DIPLOM 2003

Leistungsmessungen von Ethernet

Messungen von Verzögerungszeiten bei Ethernet und TCP/IP

Artur Tomczak

    Berner Fachhochschule

Hochschule fürTechnik und Architektur BernAbteilung Elektrotechnik und Elektronik

Einführung zur Aufgabestellung Verzögerungszeiten (Praxis, Einsatzmöglichkeiten) Lösung (Funktionsprinzip) Realisierung (NetTimeChart) Resultate (Messungen) Stand der Arbeiten, Pendenzen Fragen Vorführung (2 PC, ICMP)

Agenda

Aufgabestellung

Messungen von Verzögerungszeiten bei Ethernet und TCP/IP

Erstellung von Konzept

( Verzögerungszeiten von Telegrammen messen ) Erstellung von Software-Werkzeugen

( Abgestützt auf Capture Driver WinPcap ) Vergleich von Messresultaten mit einem LAN Analyzer

( Ethereal ) Plattformunabhängige Lösung

( Windows NT/2000/XP ) Messauflösung von ca. 10 µs.

Check Liste zur Aufgabestellung

Funktion von Ethernet, TCP/IP ( Standard, Hardware, Sniffer,... )

Aufbau von Ethernet-Telegrammen ( Frame, Grösse, Header, Data,... )

Verbindungsaufbau im Ethernet ( Handshake, Adressierung, Errors,... )

Zeit-Stempel ( Präzision 1 µs, Kernel Funktion, Unix Format 1.1.1970,... )

Zeit-Quelle ( Systemtimer,... )

Zeit-Synchronisation ( NTP, Präzision ~10ms,... )

Zeit-Korrektur ( „ping“- Prinzip, Bildung von Zeitdifferenzen,... )

Berechnung Algorithmen ( Mathcad, Code in C,... )

Diagramm ( Zeitverzögerung in Abhängigkeit von Messdauer [µs],... )

Wahl der Programmiersprache ( C/C++ )

Bekannte Verzögerungszeiten in der Praxis

Bekannte Zeitverzögerung im Ethernet... Zeitverzögerung verringern...

( Reise-Zeit, Telegramm-Grösse, Anzahl Router, Abstände zwischen Router, Länge und Typ des Kabels,... )

~10 usSwitch

~200 usEthernet Stack

~100 us100 Meter Fiber

~111.2 us100 Meter UTP

121.8 us1522 8 1 10 8 1.218 10 4IP Telegramm 1522 Bytes

3.2 us40 8 1 10 8 3.2 10 6ICMP Telegramm 40 Bytes

hat eine Reise-Zeit von 10ns1 bit1

100 1061 10 8

100 Mbps Fast Ethernet

Auswirkungen von Verzögerungszeiten

Wartezeit in Intranet, Internet, Office-Welt,...

Wartezeit für download von E-Mails, E-Mails bleiben über 1 Stunde unterwegs,...

Automation, Steuerungen,...

Sprach-Bild Übertragung,...

Wartezeit bei Zahlungen mit Kreditkarten, SAP-Systeme,...

Operating, Surveillance, Monitoring-Applications,...

Messung von Verzögerungszeiten, aber wie?

1

2

3

Ausgangslage

Primary Lösung

Secondary Lösung

1. Zeitsynchronisation von Server zu Client ( NTP )

2. Start von Aufzeichnung ( ICMP Protokoll ) auf beiden Seiten

3. „ping“ von Server zu Client ( Echo Request, Echo Reply )

4. Zeitdifferenzbildung (Mirokosekunden Bereich) der beiden Lokalzeiten

5. Aufzeichnung für gewünschtes Protokoll, gewünschte Dauer

6. Berechnung von Zeitverzögerungen für einzelne Telegramme unter Berücksichtigung der Zeitdifferenz

7. Darstellung von aufgezeichneten Daten in einem Diagramm

Realisierte Primary Lösung

Server Client

Berechnung von Zeitdifferenz...

DeltaRequest = 6 – 2 = 4DeltaReply = 8 - 8 = 0 DeltaRequest – DeltaReply = 4 – 0 = 4 Delay = 4 / 2 = 2 TimeDiffLocalRemote = DeltaRequest – Delay = 4 – 2 = 2

A

A

B

B

Berechnung von Zeitdifferenz der Lokalen Zeiten

Vorgehen bei der Messung

A - Kopiervorgang

B - Erstellung

C - Kopiervorgang

D - Erstellung

Dateien Erstellungsreihenfolge beim NetTimeChart Programm

Aufgabenaufteilung zwischen Server und Client bei der NetTimeChart Software

Server-Client Verständnis...

GUI

Grafische Oberfläche der NetTimeChart Software

NetTimeChart Block-Diagramm

Gesamtblick auf die NetTimeChart Applikation

Wichtige Merkmale der NetTimeChart Software

√ bedienungsfreundlich

√ Error-Handling

√ Log-Dateien (CAPLOG.TXT, FILELOG.TXT)

√ Export von Daten an andere Programme (MS Excel)

√ Installation/Deinstallation Routinen (SETUP.EXE)

√ CLI-orientiert (COUNTER.EXE)

√ Daten-Filtrierung durch klare Verzeichnis-Dateien-Struktur

√ Start-Stop kann in der Zukunft gesetzt werden

√ Messauflösung von min. 10 µs

Messung von ICMP Telegrammen

B

26.6759099960327 0.00920575827280679 icmp 8604 60 192.168.100.2 192.168.100.126.6760050058365 0.00902074545542397 icmp 12193 60 192.168.100.1 192.168.100.2 Die roten Einträge sind Request-Telegramme; sie haben eine grössere Verzögerungszeit und die blauen Telegramme sind vom Typus Reply; sie sind schneller unterwegs.

Wichtige Resultate

Die Zeitverzögerungen der Telegramme können mit einerMessauflösung von min.10 µs gemessen werden

Genauigkeit der Messung hängt von der Zeitkorrektur ab

Die Zeitdifferenz der beiden lokalen Uhren ändert sich (Beispiel: während 8 s ca 375 µs; pro s 46 µs )

Keine konstante Änderung festgestellt

Das Resultat ist die steigende Kurve

Die unterschiedliche Grösse von Telegrammen hat Einfluss auf die Reisezeit

Vergleich mit Ethereal zeigt Abweichungen in der Grösse von ein paar Mikrosekunden

95% der geplanten Aufgaben konnten erfüllt werden 5% Messungen in komplexen Industriellen Netzwerken Zeitkorrektur ( Anfang-Ende ) Erweiterung von Error-Handling Verbessung von internen Funktionen ( C++ ) Einführung von „Secondary“ Lösung Administrations-Rechte? Verbesserung der Bedieneroberfläche Qualitätsbetrachtung Überprüfung von C++ Code auf der UNIX/LINUX Schiene

Stand der Arbeiten / Pendenzen

Fragen...

Mehr Infos zu NetTimeChart finden Sie unter:

www.tomczak.ch/delay

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artur@tomczak.ch