Määritelmä
Verkossa latenssi (latenssi), joka on synonyymi viiveelle, on aika, joka kuluu paketin vastaanottamiseen tietystä pisteestä. Joissakin tapauksissa viiveaika on viiveaika, joka on aika paketin lähettämisen ja lähettäjälle paluujakson välillä. Verkon lähetysviiveen syitä ovat: lähetys, aika, joka kestää paketin kulkemiseen valonnopeudella kahden paikan välillä. Lähetys: Itse tietoväline (olipa se kuituoptinen, langaton tai muu tietoväline) aiheuttaa jonkin verran viivettä. Suurten pakettien aiheuttama viive on usein pidempi kuin pienten pakettien aiheuttama aika. Reitittimet ja muu käsittely, jokainen yhdyskäytävä, solmu (solmu) käyttää aikaa havaitakseen, voi muuttaa paketin otsikkoa (esimerkiksi muuttaa hyppyjen määrää elinaika-alueella). Muut tietokoneet ja tallennusviiveet. Verkkolähetyksen molemmissa päissä voidaan tallentaa pieniä paketteja ja kiintolevyä on käytettävä. Viive esiintyy välilaitteissa, kuten kytkimissä ja silloissa.
Käyttäjille viiveaika, joka tunnetaan myös nimellä verkkoviive, viittaa ajanjaksoon, joka alkaa siitä, kun käyttäjä lähettää pyynnön siihen hetkeen, jolloin etäjärjestelmä vastaa pyyntöön ja lähettää sen takaisin käyttäjälle. TCP/IP-protokollaan perustuvassa Internetissä jokainen pyyntö tulee käsitellä seuraavasti: reitityskäsittely, ADU (User Data Unit) -siirto verkossa ja pyyntöä käsittelevä palvelin, nämä prosessit aiheuttavat viivettä.
Reitityksen viive
Katso ensin reititysviive, joka sisältää toimialueen nimen pyynnön viiveen, TCP-yhteyden muodostusviiveen, TCP-yhteyden purkamisviiveen ja IP-reititysviiveen kussakin yhdyskäytävässä. Jos käyttäjäsovellus käyttää IP-osoitteen sijaan toisen osapuolen isännän verkkotunnusta, toisen osapuolen IP-osoitteen verkkotunnuksen selvitysprosessin aiheuttama viive tulee ratkaista ennen sovellusohjelman kommunikointia, kutsutaan verkkotunnuksen pyyntöviiveeksi. Sovellusohjelma siirtää toimialueen nimen paikalliseen ratkaisuohjelmistoon. Ohjelmisto etsii ensin paikallisesta välimuistista vastaavaa verkkotunnus-osoitesidontaa; jos ei löydy, paikallinen ratkaisija muodostaa kyselysanoman ja lähettää sen alkuperäiselle toimialueen nimipalvelimelle (paikalliselle palvelimelle). Toimialueen nimipalvelin vastaa vastausviestiin analyysitilanteen mukaan. Verkkotunnuksen nimipalvelimen ratkaisussa käytetään kaksivaiheista menetelmää: kun alkuperäinen palvelin ei löydä verkkotunnusta, se lähettää juuripalvelimelle kyselyviestin ylhäältä alas -hakua varten (verkkotunnuksen nimipalvelimet on järjestetty puumaiseen hierarkkiseen rakenne). Paikallisen välimuistin vastausviive verkkotunnuksen nimipyyntöön määräytyy suorittimen, muistin ja ulkoisen tallennustilan nopeuden mukaan, ja viive on suhteellisen pieni. Verkkotunnuspalvelimen vastaus liittyy verkon kuormitukseen, palvelimen nopeuteen ja kuormitukseen. Kun verkkotunnuksen nimi on etsittävä juuripalvelimelta, lähetysviiveestä tulee lähiverkon viive, joka on suhteellisen suuri. TCP-yhteydenmuodostusviiveellä tarkoitetaan aikaa yhteyden muodostamista pyytävältä siirtopalvelun käyttäjältä yhteyden muodostusvahvistuksen vastaanottamiseen. Se sisältää etäsiirtokerroksen käsittelyviiveen. Yhteyden purkamisviive viittaa aikaviiveeseen siitä, kun kuljetuskerroksen käyttäjä toisessa päässä aloittaa yhteyden katkaisupyynnön toisen pään todelliseen katkaisemiseen. Yhteyden muodostamisen ja purkamisen viive liittyy verkon kuormitukseen ja palvelimen kuormitukseen. TCP/IP-protokollassa jokainen IP-datapaketti reititetään itsenäisesti. IP-polun etsintäviive viittaa polun etsintäviiveeseen jokaisessa IP-datapaketin yhdyskäytävässä lähdepäästä kohdepäähän, mukaan lukien yhdyskäytävän polun etsintätaulukon käsittelyviive ja osoitteenselvitysviive. Yhdyskäytävän osoitteen selvittäminen tapahtuu TCP/IP:n tarjoaman ARP:n (Address Resolution Protocol, Address Resolution Protocol) avulla. Koska yhdyskäytävän polun etsintä valmistuu paikallisessa koneessa ja osoitteenselvitys suoritetaan myös paikallisessa verkossa, IP-polun etsintäviive on suhteellisen pieni.
Lähetyksen viive
Sovelluskerroksessa sijaitseva käyttäjädatayksikkö (ADU) muodostaa protokollatietoyksikön (PDU) sen jälkeen, kun sovelluskerroksen protokolla kutsuu alemman kerroksen protokollan tarjoamaa palvelua ja PDU:ta käytetään itsenäisenä datana Yksikkö välitetään verkossa. . PDU:n lähetysviive verkossa koostuu seuraavista osista: pakkausviive, lähetysviive, etenemisviive, jonotusviive ja käsittelyviive. Pakkausviive on reaaliaikaisille suoratoistosovelluksille ainutlaatuinen viive. Reaaliaikaiset suoratoistosovellukset viittaavat sovelluksiin, jotka lähettävät aikaperusteista tietoa (kuten videota, ääntä ja animaatiota jne.) reaaliajassa. Reaaliaikainen tiedonkulku on aikaherkkää, ja se luodaan säännöllisesti kronologisessa järjestyksessä. On tarpeen odottaa, että tietovirta saavuttaa tietyn määrän, jotta se tyydyttää protokollatietoyksikön (PDU) hyötykuorman, ennen kuin se pakataan PDU:hun. Tätä odotusaikaa kutsutaan pakkausviiveeksi. Pakkausviive Sp/K, jossa Sp on PDU:n hyötykuorman pituus ja K on sovelluksen koodausnopeus. Siksi hidasnopeuksilla koodereilla viive on suhteellisen suuri. Lähetysviive viittaa aikaviiveeseen, jonka kaikki PDU-data on lähetettävä linjalla, tai aikaväliä siitä, kun PDU:n ensimmäinen bitti lähetetään päätepisteestä linjalle, siihen asti, kun viimeinen bitti lähtee päätepisteestä. Lähetysviive liittyy PDU:n kokoon ja lähetysnopeuteen paikallisella linjalla. Hitaiden yhteyksien osalta lähetysviive on huomattava.
Etenemisviive on aika, joka kuluu PDU:n etenemiseen väliaineessa ja riippuu nopeudesta, jolla signaali kulkee välineen läpi. Toisin sanoen tämä viive määräytyy linkin fyysisten ominaisuuksien mukaan, eikä sillä ole mitään tekemistä linkin liikennemäärän kanssa. Etenemisviive kasvaa lineaarisesti etäisyyden mukaan. LAN- ja MAN-verkon etenemisviive on vain 50-200 us, mikä ei ole tärkeä viivekomponentti. Ja etenemisviive WANissa tulee tärkeämmäksi, koska pitkän matkan lähetyksen ansiosta etenemisviive voi olla kymmeniä millisekunteja. Jonotusviive on pääasiallinen viive pakettikytkentäverkossa. Se viittaa puskuriviiveiden joukkoon, jotka aiheutuvat kunkin PDU:iden vaihdon siirtotiellä. Jos pakettikytkentä on tilapäisesti ylikuormitettu, jokaisen PDU:n kohdelähtöportissa voi olla useita paketteja jonossa. Jokaisella jonossa ennen PDU:ta olevaa pakettia on lähetysviiveen suuruinen lisäviive. FIFO-jonomekanismin vaihdossa vasta saapuneiden pakettien jonotusviive on yhtä suuri kuin kaikkien lähtöporttiin jonossa olevien pakettien lähetysviiveiden summa. Joten jonotusviive ei liity pelkästään jonon edessä olevien pakettien määrään, vaan myös lähtöportin siirtonopeuteen. Jonotusviiveeseen, joka on pääviive, vaikuttaa nykyinen verkon kuormitus, ja se on myös päätekijä pakettikytkentäverkon viiveen vaihtelussa. Koska jokaisessa Internetin runkoverkon reitittimessä on suuri määrä datapaketteja jonossa, jonotusviiveestä on tullut myös Internetin tärkein viive. Jos reititin kulkee 10 reitittimen kautta, jokaisella reitittimellä on keskimäärin 10 IP-datapakettia jonossa, ja jonotusviive tällä polulla voi olla satoja millisekunteja. Käsittelyviive on kuhunkin vaihtoon polulla ja datapakettien käsittelyyn käytetyn ajan summa lähteen ja määränpään toimesta. Se ei sisällä jonotusviivettä. Pakettikytkentäprosessissa käsittelyviive on mitätön verrattuna jonotusviiveeseen, mutta se on silti huomattava loppupisteessä, erityisesti sovelluksissa, kuten videon purku.
Mittausmenetelmä
Verkon suorituskyvyn mittausmenetelmä on jaettu aktiiviseen mittaukseen ja passiiviseen mittaukseen mittausmenetelmän mukaan. Aktiivinen mittaus on koetinpakettien ruiskuttaminen testattavaan verkkoon. Koetinpaketit tallentavat lähetyksen verkossa, ja pääte saa verkon suorituskykytiedot jäsentämällä koetinpaketit. Passiiviset mittausmenetelmät käyttävät valvontalaitteita tai työkaluja verkon ominaisuuksien analysointiin kaappaamalla testattavassa verkossa lähetetyt datapaketit. Molemmilla tavoilla on hyvät ja huonot puolensa. Aktiivinen mittausmenetelmä on joustava ja ohjattavissa, ja sillä voidaan asettaa parametreja mittaajan omien tarkoitusperien mukaan, kuten pakkauksen tyyppi ja koko. Verkkoon syötetty mittaustietovirta kuitenkin lisää verkon kuormitusta, mikä vaikuttaa verkon suorituskykyyn, eikä mitattu data voi todella kuvastaa verkon todellista suorituskykyä. Passiivisen mittauksen etuna on, että se ei lisää verkon liikennettä mittauksen aikana ja mitatut tiedot voivat todella heijastaa verkon suorituskykyä. Haittapuolena on se, että hallittavuus on huono, ja se vaikuttaa kerättyjen tietojen luottamuksellisuuteen ja turvallisuuteen. Siksi joskus nämä kaksi menetelmää yhdistetään usein verkkomittaukseen. Verkkoviivemetriikan määritelmän mukaan minkä tahansa kerroksen viive voidaan katsoa yksisuuntaiseksi viiveeksi tai edestakaiseksi viiveeksi, mutta protokolla on erilainen. Siksi seuraavia testimenetelmiä voidaan soveltaa viivemittaukseen verkkokerroksen yläpuolella.
Yksisuuntainen viiveen mittausmenetelmä
Valitse ensin mittaukseen käytettävä protokolla, kuten TCP, UDP, ICMP (Internet Control Message Protocol, Internet Control Message Protocol), OWDP (OneWayDelayProtocol, one-way delay protocol), IPMP (InternetProtocolMeasurementProtocol, IP-kerroksen mittausprotokolla) jne. , määrittää valitun protokollan yksityiskohtaisemmat ongelmat, kuten TCP, UDP-portin numero, aikakatkaisun odotusaika ja mittauspaketin koko. Kun olet määrittänyt nämä parametrit, toimi seuraavasti:
(1) Neuvottele synkronointi lähteen ja kohteen välillä: eli lähteen ja kohteen kellojen on oltava tarkasti synkronoituja.
(2) Määritä lähdepäässä kohdepään IP-osoite ja täytä testipaketti valitun mittausprotokollan rakenteen mukaisesti. Tyhjä osa tulee täyttää satunnaisilla biteillä, jotta vältetään se, että mitattu viive on pienempi kuin viive sen jälkeen, kun polulla on käytetty pakkaustekniikkaa. Aseta testipaketin aikaleima ja lähetä sitten täytetty testipaketti kohdeisäntään.
(3) Valmistaudu vastaanottamaan paketti määränpäässä (käyttäen passiivista mittausmenetelmää, eli käyttämällä seurantatyökalua paketin sieppaamiseen). Jos paketti saapuu kohtuullisessa ajassa, vähennä vastaanottoaika välittömästi paketin lähetysajasta laskeaksesi arvioidun yksisuuntaisen viiveen. Tämä arvo on voimassa vain, kun lähde- ja kohdekellot on synkronoitu. Jos paketti ei pääse perille kohtuullisessa ajassa, yksisuuntaisen viiveen arvoksi asetetaan määrittelemätön. On kaksi päätapaa ratkaista kellon synkronointiongelma: ohjelmistosynkronointi ja laitteiston synkronointi. GPS-pohjainen synkronointi (Global Position System, Global Positioning Satellite System) kuuluu laitteistosynkronointiin; Network Time Protocol (Network Time Protocol) -pohjainen synkronointi ja algoritmin estimointiin perustuva synkronointi kuuluvat ohjelmistosynkronointiin. Aikasynkronointi Internetissä toteutetaan enimmäkseen NTP-palvelimella. NTP-palvelin käyttää GPS-vastaanotinta tarjotakseen referenssikellon, ja isäntä saa NTP-palvelimen ajan NTP-verkkoaikaprotokollan kautta. Kellon synkronoinnin eliminoivia algoritmeja ovat lineaarinen regressioalgoritmi, mediaaniviivan sovitusalgoritmi, paloittainen minimialgoritmi, ConvexHull Approach -algoritmi, lineaarinen ohjelmointialgoritmi ja niin edelleen.
Meno-paluuviiveen mittausmenetelmä
Valmistelutyö on sama kuin yksisuuntainen viivemittausmenetelmä. Mittaus suoritetaan seuraavien vaiheiden mukaisesti:
(1) Lähdepäässä määritetään kohdepään IP-osoite ja testipaketti täytetään valitun mittausprotokollan rakenteen mukaisesti. Jotta mitattu viive ei jää odotettua tulosta pienemmäksi polun pakkaustekniikan vuoksi, tyhjä osa tulisi täyttää satunnaisilla biteillä; ja testipaketin ID-numero on asetettava niin, että lähdeisäntä voi määrittää, että testi lähetetään itse saatuaan vastauspaketin Paketin vastaus.
(2) Aseta lähdepäässä lähetyksen aikaleima testipakettiin ja lähetä sitten täytetty testipaketti kohdeisännälle. Aikaleima voidaan sijoittaa pakettiin tai paketin ulkopuolelle, kunhan mukana on asianmukainen tunniste, jotta vastaanotettua aikaleimaa voidaan verrata lähetettyyn aikaleimaan.
(3) Valmistaudu vastaanottamaan testipaketteja kohdepäässä. Jos testipaketti saavuttaa kohdeisännän, vastauspaketti on luotava nopeasti ja lähetettävä lähteelle.
(4) Valmistaudu lähdepäässä vastaanottamaan vastaava vastauspaketti. Tunnusnumeron mukaan arvioidaan, onko se testipaketin vastaus. Jos vastauspaketti saapuu aikakatkaisun odotusajan sisällä, vähennä vastaanottoaika välittömästi vastauspaketin lähetysajasta laskeaksesi edestakaisen matkan viivearvon. Jos vastauspaketti ei voi saapua aikakatkaisun odotusajan sisällä, meno-paluuviiveen arvoksi asetetaan määrittelemätön.