy = 600 Km, • minimáln´ı zpoˇzdˇen´ı smˇerovaˇce = 85 µs, • maximáln´ı zpoˇzdˇen´ı smˇerovaˇce = 85 µs, • rychlost pˇrenosov´ ych linek = 10 Gb/s, • velikost paketu = 64 B. Opˇet je nejprve zobrazen 2D graf, nyn´ı závislosti zpoˇzdˇeni na délce trasy, coˇz je lineárnˇe rostouc´ı pˇr´ımka. Dále je vytvoˇren soubor, kter´ y po otevˇren´ı v programu Gnuplot, vytvoˇr´ı graf závislosti zpoˇzdˇen´ı na délce trasy a poˇctu skok˚ u. Zobrazit graf

49

Obr. 5.4: Závislost zpoˇzdˇen´ı na poˇctu smˇerovaˇc˚ u a délce trasy v s´ıti simuluj´ıc´ı CENSET2. je moˇzné pomoc´ı skriptu v souboru routersLenght.plt, kter´ y uprav´ı rozsahy os, rozliˇsen´ı a celkov´ y vzhled grafu. V´ ysledn´ y graf je na obrázku 5.4. Na základnu grafu jsou vyneseny kontury – ˇcáry pro charakteristické doby zpoˇzdˇen´ı. Jako charakteristická zpoˇzdˇen´ı byla vybrána mˇesta z mˇeˇren´ı v s´ıti CESNET2 z kapitoly 4.3. Je tedy moˇzné pro mˇesta Zl´ın (t=1 ms), Ostrava (t=1,5 ms), Praha (t=2 ms), Plzeˇ n (t=3 ms) a Cheb (t=3,5 ms) odeˇc´ıst pravdˇepodobn´ y poˇcet skok˚ ua pˇr´ısluˇsné délky trasy.

5.3.2

Simulace zpoˇ zdˇ en´ı v celosvˇ etov´ e s´ıti

Druhá simulace opˇet zaloˇzená na skriptu routersLenght.tcl pˇredstavuje závislost zpoˇzdˇen´ı na vzdálenostech pro vˇsechny body na planetˇe – do 20 000 Km 1 . Celkové nastaven´ı simulace je toto: • poˇcet smˇerovaˇc˚ u = 20, • délka trsy = 20 000 Km, • minimáln´ı zpoˇzdˇen´ı smˇerovaˇce = 85 µs, 1

Obvod Zemˇe je pˇribliˇznˇe 40 000 Km, pro dosaˇzen´ı kteréhokoliv bodu pˇr´ımou cestou postaˇc´ı polovina této vzd´ alenosti.

50

• maximáln´ı zpoˇzdˇen´ı smˇerovaˇce = 85 µs, • rychlost pˇrenosov´ ych linek = 10 Gb/s, • velikost paketu = 64 B. Hlavn´ım v´ ysledkem je graf zobrazuj´ıc´ı závislost zpoˇzdˇen´ı na poˇctu skok˚ u a délce trasy. Tento graf (obrázek 5.5) je vytvoˇren otevˇren´ım skriptu routersLenght.plt v programu Gnuplot. Ve v´ ysledném grafu jsou na základnˇe opˇet vyneseny kˇrivky pro urˇcitou velikost zpoˇzdˇen´ı. Hodnoty zpoˇzdˇen´ı odpov´ıdaj´ı namˇeˇren´ ym hodnotám v kapitole 4.5 pro vybraná mˇesta: Koˇsice (4 ms), Berl´ın (13 ms), Madrid (32 ms), New York (50 ms) a Los Angeles (90 ms). Z tˇechto kˇrivek lze odeˇc´ıst pro zjiˇstˇen´ y poˇcet skok˚ u pravdˇepodobnou délku fyzické trasy.

Obr. 5.5: Závislost zpoˇzdˇen´ı na poˇctu smˇerovaˇc˚ u a délce trasy simuluj´ıc´ı celosvˇetovou s´ıt’.

51

6

´ ER ˇ ZAV

Zpoˇzdˇen´ı vznikaj´ıc´ı na trase internetu m˚ uˇze b´ yt velmi kritické pro aplikace pracuj´ıc´ı v reálném ˇcase, a proto je d˚ uleˇzité zjistit, kde zpoˇzdˇen´ı vzniká a zda jej lze sn´ıˇzit. Tato práce obsahuje kompletn´ı shrnut´ı informac´ı o zdroj´ıch zpoˇzdˇen´ı a jejich obvykl´ ych velikostech. Zpoˇzdˇen´ı vznikaj´ıc´ı v koncov´ ych zaˇr´ızen´ıch závis´ı na podobˇe produkované (konzumované) informace, zat´ıˇzen´ı a v´ ykonu stanice. Latence zdroje ˇci c´ıle nemá hlavn´ı vliv na velikost celkového zpoˇzdˇen´ı. Velk´ ym zdrojem latence jsou pˇredevˇs´ım dlouhé pˇrenosové linky, na nichˇz je v´ yrazné zpoˇzdˇen´ı rychlost´ı ˇs´ıˇren´ı, které nem˚ uˇze b´ yt menˇs´ı neˇz 0,5 ms na 100 kilometr˚ u. Dalˇs´ı zpoˇzdˇen´ı vznikaj´ıc´ı na lince je zp˚ usobeno rychlost´ı linky a velikost´ı paketu. Pˇri mal´ ych paketech a linkách o rychlostech v ˇra´dech gigabit˚ u za sekundu je vˇsak toto serializaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı zanedbatelné. Posledn´ım v´ yznamn´ ym zdrojem zpoˇzdˇen´ı jsou mezilehlá zaˇr´ızen´ı (pˇredevˇs´ım smˇerovaˇce a pˇrep´ınaˇce), u nich je zpoˇzdˇen´ı ˇcasto nejv´ıce závislé na aktuáln´ım zat´ıˇzen´ı. Minimáln´ı hodnoty latence tˇechto mezilehl´ ych prvk˚ u jsou podrobnˇe uvedeny v práci. Doba zpoˇzdˇen´ı nezat´ıˇzeného smˇerovaˇce se pohybuje mezi 10 aˇz 100 µs, oproti tomu pˇrep´ınaˇc je pˇribliˇznˇe desetkrát rychlejˇs´ı. V práci jsou rozebrány reálné typy s´ıt´ı a jejich pˇr´ıpadné dˇelen´ı. Zm´ınˇeno je pˇredevˇs´ım dˇelen´ı na pˇr´ıstupovou a transportn´ı ˇca´st s´ıtˇe. Pˇr´ıstupová ˇca´st je realizována r˚ uzn´ ymi technologiemi za u ´ˇcelem efektivn´ıho pˇr´ıstupu k danému uˇzivateli a jeho m´ıstn´ı s´ıti. Od pouˇzité technologie pˇripojen´ı se odv´ıj´ı také doba zpoˇzdˇen´ı, napˇr. pro bezdrátové technologie je charakteristická n´ızká rychlost pˇripojen´ı a pomˇernˇe dlouhá doba pˇr´ıstupu k médiu. U technologi´ı pˇripojen´ ych kabelem je zpoˇzdˇen´ı mnohem niˇzˇs´ı. V transportn´ıch s´ıt´ıch se povˇetˇsinou setkáme s optick´ ymi vlákny s vysok´ ymi pˇrenosov´ ymi rychlostmi. Zpoˇzdˇen´ı v transportn´ı s´ıt´ı je nejv´ıce závislé na délce veden´ı. Poˇcet mezilehl´ ych zaˇr´ızen´ı ovlivˇ nuje zpoˇzdˇen´ı pˇredevˇs´ım v krátk´ ych s´ıt´ıch a jeho velikost je závislá na poˇctu prvk˚ u a jejich aktuáln´ım zat´ıˇzen´ı. Mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı a parametr˚ u s´ıtˇe se pouˇz´ıvá pro anal´ yzu velikosti zpoˇzdˇen´ı a dalˇs´ıch parametr˚ u s´ıtˇe. Pro tyto u ´koly dnes existuje mnoho program˚ u i hardwarov´ ych ˇreˇsen´ı, mezi nejjednoduˇsˇs´ı a nejˇcastˇeji pouˇz´ıvané patˇr´ı program Ping, kter´ y ovˇsem mˇeˇr´ı obousmˇerné zpoˇzdˇen´ı. Pro zjiˇstˇen´ı poˇctu uzl˚ u na trase se pouˇz´ıvá program Traceroute. V praktické kapitole je promˇeˇrena velikost zpoˇzdˇen´ı k r˚ uzn´ ym organizac´ım ze sdruˇzen´ı Cesnet, protoˇze je v této s´ıti známa skuteˇcná délka kabelu. Toho je vyuˇzito k v´ ypoˇctu obvyklé velikosti zpoˇzdˇen´ı na jeden skok. Nejmenˇs´ı medián relativn´ıch chyb je zjiˇstˇen pro velikost zpoˇzdˇen´ı 0,085 ms na jeden skok. Dále je za pouˇzit´ı tohoto zpoˇzdˇen´ı vypoˇc´ıtaná délka kabelu, která je následnˇe srovnána se skuteˇcnou délkou kabelu. Toto srovnán´ı je vyneseno do grafu, dalˇs´ı graf zobrazuje relativn´ı chyby

52

mˇeˇren´ı. Pro lepˇs´ı pˇresnost bylo to stejné mˇeˇren´ı provedeno také pro prvn´ı prvek s´ıtˇe v r˚ uzn´ ych mˇestech s´ıtˇe CESNET2, ale velikost zpoˇzdˇen´ı k tˇemto prvk˚ um je ˇcasto vˇetˇs´ı neˇz k pˇr´ısluˇsn´ ym organizac´ım, proto jsou tyto v´ ysledky brány sp´ıˇse jako orientaˇcn´ı. Zjiˇstˇená latence jednoho skoku je aplikována pro v´ ysledky mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı k mˇest˚ um v celosvˇetové s´ıti. V´ ysledkem je vypoˇc´ıtaná vzdálenost, ale pomˇer vypoˇc´ıtané a pˇr´ımé vzdálenosti. Pro data ze vˇsech mˇeˇren´ı vypl´ yvá, ˇze skuteˇcná vzdálenost je pr˚ umˇernˇe 2,5 krát vˇetˇs´ı neˇz pˇr´ımá vzdálenost. Posledn´ı ˇcást práce obsahuje simulaci s´ıtˇe v programu Network Simulator 2. Je simulován vliv jednotliv´ ych latenc´ı na celkovou velikost zpoˇzdˇen´ı. Vytvoˇrené skripty umoˇzn ˇuj´ı nakonfigurovat parametry s´ıtˇe – rychlost linek, velikost paketu, minimáln´ı a maximáln´ı dobu zpoˇzdˇen´ı smˇerovaˇce a pˇrep´ınaˇce. Prvn´ı skript simuluje závislost zpoˇzdˇen´ı na poˇctu smˇerovaˇc˚ u a pˇrep´ınaˇc˚ u v s´ıti. V´ ysledkem je 2D graf zobrazuj´ıc´ı lineárn´ı závislost velikosti zpoˇzdˇen´ı na poˇctu router˚ u. Graf se tˇremi osami zobrazuje velikost zpoˇzdˇen´ı odpov´ıdaj´ıc´ı pro rostouc´ı poˇcet smˇerovaˇc˚ u a pˇrep´ınaˇc˚ u (0 aˇz 20). Na základnˇe grafu je vynesena kontura zobrazuj´ıc´ı zpoˇzdˇen´ı 0,085 ms, podle které je moˇzné odeˇc´ıst poˇcet prvk˚ u (napˇr. jeden smˇerovaˇc a ˇsest pˇrep´ınaˇc˚ u). Druh´ y skript umoˇzn ˇuje vytvoˇrit 3D graf závislosti zpoˇzdˇen´ı na poˇctu skok˚ u a délce trasy. V´ ysledkem jsou dva vygenerované grafy. Prvn´ı zobrazuje situaci v s´ıti CESNET2 (max. 600 Km a 12 skok˚ u) a pro nˇekterá namˇeˇrená zpoˇzdˇen´ı jsou na základnu grafu vyneseny kontury – je z nich moˇzné odeˇc´ıst vzdálenost pro urˇcit´ y poˇcet skok˚ u. Druh´ y graf je pro celosvˇetovou s´ıt’, protoˇze zobrazuje vzdálenosti aˇz 20 000 Km a maximálnˇe 20 skok˚ u. V tomto grafu je vidˇet zanedbateln´ y poˇctu skok˚ u v porovnán´ı se zvyˇsuj´ıc´ı se vzdálenost´ı. Vynesené kˇrivky namˇeˇren´ ych zpoˇzdˇen´ı (k mˇest˚ um v celosvˇetové s´ıti) urˇcuj´ı pˇribliˇznou délku kabelu do tˇechto mˇest. Tato práce podrobnˇe mapuje zdroje zpoˇzdˇen´ı v datov´ ych s´ıt´ıch, popisuje r˚ uzné moˇznosti mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı. Závˇer práce je vˇenován ovˇeˇren´ı teoretick´ ych poznatk˚ ua vytvoˇren´ı simulac´ı pˇrenosového ˇretˇezce. V´ ypoˇcty délky fyzické cesty je moˇzné vyuˇz´ıt napˇr´ıklad pro pˇresnˇejˇs´ı urˇcen´ı geografické polohy stanice.

53

LITERATURA ˇ ´ R. TCP/IP v kostce. 1. vyd. Cesk´ ˇ e Budˇejovice : Kopp, 2004. [1] PUZMANOV A, 607 s. ISBN 80-7232-236-2. [2] ABRAHAO, B. KLEINBERG, R. On the Internet Delay Space Dimensionality [online]. ACM/SIGCOMM Internet Measurement Conference (IMC’08). Association for computing machinery, 2009. [cit. 13. 10. 2009]. Dostupn´ y z WWW:<www.cs.cornell.edu/ abrahao/docs/imc08.pdf>. [3] NG, E. HUI, Z. Predicting Internet network distance with coordinatesbased approaches [online]. INFOCOM 2002. [cit. 13. 10. 2009]. TwentyFirst Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies. IEEE, 2002. Dostupn´ y z WWW:<www.cs.rice.edu/ eugeneng/papers/INFOCOM02.pdf>. [4] BOVY, C. J., et al. Analysis of End-to-end Delay Measurement in Internet [online]. In Passive & Active Measurement: PAM 2002, 2002. s. 8. Dostupn´ yz WWW: Dostupn´ y z WWW: . [5] ALAN, Percy. Understanding Latency in IP Telephony Telephonyworld.com [online]. 2000 [cit. 2009-12-17]. Dostupn´ y z WWW: <www.embeddedcomputing.com/pdfs/Brooktrout.Sum00.pdf>. [6] Queuing delay [online]. 2007, posledn´ı aktualizace 8. 10. 2008 [cit. 2009-12-17]. Dostupn´ y z WWW: <www.hill2dot0.com>. ´ [7] MOLNAR, Karol. Teorie front. c2009. <www.utko.feec.vutbr.cz/ molnar/>. s. 38.

Dostupn´ y

z

WWW:

[8] VoIP Think [online]. 2005 [cit. 2010-05-25]. QoS - Quality of Service. Dostupn´ y z WWW: <www.en.voipforo.com> [9] Analýza zpoˇzdˇen´ı v IP telefonn´ım systému I. [online]. 9. 5. 2008 [cit. 2009-12-17]. Dostupn´ y z WWW: . ˇ ´ Rita. Modern´ı komunikaˇcn´ı s´ıtˇe od A do Z. 2. aktualiz. vyd. [10] PUZMANOV A, [s.l.] : Computer Press, 2006. 432 s. ISBN 80-251-1278-0. [11] Intelek [online]. 2009 [cit. 2009-12-17]. Dostupn´ y z WWW: <www.intelek.cz> [12] Wikipedia [online]. <en.wikipedia.org>.

2001

[cit.

2009-12-17].

54

Dostupn´ y

z

WWW:

[13] KRUMNIKL, Michal Mˇeˇren´ı latence s´ıt’ových prvk˚ u. [2005]. 15 s. Dostupn´ yz WWW: <www.cs.vsb.cz/gragarek/SPS/>. [14] HP ProCurve switch 1700-8. [online]. c2008 [cit. 2009-12-17]. Dostupn´ y z WWW: <www.skylabshop.cz>. [15] White paper. Cisco Nexus 5020 Switch Performance in Market-Data and BackOffice Data Delivery Environments. 2009. 9 s. Dostupn´ y z WWW: . [16] BURDA, Karel. Návrh, správa a bezpeˇcnost poˇc´ıtaˇcových s´ıt´ı : S´ıt’ová vrstva poˇc´ıtaˇcových s´ıt´ı - smˇerován´ı, 2010. 38 s. Prezentace. VUT Brno. [17] Internet Core Router Test. 2001 WWW:<www.lightreading.com>.

[cit.

2009-12-17].

Dostupn´ y

z

[18] Test Traffic Measurements Service [online]. [2000] [cit. 2009-12-17]. Dostupn´ y z WWW:<www.ripe.net/projects/ttm/>. [19] NING, Hua. IPv6 Core Router : Test Report. [online], 2003 [cit. 2010-05-25]. Dostupn´ y z WWW:<www.ipv6-tf.com.pt>. [20] Infovista [online]. 2010 [cit. 2010-05-25]. Broadband and Triple Play. Dostupn´ y z WWW:<www.infovista.com>. [21] RFC 1242. Benchmarking Terminology Devices. Bradner. Harvard University, WWW:<www.ietf.org/rfc/rfc1242.txt>.

for Network Interconnection 2001. 12 s. Dostupn´ y z

[22] Catalyst Supervisor Engine 32 PISA Cisco IOS Software Configuration Guide [online]. 2007 [cit. 2010-05-25]. Using the Layer 2 Traceroute Utility, 4 s. Dostupn´ y z WWW:<www.ciscosystems.com>. [23] InetDaemon : How Ping Works [online]. [2005] [cit. 2009-12-17]. Dostupn´ y z WWW: <www.inetdaemon.com>. [24] Default time to live (TTL) values [online]. 2009 [cit. 2010-05-25]. Binbert. Dostupn´ y z WWW: <www.binbert.com>. [25] Hack zone [online]. 2000 [cit. 2010-05-25]. Bing. Dostupn´ y z WWW: . [26]

Visual Trace Route Tool. c2009 [cit. 2009-12-17]. Dostupn´ y z WWW: <www.yougetsignal.com/tools/visual-tracert>.

55

[27] NS Tools : Traceroute on a map [online]. c2009 [cit. 2009-12-17]. Dostupn´ yz WWW: <en.dnstools.ch/visual-traceroute.html>. [28] Visual Route [online]. c1997-2009 [cit. 2009-12-17]. Dostupn´ y z WWW: . [29] Cesnet [online]. 1996 [cit. 2010-05-25]. Dostupn´ y z WWW: <www.cesnet.cz>. [30] The ns Manual FALL Kevin, VARADHAN Kannan . [s.l.] : [s.n.], 2009. 430 s. Dostupn´ y z WWW: <www.isi.edu/nsnam/ns>. [31] XGRAPH : General Purpose 2-D Plotter [online]. 2006 [cit. 2009-12-17]. Dostupn´ y z WWW: <www.xgraph.org>. [32] GNUPlot [online]. 2009 <www.gnuplot.info>.

[cit.

2009-12-17].

Dostupn´ y

z

WWW:

´ ´ Jana. Základy statistiky pro biomedic´ınské obory [online]. [33] ZVAROV A, 1999 [cit. 2010-05-25]. V´ ybˇer a popisné statistiky. Dostupn´ y z WWW: .

56

˚ VELICIN ˇ SEZNAM SYMBOLU, A ZKRATEK ADSL

Asymetric Digital Subscriber Line – asymetrická digitáln´ı u ´ˇcastnická linka

CDMA

Code division multiple access – technologie pro pˇrenos dat v bezdrátov´ ych s´ıt´ıch

DHCP

Dynamic Host Configuration Protocol

EDGE

Enhanced Data Rates for GSM Evolution – technologie rychlého pˇrenosu dat pˇres GSM infrastrukturu

FF

Fragment Free

FIFO

First In First Out – model fronty

GEO

geostacionary-Earth orbit – geostacionárn´ı obˇeˇzná dráha

GPRS

General Packet Radio Service – technologie rychlého pˇrenosu dat pˇres GSM infrastrukturu

GPS

Global Positioning System

GSM

Global System for Mobile communications – globáln´ı systém pro mobiln´ı komunikaci

ICMP

Internet Control Message Protokol

IEEE

The Institute of Electrical and Electronics Engineers

IP

Internet Protokol

ISP

Internet Service Provider – poskytovatel pˇripojen´ı k Internetu

ISDN

Integrated Services Digital Network – integrovaná s´ıt’ digitáln´ıch sluˇzeb

JPG

Joint Photographic experts Group

LAN

Local Area Network – m´ıstn´ı s´ıt’

LEO

low-Earth orbit – nejniˇzˇs´ı obˇeˇzná dráha

MAC

Media Access Control – fyzická adresa

MEO

medium-Earth orbit – stˇredn´ı obˇeˇzná dráha

MIF

Marker Interchange Format

57

MPLS

Multiprotocol Label Switching – pˇrep´ınán´ı na základˇe multiprotokolov´ ych znaˇcek

NAT

Network Address Translation – pˇreklad adres

NS2

Network Simulator 2

OSI

Open System Interconnection – referenˇcn´ı model komunikace

PING

Packet InterNet Groper

PNG

Portable Network Graphics

PDF

Portable Document Format

QoS

Quality of Service – kvalita sluˇzeb

RTD

Round Trip Delay – obousmˇerné zpoˇzdˇen´ı

RTT

Round Time Trip – obousmˇerné zpoˇzdˇen´ı

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

S&F

Store & Forward

TCL

Tool Command Language

TCP

Transmision Control Protocol – protokol transportn´ı vrstvy OSI

TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol TTL

Time To Live – doba ˇzivota paketu

UDP

User Datagram Protocol – protokol transportn´ı vrstvy OSI

VoIP

Voice over Internet Protocol - hlasové sluˇzby po IP protokolu

xDSL

Digital Subscriber Line – digitáln´ı u ´ˇcastnická linka

WDM

Wavelength Division Multiplex – vlnov´ y multiplex

WiFi

Wireless Fidelity – bezdrátová s´ıt’

WiMax

Worldwide Interoperability for Microwave Access – bezdrátová s´ıt’

c

rychlost svˇetla c = 299 792 458 m/s

58

ˇ ÍLOH SEZNAM PR A Tabulky

60

B Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD

64

59

A

TABULKY

Mˇ esta

0,065

0,070

velikost latence na jeden prvek 0,075 0,080 0,085 0,090

0,095

0,100

Olomouc – KMO Olomouc – UPOL Olomouc – VKOL Zl´ın Jihlava ˇ Ostrava – VSB Ostrava – OU Ostrava – SVKOS Jindˇrich˚ uv Hradec ˇ Ceská Tˇrebová Opava Karviná ˇ Praha – VSCHT Praha – AMU Praha – AVU Praha – AV ˇ Praha – CVUT ˇ Praha – CZU Praha – UK ˇ Praha – VSE Hradec Králové – UK Hradec Králové – KHK ˇ e Budˇejovice – CBVK ˇ Cesk´ ˇ e Budˇejovice – JCU ˇ Cesk´ ˇ e Budˇejovice – VSERS ˇ Cesk´ Pardubice Liberec Plzeˇ n – FN Plzeˇ n – UK ˇ Plzeˇ n – ZCU ´ ı nad Labem – SVKUL Ust´ ´ ı nad Labem – UJEP Ust´ Dˇeˇc´ın Most Cheb

1,077 2,148 0,850 0,130 0,164 0,080 0,199 0,250 0,545 0,953 0,032 0,102 0,027 0,060 0,019 0,016 0,063 0,561 0,035 0,102 0,783 0,715 0,140 0,006 0,066 0,554 0,312 0,115 0,118 0,091 0,067 0,017 0,012 0,022 0,044

1,033 2,087 0,789 0,100 0,120 0,064 0,179 0,226 0,521 0,938 0,011 0,082 0,005 0,088 0,009 0,044 0,044 0,542 0,013 0,067 0,767 0,696 0,127 0,009 0,053 0,543 0,301 0,100 0,105 0,078 0,056 0,028 0,022 0,011 0,032

0,990 2,026 0,728 0,070 0,076 0,047 0,158 0,201 0,497 0,924 0,010 0,062 0,017 0,117 0,037 0,073 0,025 0,523 0,010 0,032 0,751 0,677 0,115 0,025 0,041 0,531 0,290 0,085 0,092 0,065 0,046 0,039 0,032 0,000 0,020

0,947 1,966 0,667 0,039 0,032 0,031 0,137 0,176 0,474 0,909 0,031 0,042 0,039 0,145 0,066 0,101 0,006 0,504 0,032 0,003 0,735 0,658 0,102 0,041 0,028 0,520 0,278 0,070 0,079 0,051 0,035 0,049 0,042 0,011 0,008

0,903 1,905 0,607 0,009 0,012 0,014 0,117 0,151 0,450 0,895 0,051 0,021 0,061 0,173 0,094 0,129 0,013 0,485 0,054 0,037 0,720 0,639 0,090 0,056 0,016 0,509 0,267 0,054 0,066 0,038 0,024 0,060 0,052 0,022 0,004

0,860 1,844 0,546 0,022 0,055 0,003 0,096 0,126 0,426 0,880 0,072 0,001 0,083 0,202 0,123 0,158 0,032 0,466 0,076 0,072 0,704 0,620 0,077 0,072 0,003 0,497 0,256 0,039 0,053 0,025 0,014 0,070 0,062 0,033 0,016

0,817 1,784 0,485 0,052 0,099 0,019 0,075 0,101 0,402 0,866 0,093 0,019 0,105 0,230 0,151 0,186 0,051 0,447 0,098 0,107 0,688 0,601 0,064 0,088 0,009 0,486 0,245 0,024 0,039 0,012 0,003 0,081 0,072 0,045 0,028

0,773 1,723 0,425 0,082 0,143 0,036 0,054 0,076 0,378 0,851 0,114 0,039 0,128 0,259 0,179 0,215 0,070 0,428 0,120 0,141 0,672 0,582 0,052 0,103 0,022 0,474 0,234 0,008 0,026 0,001 0,008 0,092 0,082 0,056 0,040

pr˚ umˇ er: medi´ an:

0,299 0,102

0,283 0,088

0,269 0,073

0,259 0,066

0,251 0,061

0,248 0,076

0,248 0,098

0,248 0,114

Tab. A.1: Relativn´ı chyby vypoˇc´ıtan´ ych vzdálenosti pro r˚ uzné velikosti latence jednoho mezilehlého zaˇr´ızen´ı, r˚ uzn´ ych organizac´ı sdruˇzen´ı Cesnet – 1.ˇcást.

60

Mˇ esta

0,105

0,110


Olomouc – KMO Olomouc – UPOL Olomouc – VKOL Zl´ın Jihlava ˇ Ostrava – VSB Ostrava – OU Ostrava – SVKOS Jindˇrich˚ uv Hradec ˇ Ceská Tˇrebová Opava Karviná ˇ Praha – VSCHT Praha – AMU Praha – AVU Praha – AV ˇ Praha – CVUT ˇ Praha – CZU Praha – UK ˇ Praha – VSE Hradec Králové – UK Hradec Králové – KHK ˇ e Budˇejovice – CBVK ˇ Cesk´ ˇ e Budˇejovice – JCU ˇ Cesk´ ˇ e Budˇejovice – VSERS ˇ Cesk´ Pardubice Liberec Plzeˇ n – FN Plzeˇ n – UK ˇ Plzeˇ n – ZCU ´ ı nad Labem – SVKUL Ust´ ´ ı nad Labem – UJEP Ust´ Dˇeˇc´ın Most Cheb

0,730 1,662 0,364 0,113 0,187 0,052 0,034 0,051 0,354 0,837 0,134 0,059 0,150 0,287 0,208 0,243 0,089 0,409 0,142 0,176 0,657 0,563 0,039 0,119 0,034 0,463 0,223 0,007 0,013 0,014 0,018 0,102 0,092 0,067 0,052

0,687 1,601 0,303 0,143 0,231 0,069 0,013 0,027 0,330 0,822 0,155 0,080 0,172 0,315 0,236 0,271 0,108 0,390 0,164 0,211 0,641 0,545 0,027 0,135 0,047 0,451 0,212 0,022 0,000 0,027 0,029 0,113 0,101 0,078 0,064

0,643 1,541 0,243 0,173 0,274 0,085 0,008 0,002 0,306 0,807 0,176 0,100 0,194 0,344 0,265 0,300 0,127 0,371 0,186 0,246 0,625 0,526 0,014 0,150 0,059 0,440 0,201 0,038 0,013 0,040 0,039 0,123 0,111 0,089 0,076

0,600 1,480 0,182 0,204 0,318 0,102 0,029 0,023 0,283 0,793 0,197 0,120 0,216 0,372 0,293 0,328 0,146 0,352 0,208 0,280 0,609 0,507 0,002 0,166 0,072 0,428 0,189 0,053 0,026 0,054 0,050 0,134 0,121 0,100 0,088

0,557 1,419 0,121 0,234 0,362 0,119 0,049 0,048 0,259 0,778 0,217 0,140 0,238 0,401 0,321 0,357 0,164 0,333 0,230 0,315 0,594 0,488 0,011 0,182 0,084 0,417 0,178 0,068 0,039 0,067 0,061 0,145 0,131 0,111 0,099

0,513 1,359 0,061 0,264 0,406 0,135 0,070 0,073 0,235 0,764 0,238 0,160 0,260 0,429 0,350 0,385 0,183 0,314 0,253 0,350 0,578 0,469 0,023 0,197 0,097 0,405 0,167 0,084 0,052 0,080 0,071 0,155 0,141 0,122 0,111

0,470 1,298 0,000 0,295 0,450 0,152 0,091 0,098 0,211 0,749 0,259 0,181 0,282 0,457 0,378 0,413 0,202 0,296 0,275 0,384 0,562 0,450 0,036 0,213 0,110 0,394 0,156 0,099 0,066 0,093 0,082 0,166 0,151 0,133 0,123

0,426 1,237 0,061 0,325 0,494 0,168 0,112 0,123 0,187 0,735 0,280 0,201 0,304 0,486 0,406 0,442 0,221 0,277 0,297 0,419 0,546 0,431 0,048 0,228 0,122 0,382 0,145 0,114 0,079 0,106 0,092 0,177 0,161 0,145 0,135

pr˚ umˇer: medián:

0,250 0,134

0,252 0,155

0,255 0,176

0,261 0,189

0,267 0,182

0,273 0,197

0,279 0,211

0,289 0,221

0,135

0,140

Tab. A.2: Relativn´ı chyby vypoˇc´ıtan´ ych vzdálenosti pro r˚ uzné velikosti latence jednoho mezilehlého zaˇr´ızen´ı, r˚ uzn´ ych organizac´ı sdruˇzen´ı Cesnet – 2.ˇcást.

61

0,080

0,085


Pardubice – UPCE Liberec Plzeˇ n ´ Ust´ı nad Labem Dˇeˇc´ın Most Cheb

0,080 0,683 0,045 0,355 0,148 0,005 1,177 0,716 0,869 0,133 0,186 0,052 0,067 0,686 0,019 0,025 0,050 0,508 0,305 0,148 0,123 0,057 0,024 0,107

0,085 0,631 0,007 0,323 0,127 0,025 1,156 0,696 0,851 0,115 0,169 0,037 0,051 0,670 0,034 0,041 0,034 0,494 0,294 0,137 0,140 0,047 0,034 0,116

0,090 0,579 0,031 0,292 0,107 0,046 1,136 0,676 0,833 0,098 0,152 0,021 0,036 0,654 0,050 0,056 0,019 0,479 0,282 0,126 0,157 0,037 0,043 0,124

0,095 0,527 0,069 0,261 0,086 0,067 1,115 0,657 0,814 0,081 0,136 0,005 0,020 0,638 0,066 0,072 0,003 0,465 0,271 0,115 0,174 0,027 0,052 0,133

0,100 0,475 0,107 0,229 0,065 0,088 1,094 0,637 0,796 0,064 0,119 0,011 0,004 0,623 0,081 0,088 0,013 0,451 0,260 0,105 0,191 0,017 0,061 0,141

0,105 0,423 0,145 0,198 0,044 0,108 1,073 0,617 0,778 0,046 0,102 0,027 0,012 0,607 0,097 0,103 0,028 0,436 0,249 0,094 0,208 0,007 0,071 0,150

0,110 0,371 0,182 0,167 0,024 0,129 1,053 0,597 0,760 0,029 0,085 0,042 0,028 0,591 0,113 0,119 0,044 0,422 0,238 0,083 0,225 0,003 0,080 0,158

0,115 0,319 0,220 0,136 0,003 0,150 1,032 0,577 0,742 0,012 0,068 0,058 0,043 0,575 0,128 0,135 0,059 0,407 0,227 0,072 0,242 0,012 0,089 0,167


0,282 0,133

0,271 0,127

0,262 0,124

0,254 0,115

0,249 0,107

0,244 0,108

0,241 0,129

0,238 0,136

Mˇ esta Olomouc Zl´ın – UTB Jihlava Ostrava ˇ Ostrava – VSB Ostrava – OSU Jindˇrich˚ uv Hradec ˇ Ceská Tˇrebová – UPCE Opava Karviná Praha – Zikova Praha – CVUT Hradec Kralové ˇ e Budˇejovice Cesk´ ˇ e Budˇejovice – VSERS ˇ Cesk´ ˇ Ceské Budˇejovice – CBVK

0,110

0,115

Tab. A.3: Relativn´ı chyby vypoˇc´ıtan´ ych vzdálenosti v závislosti na r˚ uzné velikosti latence jednoho mezilehlého zaˇr´ızen´ı, pro prvn´ı uzel v r˚ uzn´ ych mˇestech s´ıtˇe CESNET2 – 1.ˇcást.

62

0,120

0,125


Pardubice – UPCE Liberec Plzeˇ n ´ Ust´ı nad Labem Dˇeˇc´ın Most Cheb

0,120 0,267 0,258 0,104 0,018 0,171 1,011 0,557 0,723 0,006 0,051 0,074 0,059 0,560 0,144 0,150 0,075 0,393 0,216 0,061 0,259 0,022 0,098 0,175

0,125 0,215 0,296 0,073 0,039 0,191 0,990 0,537 0,705 0,023 0,035 0,090 0,075 0,544 0,160 0,166 0,091 0,379 0,205 0,050 0,276 0,032 0,108 0,184

0,130 0,163 0,334 0,042 0,059 0,212 0,970 0,517 0,687 0,040 0,018 0,105 0,091 0,528 0,175 0,182 0,106 0,364 0,193 0,039 0,293 0,042 0,117 0,192

0,135 0,111 0,372 0,010 0,080 0,233 0,949 0,497 0,669 0,058 0,001 0,121 0,106 0,512 0,191 0,197 0,122 0,350 0,182 0,028 0,310 0,052 0,126 0,201

0,140 0,059 0,410 0,021 0,101 0,253 0,928 0,478 0,651 0,075 0,016 0,137 0,122 0,497 0,207 0,213 0,138 0,336 0,171 0,017 0,327 0,062 0,135 0,210

0,145 0,007 0,448 0,052 0,122 0,274 0,907 0,458 0,632 0,092 0,033 0,153 0,138 0,481 0,222 0,228 0,153 0,321 0,160 0,006 0,344 0,072 0,145 0,218

0,150 0,045 0,486 0,084 0,142 0,295 0,887 0,438 0,614 0,109 0,050 0,169 0,154 0,465 0,238 0,244 0,169 0,307 0,149 0,005 0,361 0,082 0,154 0,227

0,155 0,097 0,524 0,115 0,163 0,316 0,866 0,418 0,596 0,127 0,066 0,184 0,170 0,449 0,254 0,260 0,185 0,293 0,138 0,016 0,378 0,092 0,163 0,235


0,237 0,150

0,237 0,166

0,238 0,175

0,238 0,182

0,242 0,171

0,246 0,160

0,255 0,169

0,265 0,185

Mˇ esta Olomouc Zl´ın – UTB Jihlava Ostrava ˇ Ostrava – VSB Ostrava – OSU Jindˇrich˚ uv Hradec ˇ Ceská Tˇrebová – UPCE Opava Karviná Praha – Zikova Praha – CVUT Hradec Kralové ˇ e Budˇejovice Cesk´ ˇ e Budˇejovice – VSERS ˇ Cesk´ ˇ Ceské Budˇejovice – CBVK

0,150

0,155

Tab. A.4: Relativn´ı chyby vypoˇc´ıtan´ ych vzdálenosti v závislosti na r˚ uzné velikosti latence jednoho mezilehlého zaˇr´ızen´ı, pro prvn´ı uzel v r˚ uzn´ ych mˇestech s´ıtˇe CESNET2 – 2.ˇcást.

63

B

ˇ ˇ ´ OBSAH PRILO ZEN EHO CD

Souˇcást´ı práce je pˇriloˇzené CD obsahuj´ıc´ı veˇskeré elektronické materiály pouˇzité, nebo zm´ınˇené v práci. • Elektronická verze práce. • Pouˇzité obrázky. • Podklady pro mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı v reálné s´ıti. – Skripty pouˇzité pro mˇeˇren´ı zpoˇzdˇen´ı. – Soubory vygenerované pomoc´ı skript˚ u a obsahuj´ıc´ı namˇeˇrené hodnoty. – Dokument zpozdeni.xls, vytvoˇren´ y programem OpenOffice.org Calc, obsahuj´ıc´ı veˇskeré tabulky, v´ ypoˇcty a grafy. • Soubory pouˇzité k simulaci zpoˇzdˇen´ı v IP s´ıt´ıch. – Skript routersSwitches.tcl pro proveden´ı simulace závislosti zpoˇzdˇen´ı na poˇctu smˇerovaˇc˚ u a pˇrep´ınaˇc˚ u. – Soubor routersSwitches.plt, obsahuj´ıc´ı nastaven´ı grafu pro program Gnuplot. – Skript routersLenght.tcl pro proveden´ı simulace závislosti zpoˇzdˇen´ı na poˇctu skok˚ u a délce trasy. – Soubor routersLenght.plt, obsahuj´ıc´ı nastaven´ı grafu pro program Gnuplot. – Návod ke spuˇstˇen´ı a otevˇren´ı program˚ u. – Vygenerované grafy závislost´ı, uloˇzené ve formátu png a eps.

64

STANICEMI V IP SÍTÍCH

Recommend Documents