Für viele verschiedene Anwendungen ist die Information über die Bandbreite der verwendeten Verbindung sehr nützlich. Ausreichende Netzwerk-Bandbreite ist wichtig, um eine bessere Performance des Netzes bzw. der Internet-Applikationen zu erhalten. Im Rahmen dieser Arbeit werden insgesamt vier verschiedene Methoden zur Messung der Internet-Bandbreite beschrieben: Packet Pair, Pathchar, Self Loading of Periodic Streams (SLoPS) und Throughput. Zu jeder Messmethode werden entsprechende Tools vorgestellt und anschließend experimentell evaluiert.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Zielsetzung der Arbeit
1.3 Aufbau der Arbeit
2 Theoretische Grundlagen und Begriffe
2.1 Metriken
2.2 Weitere Begriffsdefinitionen
2.3 Vorarbeiten
3 Vergleichsmethodik für die Messtools
3.1 Einordnungsschema
3.2 Bewertungsschema
4 Packet Pair: Messen der Ende-zu-Ende Basisbandbreite
4.1 Theoretische Grundlagen zur Packet Pair - Methode
4.1.1 Grundidee von Packet Pair
4.1.2 Fehlerquellen bei Packet Pair
4.1.3 Filtertechniken
4.1.4 Auswahl der Größe des Paketpaars
4.1.5 Messmethoden
4.1.6 Messen der Narrow-Link-Bandbreite in der Upstream-Richtung
4.2 Evaluierung der Tools: Pathrate und nettimer
4.2.1 Einordnung der Tools
4.2.2 Messaufbau und -methodik
4.2.3 Diskussion der Messergebnisse
5 Pathchar: Messen der Per-Hop-Basisbandbreiten
5.1 Theoretische Grundlagen zur Pathchar - Methode
5.1.1 Grundidee von Pathchar
5.1.2 Voraussetzungen von Pathchar
5.1.3 Analyse des Pathchar-Algorithmus
5.2 Evaluierung der Tools: Pathchar, clink und pchar
5.2.1 Einordnung der Tools
5.2.2 Messaufbau und -methodik
5.2.3 Diskussion der Messergebnisse
6 SLoPS: Messen der Ende-zu-Ende verfügbaren Bandbreite
6.1 Theoretische Grundlagen zur SLoPS - Methode
6.1.1 Grundidee von SLoPS
6.1.2 Pathload: Eine SLoPS-Implementierung
6.1.3 Ablauf des SLoPS-Algorithmus am pathload-Beispiel
6.1.4 Probleme
6.2 Evaluierung des pathload-Tools
6.2.1 Einordnung des pathload-Tools
6.2.2 Messaufbau und -methodik
6.2.3 Diskussion der Messergebnisse
7 Throughput: Messen des TCP-Durchsatzes
7.1 Theoretische Grundlagen zur Throughput - Methode
7.1.1 Algorithmus zur Erkennung des Endes der Slow-Start-Phase
7.1.2 Berechnung des durchschnittlichen TCP-Durchsatzes
7.2 Evaluierung der iperf-Tools
7.2.1 Einordnung des iperf-Tools
7.2.2 Messaufbau und -methodik
7.2.3 Diskussion der Messergebnisse
8 Abschließende Betrachtung
8.1 Zusammenfassung
8.2 Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, verschiedene Methoden zur Messung der Internet-Bandbreite zu beschreiben und deren praktische Implementierungen experimentell in Bezug auf Messgenauigkeit und Performance zu evaluieren.
- Grundlagen der Bandbreitenmetriken (Basisbandbreite, verfügbare Bandbreite, Durchsatz)
- Methodische Klassifizierung und Vergleich von Messtools
- Experimentelle Evaluierung der Packet Pair-Methode (pathrate, nettimer)
- Analyse von Pathchar-Implementierungen zur per-Hop-Messung
- Untersuchung der SLoPS-Methode mittels pathload
- Messung des TCP-Durchsatzes mit iperf
Auszug aus dem Buch
4.1.1 Grundidee von Packet Pair
Packet Pair beruht auf der Tatsache, dass wenn zwei Pakete p1 und p2 gleicher Größe direkt hintereinander am Narrow-Link aufgestaut werden, sie mit einer Zeitdifferenz von Δt = s2/bw_nl die Verbindung verlassen. Die Größe des zweiten Pakets wird durch s2 und die Bandbreite des Narrow-Links durch bw_nl angegeben. Diese Zeitdifferenz (auch „Dispersion“ genannt) kann beim Empfänger durch Differenzbildung der Ankunftszeiten des Paketpaars gemessen werden (Δt = t2^n - t1^n). Durch Umstellen der Formel (4.1) kann auf die Narrow-Link-Bandbreite der Verbindung geschlossen werden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Bedeutung der Bandbreitenmessung für die Internetqualität und definiert die Zielsetzung der Arbeit.
2 Theoretische Grundlagen und Begriffe: Definiert zentrale Metriken wie Basisbandbreite, verfügbare Bandbreite und Durchsatz sowie wichtige Netzwerkbegriffe.
3 Vergleichsmethodik für die Messtools: Stellt das Einordnungs- und Bewertungsschema vor, welches für die einheitliche Evaluierung der Tools genutzt wird.
4 Packet Pair: Messen der Ende-zu-Ende Basisbandbreite: Erläutert die theoretischen Grundlagen der Packet Pair-Methode und evaluiert die Tools pathrate und nettimer.
5 Pathchar: Messen der Per-Hop-Basisbandbreiten: Analysiert die Pathchar-Methode zur Bestimmung hop-spezifischer Bandbreiten und vergleicht die Implementierungen pathchar, clink und pchar.
6 SLoPS: Messen der Ende-zu-Ende verfügbaren Bandbreite: Beschreibt das Prinzip der selbst erzeugten Überlastung und evaluiert das Tool pathload.
7 Throughput: Messen des TCP-Durchsatzes: Behandelt die TCP-Mechanismen und die Messung des Durchsatzes am Beispiel des Tools iperf.
8 Abschließende Betrachtung: Fasst die Ergebnisse der Untersuchungen zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Arbeiten.
Schlüsselwörter
Bandbreitenmessung, Basisbandbreite, verfügbare Bandbreite, TCP-Durchsatz, Packet Pair, Pathchar, SLoPS, Throughput, Messgenauigkeit, Netzwerkperformance, Engpassanalyse, Narrow-Link, Tight-Link, aktive Messmethoden, passive Messmethoden.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Masterarbeit grundlegend?
Die Arbeit befasst sich mit der methodischen Beschreibung und experimentellen Evaluierung von Tools zur Messung der Internet-Bandbreite.
Welche Metriken stehen dabei im Fokus?
Die Arbeit untersucht drei Hauptmetriken: die Basisbandbreite, die verfügbare Bandbreite und den TCP-Durchsatz.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, die Messgenauigkeit und Performance verschiedener Tools zu bewerten und ein einheitliches Bewertungsschema für diese zu etablieren.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden angewendet?
Es werden vier methodische Ansätze beschrieben: Packet Pair, Pathchar, SLoPS und Throughput.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in Kapitel, die jeweils einen Messansatz theoretisch erläutern und anschließend zugehörige Software-Implementierungen (z.B. pathrate, pathload, iperf) experimentell in einer Laborumgebung testen.
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit charakterisieren?
Wichtige Begriffe sind Bandbreitenmessung, Narrow-Link, Tight-Link, Packet Pair, SLoPS und TCP-Durchsatz.
Warum spielt die Unterscheidung von Narrow-Link und Tight-Link eine Rolle?
Der Narrow-Link bestimmt die maximale Ende-zu-Ende Basisbandbreite, während der Tight-Link die verfügbare Bandbreite begrenzt. Die Unterscheidung ist wichtig, um die Leistungsengpässe im Netz präzise zu identifizieren.
Welchen Einfluss haben Store-and-Forward Switches auf die Messungen?
Wie insbesondere bei der Pathchar-Methode gezeigt wird, verursachen solche Switches zusätzliche Übertragungsverzögerungen, die vom Modell nicht korrekt erfasst werden, was zu erheblichen Unterschätzungen der Bandbreite führen kann.
Warum ist das Tool pathload auf die Deaktivierung der Interrupt-Drosselung angewiesen?
Wenn diese Funktion der Netzwerkkarte aktiv ist, werden Interrupts gesammelt, was die gemessenen Einwegeverzögerungen verfälscht und das Messergebnis unzuverlässig macht oder zum Absturz des Tools führen kann.
Welchen Vorteil bietet der Quick-Modus des Tools iperf?
Er ermöglicht eine schnelle Durchsatzabschätzung in nur einer Sekunde, sofern der Durchsatz während der Messung als konstant angenommen werden kann.
- Arbeit zitieren
- Fatih Abut (Autor:in), 2010, Messen von Internet-Bandbreite. Metriken, Methoden und Tools, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/305123
