Reti e Protocolli rassegna (II)

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1 Reti e Protocolli rassegna (II) Francesco Dalla Libera francesco@dallalibera.org Prestazioni di un sistema di comunicazione: metriche Throughput (larghezza di banda) analogico: range di frequenze ammissibili digitale (bps): numero di bit che possono essere trasmessi su un canale nell unità di tempo. ad esempio: 10Mbps => 0.1 microsec per ogni bit teorico vs. in pratica Larghezza di banda collegata a larghezza di un bit 1Mbps corrisponde a bit di larghezza 1!s 2Mbps corrisponde a bit di larghezza 0.5!s Latenza (ritardo): quanto tempo impiega un messaggio a viaggiare da un estremo all altro del canale Interessa a volte il tempo di Andata e Ritorno (RTT) notazione: attenzione! Prestazioni nel campo delle reti e comunicazioni 1K : M : G : 10 9 nel campo delle dimensioni (size) 1K : 2 10 = M : 2 20 = 1024 * G : 2 30 = 1024 * 1024 * Latenza = Propagazione + Trasmissione + Coda 2. Propagazione = Distanza / VelocitàDellaLuce 3. Trasmissione = Dimensione / LarghezzaBanda

2 latenza vs. larghezza di banda Per qualche applicazione la latenza domina la larghezza di banda 1. Un client invia una richiesta di 1 byte ad un server e riceve una response di 1 byte => domina RTT 2. un applicazione recupera un immagine da 25MB => la larghezza di banda domina. Canale con banda da 10Mbps Trasmissione = 25MB / 10Mbps ~ 20 sec Latenza poco pesante attenzione: trasmetto un file da 1MByte su di un canale da 1Mbps Trasmissione = 8 Mb / 1 Mbps = 8*2 20 b / 10 6 bps > 8 sec in low-bandwidth network paths the transmission time of a packet is a large portion of the round-trip time Prestazioni VelocitàDellaLuce = 300,000 km/sec nel vuoto (3 microsec/km) = 250,000 km/sec in cavo = 200,000 km/sec in fibra Esempi: Satellite a 36,000 km di altezza RTT 500 msec tra due stazioni a terra connesse tramite il satellite Distanza piccola: software overhead può dominare Prestazioni Stop and Wait Flow Control Latenza x Larghezza_di_Banda: numero di bit che il canale può tenere t frame Data latenza b a n d a t prop Data Ack ad es. 100ms e 45Mbps = 560KB di dati RTT x Larghezza_di_Banda: numero di bit che il Mittente deve trasmettere prima di ricevere una risposta dal Ricevente Ack

3 stop and wait protocol performance Effective rate and utilization Length of data packet (bits) = D Number of overhead bits/packet = n o Frame size (n f ) = D + n o Link Rate (bps) = R Length of Ack Packet (bits)= n a One-way propagation delay =! (RTT = 2!) Processing time = t proc (in receiver and transmitter) t ack = n a /R ; t f = n f /R Time to transmit one frame = t o waiting next transmission t o = t f + t ack + 2! + 2 t proc = 2(! + t proc ) + (n a + n f )/R Error and Flow Control Performance-Stop & Wait

4 Example Protocolli Sliding Window Frame size = 1024 bytes ( Overhead = Ack = 8 bytes )! = 50 ms t frame t prop Ack Data Case 1: R = 30 Kbps => Efficiency = 73% Case 2: R = 1.5 Mbps => Efficiency = 5% Performance Sliding Window Protocol Case 1: Large window Window Size = N Transmit N packet and wait for Ack Making the same assumption as before Case 1: Large window If Nn f / R > 2! + n f / R Performance-2 { time to transmit N packets > time to get First Ack } Then channel is always busy sending packets First Ack arrives at sender at: 2! + n f / R

5 Performance-3 Performance-4 Case 2: Small Window If Nnf / R < 2! + n f / R { time to transmit N packets < time to get First Ack } Then channel is Not always busy sending packets: Time is wasted waiting for an Ack Time to transmit one window = Nn f / R Number of bits sent = Nn f Time to send Nn f bits = 2! + n f / R Effective rate = Nn f /(2! + n f / R ) Efficiency = Effective Rate / R = = Nn f /(2!R + n f ) Example Ma attenzione! Frame size = 1024 bytes Overhead = Ack = 0 bytes! = 1 ms Rate = 40 Mbps Case 1: N = 10 => Efficiency = 100% => 40 Mbps Case 2: N = 8 => Efficiency = ~75% => 30 Mbps Case 2: N = 4 => Efficiency = ~ 37% => 15 Mbps Nel fare i conti con i protocolli effettivi TCP, UDP, HTTP, ecc bisognerà attenersi con attenzione alla specifica politica di trasmissione dei pacchetti! Note you can control the rate by changing N

6 home work Find three locations in the Internet where you can identify their geographic location, such as universities. Pick institutions that are close by, across the Europe and as far away as you can think of. Determine the physical distance between your location and that university. Measure, using ping -s, the round-trip time to the university and compare it with the geographical distance. How good a predictor is the geographical distance of the network delay or vice versa? homework Calcolare il tempo totale necessario per trasferire un file di 1.5 MB nei seguenti casi, ipotizzando un RTT di 80ms, una dimensione del Pacchetto di 1KB e un tempo iniziale per il setup della connessione (handshaking) pari a 2 RTT. a) Banda di 10Mbps: i pacchetti dati possono essere inviati uno dietro l altro b) Banda di 10Mbps: trasmissione con stop-and-wait c) Banda infinita (tempo di trasmissione uguale a zero): per ogni RTT si possono inviare al più 20 pacchetti d) Banda infinita: durante il primo RTT si può inviare un pacchetto, durante il secondo RTT due pacchetti, durante il terzo RTT quattro pacchetti e così via (al passo N: 2 N-1 pacchetti)