Bandbredd. Hur man mäter bandbredd

Transkript

1 Bandbredd Hur man mäter bandbredd Jonas Bergström Thor Bossuyt (DOIP17) Linköpings universitet Linköping TDTS09 VT08

2

3 Sammanfattning Denna rapport tar upp olika sätt att mäta bandbredd på och går igenom vilka verktyg som finns. Bandbredd är ett intressant ämne eftersom man kan göra väldigt mycket med effektiviteten om man vet mer om nätverkets tillstånd. Vi har använt oss av Wireshark för att analysera trafik och läst vetenskapliga artiklar samt RFC-dokument. Det vi kom fram till var att begreppen kring bandbredd används med olika betydelser som inte är så väl definierade. Dessutom ser vi att det kan uppstå problem när man försöker mäta bandbredden på moderna höghastighetsnätverk.

4 Innehållsförteckning 1 Inledning Bakgrund Syfte Frågeställningar Metod och källdiskussion Struktur Avgränsningar Genomförande Nomenklatur Förklaring av begrepp Bandbredd Interframe gap Throughput Goodput Badput Orsaker till minskad bandbredd Bottleneck Latency Överanvänd bredband Mätmetoder Passiv eller aktiv mätning En- och tvåvägstest Flaskhalslänken Varierande paketstorlek Simulering av TCP Analys Avslutande diskussion och slutsatser Framtida arbete Slutsatser...14 Referenser Tryckta källor... 15

5 Otryckta källor...15

6

7 1 Inledning 1.1 Bakgrund Världen blir allt mer uppkopplad och internet påverkar allt mer vårt dagliga liv. Så fort mer bandbredd blir tillgänglig utvecklas applikationer som kan ta tillvara på den. Därför finns det alltid en efterfrågan på utökad bandbredd. Nu finns möjligheten att se på live TV, streama filmer och använda IPtelefoni vilka alla är bandbreddsintensiva tjänster. Att mäta bandbredd är viktigt för att förstå hur internet och nätverksflödet fungerar och för att kunna diagnostisera det. På så sätt kan man till exempel förutsäga en nätverksapplikations beteende. Dessa applikationer skulle också kunna använda sig av informationen för att mer rättvist dela med sig av den tillgängliga bandbredden. Fördelen med att ta reda på information om nätverkets status är att kunna förebygga förstockning genom att inte överbelasta nätverk. Det är också intressant ur konsumentsynpunkt då bandbredd är direkt relaterat till priset. Ett av användningsområdena av bandbreddstester är att kunna avgöra om man uppnår den utlovade bandbredden. Rapporten är skriven för Linköpings universitet i Linköping som delmoment i kursen TDTS09 Datornät och internetprotokoll, VT Målen med kursen kopplade till denna rapport är att integrera våra kunskaper och analysera hur internetprotokoll fungerar. 1.2 Syfte Syftet med rapporten är att undersöka metoder för att mäta bandbredd, diskutera svårigheter med mätningen samt att reda ut begreppet bandbredd. 1.3 Frågeställningar Våra frågeställningar som vi ska besvara i denna rapport är följande. Vilka begrepp behöver klargöras kring bandbreddsmätning? Ur vilka synpunkter är det intressant att mäta bandbredd och varför? Vilka olika metoder finns det att mäta bandbredd med och hur arbetar de? Finns det några skillnader och likheter mellan dem? Varför får man ut mindre bandbredd ur en uppkoppling än vad som lovats av internetleverantören? 1.4 Metod och källdiskussion I denna rapport har vi mestadels använt oss av internetkällor varav de flesta är kopplade till vetenskapliga institutioner. Vi har granskat dem och anser dem vara tillräckligt tillförlitliga för att kunna dra våra slutsatser. RFCdokument har även använts till att dubbelkontrollera information och slå 1

8 upp detaljer i. Vi har dock uppmärksammat att definitioner av bandbredd och throughput m.fl. skiljer sig väldigt mycket mellan källor och vi har då också använt dessa termer ganska löst i denna rapport. Vid ett tillfälle har vi använt Wireshark för att se hur ett test går till i praktiken. 1.5 Struktur Rapportens huvuddel inleds med begrepp i form av nomenklatur och en del definitioner av prestanda för ett nätverk. Sedan presenteras problem relaterade till prestanda och mätning av prestanda, och till sist introduceras själva metoderna att mäta bandbredd med. 1.6 Avgränsningar I beskrivning av metoder koncentrerar rapporten sig mest på aktiva metoder att mäta bandbredd på, dvs. metoder som använder sig av sondpaket. Metoderna som presenteras är inte alla som finns tillgängliga utan snarare ett urval av verktyg som gås igenom för att ge en bild av hur mätning av bandbredd kan gå till. 2

9 2 Genomförande 2.1 Nomenklatur Basenheten man mäter bandbredd i är bits per second, bps eller bit/s. Eftersom det ofta är stora mängder information det handlar om används även ett SI-prefix. I detta fall handlar det generellt om kilo-, mega-, giga-, och tera-prefixen. Filstorlekar däremot mäts i byte, där en byte är 8 bitar. Eftersom det binära talet 2 10 ligger väldigt nära det decimala 1000 har man av historiska skäl använt SI-prefix (Tabell 2) även för binära tal inom informationsteknologi. Det betyder till exempel att när man sade 1 kbit menade man egentligen 1024 bit. Detta kunde bli väldigt opraktisk och förvirrande så man beslöt att införa nya prefix för detta ändamål. 1 kbit skulle i stället ha den faktiska storleken av SI-standarden medan de nya skulle fungera som prefix för binära tal. Exempel på ett nytt prefix är kibibit per sekund, eller Kibit/s vilket då verkligen står för 2 10 bit/s (Tabell 1). Tabell 1: Binära prefix (Taylor 2000) Bits per second bit/s 1 bit/s = basenheten Kilobinary bits per second kibit/s 1 kibit/s = 2 10 = bit/s Megabinary bits per second Mibit/s Mibit/s = 2 20 = bit/s Gigabinary bits per second Gibit/s Gibit/s = 2 30 = bit/s Terabinary bits per second Tibit/s Tibit/s = 2 40 = bit/s Petabinary bits per second Pibit/s Pibit/s = 2 50 = bit/s Tabell 2: Decimala prefix (SI) (Taylor 2000) Bits per second bit/s 1 bit/s = basenheten Kilobit per second kbit/s 1 kbit/s = 10 3 = bit/s Megabit per second Mbit/s Mbit/s = 10 6 = bit/s Gigabit per second Gbit/s Gbit/s = 10 9 = bit/s Terabit per second Tbit/s Tbit/s = = bit/s Petabinary bits per second Pbit/s Pbit/s = 2 15 = bit/s 3

10 Denna standard antogs 1998 av IEC men är fortfarande omdiskuterad och nomenklaturen är inte generellt använd av alla ännu (Taylor 2000). Detta innebär att det beror på kontexten vilken bas (binär eller decimal) som avses. 2.2 Förklaring av begrepp I den här delen går vi igenom olika begrepp som är användbara för att förstå hur mätning av bandbredd går till. Vi reder även ut svårigheter kring dessa begrepp och förklarar hur vissa delar av nätverk fungerar, för att begreppen vi använder senare ska förstås på samma sätt av läsaren som vi avser att de betyder Bandbredd Bandbredd är ett sätt att mäta hur mycket information eller bitar som kan transporteras från punkt A till punkt B på en speciell tid, som oftast mäts i sekunder. Det händer också att bandbredd mäts i paket per sekund. Det talas ofta om hastighet och bandbredd som om de har samma betydelse; Detta är dock lite fel eftersom om till exempel en 2 Mbit/s-länk och en 8 Mbit/s-länk skickar ett litet paket kommer det gå ungefär lika snabbt, det som är skillnaden är att 8 Mbit/s-länken kan transportera mer information än 2 Mbit/s-länken. Alltså går det ungefär lika snabbt att skicka information men skillnaden är att bandbredd betyder hur mycket information som skickas per sekund, medan hastighet endast är ett mått på hur en sträcka avverkas per tidsenhet. Bandbredd är väldigt komplicerat och det går inte lätt att säga vilken hastighet man kommer få med en ny applikation på sin dator. Begreppet hastighet har dock på senare år fått samma betydelse som bandbredd och används därför flitigt i artiklar och till och med i böcker (Kozierok 2005). Fortsatt i rapporten kommer vi däremot att hänvisa till bandbredd som bandbredd. Det finns olika sorters bandbredd och dessa kan delas in i olika kategorier. Länkbandbredd, vilket betyder hur stor bandbredd länken som används har. På den här länken finns det bandbredd som används, och sådan som inte används, så kallad tillgänglig bandbredd. Detta är bandbredd som finns tillgänglig så länge det inte skapas förstockning i routrar i nätverket (Björkman 2004). Bandbredden delas ofta mellan användarna i ett höghus eller kanske till och med ett större område. Den normala bandbredden som ofta anges är då en uträkning av hur mycket bandbredd som används vid surfning på internethemsidor och nerladdning av mindre eller medelstora filer. Om det däremot är ett antal personer som är anslutna till samma nätverk och som laddar ner stora filer, så som filmer och spel, kommer detta att störa dem som inte laddar ner eftersom de inte använder samma sorts aktiva trafik som nerladdarna gör. Detta borde TCP automatiskt ordna så att alla får lika mycket bandbredd, då TCP har inbyggt att dela bandbredden jämnt mellan alla uppkopplingar (Kurose & Ross 2008). Detta funkar tyvärr inte eftersom 4

11 program så som Bittorrent öppnar flera TCP-strömmar till olika källor (Wikipedia 2008), och på det sättet kan stjäla bandbredden. Fler problem som kan uppstå vid bandbreddsundersökning tas upp senare i rapporten Interframe gap När ett paket skickas kommer det längst ner i protokollstacken; den har då fått alla sina huvuden och vet vart den ska och ska skickas iväg. Innan den kan skickas iväg måste den dock vänta en mycket liten tid i ms, som i ett 10 mb/s-nätverk motsvarar 9,6 ms. Varför är det så här? Komponenter i nätverket behöver en liten tid att stabilisera sig och vissa behöver också denna tid att processa delar som kommit (Jakubiak 2007). Detta kallas interframe gap. Figur 1 visar hur interframe gap ser ur mellan paket, och hur interframe gap varierar beroende på vilken hastighet nätverket har. Figur 1 Interframe gap Källa: ChipCenter-QuestLink Throughput Throughput betyder direkt översatt genomgående, men är i princip samma sak som bandbredd. Skillnaden ligger i att throughput mäts till den faktiska uppmätta bandbredden vid en speciell tidpunkt under dygnet. Throughput påverkas mycket av olika faktorer som gör att den oftast är mindre än vad den skulle kunna vara; därför säger man ofta att det är skillnad på maximal throughput och faktisk throughput i ett nätverk. Detta betyder att: Faktisk throughput < maximal throughput < bandbreddskapaciteten Om throughput är 100 Mbit/s så kan man räkna ut den teoretiska maxhastigheten som man kan få under optimala förhållanden. Beroende på vilket lager man räknar på kommer resultatet att bli lite olika. Om man räknar med att IP/TCP lägger på alla sina huvuden, interframe gap och trailers så kommer resultatet att variera lite. Throughput är den hastighet som syns i nerladdningsprogrammet när man laddar ner en fil av något slag (Kurose & Ross 2008) Goodput Throughput som beskrevs tidigare är egentligen inget bra mått på hur snabbt eller effektivt ett nätverk är. Detta beror på att det, speciellt i trådlösa nätverk, försvinner mycket paket, vilket får det att se ut som om man har en stor bandbredd men man får inte ut så mycket som man vill av den. Därför är det bättre att mäta bandbredd med hjälp av goodput. Med goodput menas alla de paket som lyckades ta sig från avsändaren till mottagaren utan att de 5

12 försvann på vägen (Newman 1999). Det här ger en mycket bättre bild av vad bandbredden egentligen är då vi faktiskt fått hela paketet när vi mäter i goodput. Precis som för throughput kan vi räkna ut hur mycket som är det teoretiska maxvärdet för goodput: Vi skickar ett HTTP-paket över en 100 Mbit/s-länk. Största paketet får vara 1500 byte, men eftersom TCP och IP har varsitt 20 byte-huvud (header) kan paketet som störst vara 1460 byte. Ethernet skickar sedan paketet och lägger på ett överhuvud på paketet som är 38 byte, vilket gör att paketstorleken blir 1538 för hela paketet. Sedan är det bara att räkna: 1460/1538 * 100 Mbit/s = 94,92 Mbit/s. Detta är alltså den högsta hastighet man kan ha med lyckade paket som skickas från sändare till mottagare på en 100 Mbit/s-länk under optimala förhållanden Badput Badput är motsatsen till goodput, det vill säga alla paket som förlorades på vägen och var tvingade att skickas om. Om man vill få ut hur mycket badput man har i nätverket använder man formeln: throughput = goodput+badput <==> badput = throughput-goodput 2.3 Orsaker till minskad bandbredd Det som vi beskriver i det här kapitlet är fel som kan uppstå vid bredbandsmätning. Till detta hör även orsaker till att den utlovade bredbandshastigheten inte är så pass hög som den utges att vara. Det man ska vara väldigt försiktig med när man mäter bandbredd är att det är väldigt mycket som kan vara fel; det är därför väldigt svårt att precist ta reda på vad som är fel om problemet inte är tydligt. Fel kan ligga i alla lager och påverka på olika sätt t.ex bottleneck eller latency Bottleneck Bottleneck betyder flaskhals, och är ett vanligt fenomen inom datorindustrin. Detta betyder att det finns en komponent som inte är lika bra som de andra i ett system, och denna saktar ner alla de andra komponenterna då den inte kan behandla information lika snabbt som de andra. I nätverkssammanhang kan det betyda att en router i ett 100 Mbit/snätverk bara klarar 10 Mbit/s; detta skulle göra att alla paket som passerar den här routern får en maxhastighet på 10 Mbit/s. Detta kan jämföras med ett rörsystem där vatten rinner. Om det finns ett tjockt rör kan det rinna mer vatten i det än i ett smalt rör. Men om det finns tjocka och smala rör kommer allt vatten att rinna i det smalaste rörets mängd. Det behöver inte heller vara en router på nätverket som är flaskhals. Det kan också vara nätverkskort, switchar och hubbar. Men det kan också vara sladdar eller det trådlösa nätverket som utgör en flaskhals. Speciellt trådlösa nätverk med dålig mottagning kan drastiskt dra ner den throughput man kan få tillgång till. I nätverk med väldigt hög hastighet kan till och med en TP-kabel, 6

13 twisted pair, som är tvinnade koppartrådar vara för dålig. Då måste den kanske bytas ut mot en TP-kabel som är gjord för nätverk med den hastigheten eller bytas mot fiber. (Kurose & Ross 2008) Latency Med det svenska ordet fördröjning beskrivs latency bäst. Vi är nu tillbaka på den riktiga betydelsen av hastighet, för det som beskrivs med ordet fördröjning är hur lång tid det tar för en signal att ta sig från en punkt till en annan. Det kan vara mellan två datorer på varsin sida av Atlanten via TP och fiberkablar eller två routrar som använder sig av satellituppkoppling. Hur gör man då för att mäta fördröjningen? Enligt Demichelis (2002) och Almes (1999) finns det två metoder. Dessa är one-way delay-mätning och round-trip delay-mätning. Men enligt Lowekamp m.fl. (2003) kan one-waymätning användas vid båda mätningarna, trots att round-trip ofta används av applikationer. Detta beror på att vissa applikationer fungerar bättre i oneway-trafik. Det beror också på asymmetriska köer som gör att RTT får ett osäkert värde, då man inte kan veta exakt vilken sträcka som gick snabbast. När man mäter one-way delay finns det vissa svårigheter. För det första måste mottagaren vara beredd på att ta emot paketet och spara vilken tid den fick det. Denna tid mäts med hjälp av datorklockan, som ställs med hjälp av GPS för att båda datorklockorna ska gå lika snabbt. Som tidigare nämnt kan one-way delay mätas istället för round-trip delay också. Det som är bra med round-trip delay är att den är väldigt enkel att mäta. Idag finns det inbyggt i IP-protokollet något som heter Internet Control Message Protocol (ICMP). Det används till att rapportera om händelser på nätverkslagret (Matthews 2005). I ICMP finns det ett kommando som säger att när mottagaren får ett echo anrop ska denna svara på anropet och skicka tillbaka ett meddelande till avsändaren. Detta är ett väldigt enkelt verktyg för att mäta RTT i mindre exakta tal. (Lowekamp m.fl. 2003) Det finns olika skäl till att fördröjning uppstår, men några är så kallade handskakningar, hantering av paket, köer och tid det tar att skicka över länken. Här förklaras dessa begrepp: (Björkman 2004) Handskakningar och andra veriferingssignaler tar upp plats på länken som skulle kunna användas till vidaresändning av information. Man har dock dessa för att vara säker på att paket kommit fram. Till exempel vid starten av en TCP-uppkoppling skickas en SYN till servern, som svarar med en SYN, ACK och får sedan en ACK till svar. Då är länken aktiv, båda parter vet att den andra lyssnar, och de kan börja sända information. Dessa handskakningar och andra ACK:ar som görs gör att systemet vet att paket kommit fram och behövs för att systemet ska fungera effektivt, 7

14 annars kan för många paket tappas på vägen, eller andra fel uppstå. (Kurose & Ross 2008) Hantering av paket eller data är då data tar sig ner genom protokollstacken, då läggs headers på av olika slag för att berätta vart paketet ska och hur det ska ta sig det. Varje header tar lite tid att lägga på och alla dessa ska sedan tas upp igen när de kommer till t.ex. en router för att bearbetas och sedan skickas vidare, för att till sist komma fram till målet och packas upp helt. Varje sådant steg tar lite tid att utföra och därför bidrar detta till att fördröjningen ökar. Köer uppstår då en router får för mycket intrafik och inte kan skicka iväg paketen i tillräcklig snabb takt. Då kommer routern att spara paketen i sin cache tills den kan fortsätta skicka. Cachen är dock inte oändligt stor och om paket skickas för ofta och routern inte kan få iväg alla paket kommer cachen att bli full. När detta inträffar kommer paket att försvinna från nätverket, men tack vare TCP kan dessa paket skickas om senare då mottagaren märker att paketet helt försvunnit. Köer kan undvikas med hjälp av congestion control som finns i TCP-protokollet, vilket gör att paket kan skickas i en lagom takt för att paket inte ska försvinnna. Detta är ett av de viktigaste problemen forskare idag försöker lösa då det skulle hjälpa internettrafiken mycket om det fanns en bättre lösning. (Kurose & Ross 2008) Till sist har vi tiden det tar att skicka över länken. Här är det hastighet vi talar om, hur snabbt en elektronisk signal eller ljus kan skickas från en plats till en annan, mätt i m/s. Beroende på vilket medium som signalerna skickas genom blir överföringshastigheten olika. Den snabbaste är fiberkabel, som använder sig av ljus. Därefter kommer TP och sist satelliter. Alla dessa används i dagens nätverk och signaler som skickas från en dator till en annan väljer den snabbaste vägen för att ta sig till dit. Såklart finns det vissa vägar som signalen inte får ta, då varje sändning kostar lite pengar för den som har satt upp länken. Ett företag kommer till exempel inte låta andra använda sig av deras utrustning utan ersättning. Trots att satellitbredband kan få högre hastighet än till exempel ett modem, så kommer satellitbredbandet ha mycket högre fördröjning, då signalerna måste ta sig ut i rymden och sedan tillbaka till jorden. Det blir en väldigt stor fördröjning trots att signalen färdas i ljusets hastighet, i jämförelse med signaler på jorden som kanske går saktare men som har en markant kortare sträcka att avverka. Därför påverkar fördröjningen mest sessioner som pågår i realtid, så som onlinespel eller streaming av film eller musik. Det enda som händer med signalen är att den kommer fram senare medan informationsmängden är densamma. Det till och med kan vara bättre att använda en länk som har hög bandbredd men hög fördröjning om man ska ladda ner en fil eller liknande. 8

15 2.3.3 Överanvänd bredband Som vi sa i avsnitt kan överanvänd bredband också bero på att för mycket av bandbredden används av grannar eller andra som bredbandet delas med. Det kan också vara så att om du har en egen trådlös router i ditt hemmanätverk som inte är lösenordskyddat kan utomstående personer komma och stjäla bandbredd. 2.4 Mätmetoder För att mäta ett nätverks egenskaper och dess prestanda finns en mängd olika metoder. Dessa skiljer sig åt mellan olika protokoll och beror på vilka aspekter av nätverket man vill undersöka. Dessutom finns det olika variationer på algoritmer och statistiska uppskattningsmetoder som används. Ett exempel är vilka olika sätt som finns för att mäta fördröjning. Mätningen kan ske genom att utföra en vanlig ping (se ICMP 2.3.2), genom att räkna ut tiden det tar för ett TCP-paket att få en ACK tillbaka, eller genom att mäta fördröjning i endast en riktning. Det är också stor skillnad på total bandbreddskapacitet och tillfälligt tillgänglig bandbredd. Den senare är mycket svårare att bestämma då den varierar så kraftigt mellan olika tidpunkter. Kapaciteten däremot kan med hjälp av matematiska metoder bestämmas mycket mer precist. (Guojun 2003) Bandbreddsmätning kan delas upp i två olika typer: aktiv och passiv mätning Passiv eller aktiv mätning Passiv mätning av bandbredd innebär att man övervakar och lyssnar av passerande trafik. Denna typ av mätning förutsätter att det redan finns trafik på nätverket, men har fördelen att själv inte innebära en belastning av nätverket. En nackdel är dock att den är mindre pålitlig än den aktiva. En passiv mätning skulle kunna utföras på en router till exempel. Men detta förutsätter att man har tillgång till den och få företag skulle själva lämna ut information om hur deras routrar mår, hur köerna ser ut osv. Aktiv mätning innebär att man skickar någon slags testtrafik över nätverket, så kallade sonder. Med hjälp av dessa kan man vara säkrare på resultatet (Xin 2003) En- och tvåvägstest En annan faktor är huruvida man mäter en- eller tvåvägstrafik. Om testsonden går två vägar innebär det att paket skickas iväg och mätningen beror på svaren som mottagen ger på dessa. Det kan till exempel handla om ACK-svar eller meddelanden med ICMP om det är TCP-bandbredd som mäts; alternativt så skickas UDP-ekopaket. Sådana test är lätta att utföra eftersom mottagaren inte behöver vara beredd på testet och dessutom måste klockorna hos mottagare respektive sändare inte ens vara synkroniserade. Dessutom har man fördelen med att verkligen ha testat båda vägar i 9

16 kommunikationen, vilket är relevant för den egentliga prestanda man får ut på applikationsnivå. Man kan dock stöta på problem med att vissa routrar begränsar eller till och med filtrerar bort ICMP- eller UDP-ekopaket. Det är inte heller omöjligt att svaret på testsonden routas längs en annan väg än vad sonden ursprungligen gick. Dessa nackdelar gör att mätning av tvåvägstrafik oftast är mindre tillförlitlig. (Xin 2003) När man mäter envägstrafik gör man det oftast med en TCP-ström i en riktning, där både sändare och mottagare behöver ha synkroniserade klockor. Detta är en bra uppskattning av den throughput man får. Observera att bandbredden man får ut kan begränsas av sändaren eller mottagarens implementation av protokollet i operativsystemet eller någon annanstans på applikationsnivå. Ett exempel på detta är att storleken på TCP-bufferten hos sockets har en stor påverkan. Det finns en del andra saker med TCPprotokollet som påverkar bandbredd. TCP har congestion control och i denna ingår algoritmen som begränsar hur mycket som får skickas. Slow start gör att längre test påverkas av denna och korta test helt kan komma att domineras av den långsamma starten (Lowekamp m.fl. 2003). Vissa tester försöker dock att räkna bort en slow start ur resultatet. Över huvud taget kommer en verklig nätverksapplikation att reagera mycket mer oregelbundet i jämförelse med ett testprogram. Testprogrammen kommer till exempel inte fylla routrars buffertar och orsaka stockning lika lätt på grund av att de har en jämnare ström med paket. Om man bortser från ovan nämnda faktorer brukar man ibland prata om BTC, eller bulk transfer capacity där man antar en idealisk implementation av TCP och inte låter den påverkas av applikationslagret (Mathis m. fl. 2001). (Lowekamp m.fl. 2003) Flaskhalslänken En av teknikerna för analys av nätverk är att använda sig av paketens fördröjning genom flaskhalsen i en uppkoppling. Detta görs genom att skicka en jämn ström av sondpaket med kända intervall, strömmen kallas även för packet train. När dessa når flaskhalsen kommer paketen fördröjas och ett mellanrum i tid mellan sondpaketen kommer att uppstå. Detta illustreras i Figur 2, där vi ser ett par av paket komma in på en flaskhalslänk och separeras på andra sidan. Även om den tillgängliga bandbredden ökar på nästa länk kommer mellanrummen finnas kvar och kan analyseras av mottagaren (Björkman 2004). Figur 2 Flaskhalslänk Källa: Björkman

17 Flaskhalslänkens bandbredd = testpaketets storlek / tid mellan de separerade paketen. Programmen som använder sig av denna metod måste implementera filter som statistiskt räknar bort störande trafik från resultaten. Om programmet dessutom använder sig av en hel ström av sondpaket är chansen desto större att resultatet påverkas. Alternativet är att endast skicka isolerade par av paket, så kallade packet pairs. Med denna metod kan man mäta både länkens totala bandbredd och den tillgängliga bandbredden. (Xin 2003) För att mäta den tillgängliga bandbredden tittar man fortfarande på separationen mellan paket, men i detta fall har mellanrummet uppstått genom att annan trafik stört testpaketen och lagt sig emellan dem. Detta går tydligt att mäta av vid mottagaren och om man vet flaskhalslänkens totala bandbredd kan den tillgängliga bandbredden räknas ut. Det finns ytterligare en variant på detta som heter Self-Loading Periodic Streams, eller SLOPS (Xin 2003). Här skickas paketen med varierande intervall, som i princip ska vara större än vad länken klarar av. På så sätt börjar paketen läggas i kö hos routern och när de väl kommer fram hos mottagaren får de en tidstämpel. Om paketens skickas i allt snabbare takt, men tidstämpeln inte motsvarar detta utan halkar efter, så har testet hittat gränsen för vad länken klarar av för tillfället. SLOPS kräver att sondpaketen ska skickas under en längre period för att registrera skillnad i förseningen. Därför är det en nackdel att testet själv sätter belastning på nätverket. Detta är ett envägstest (se ovan) med undantaget att klockorna hos sändare och mottagare ej behöver vara synkroniserade. Det beror på att det är skillnader hos tidstämpeln relativt till varandra som är underlag för beräkningen, inte själva klockslaget på stämpeln. (Xin 2003) Nedan (Tabell 3) följer några verktyg som använder de olika beskrivna teknikerna. Tabell 3: Olika mätverktyg enligt Xin (2003) Namn Aktiv/ Metod Proto Mäter: Övrigt passiv koll Bprobe Aktiv Packet pair (men av 10 paket i varje) ICMP Bandbreddskapacitet Mäter ankomsttid av ICMP:s ECHOförfrågningar. Tvåvägs. Pathrate Aktiv Packet pair & packet train kombinerat UDP Kapacitet & tillgänglig bandbredd Pathload Aktiv SLOPS UDP Tillgänglig bandbredd Cprobe Aktiv Packet pair ICMP Tillgänglig bandbredd Envägs. Mäter av skillnad mellan 11

18 Netest Aktiv Packet pair UDP Bandbreddskapacitet Sprobe Aktiv Packet pair TCP Bandbreddskapacitet Pipechar Aktiv Packet train UDP Tillgänglig bandbredd första och sista ECHO-svaret. Tvåvägs. Som redovisat ovan använder sig en stor del av verktygen algoritmer som räknar på mellanrummet som uppstår mellan sondpaket, till exempel alla metoder utom Pathload i Tabell 3. För att fungera måste metoderna mäta upp tiden mellan paketens ankomst med stor noggrannhet. Av denna anledning blir dessa metoder alltmer bristfälliga i moderna nätverk som har väldigt stora bandbreddskapaciteter. Frekvensen som paketen skickas i överträffar helt enkelt datorernas beräkningshastighet. (Goujun & Tierney 2003) Varierande paketstorlek Meningen med använda sig av metoden varierande paketstorlek är att den skickar olika storlekar på paketen. Det går till så att ett paket med UDP skickas ut med TTL=1, sedan fås från det första hoppet ett TIME_EXCEEDED-meddelande via ICMP när TTL räknats ned till 0. När detta försök gjorts med olika storlekar ökas TTL till 2 osv. Beräkning av bandbredden baseras på minsta RTT för varje hopp. Med kunskap om varje hopp i länken och RTT till varje kan metoden räkna ut bandbredd, tappade paket, latency och köegenskaper hos routrarna. Denna metod är även ganska tidskrävande; det kan ta flera minuter för att få ett resultat. Exempel på verktyg som använder sig av den är Bing, Clink, Pchar, Nettimer och Pathchar. (Xin 2003) Simulering av TCP Vissa metoder försöker simulera riktig TCP-data så bra som möjligt. Ttcp och iperf är två exempel på verktyg som simulerar TCP-data (Xin 2003). Ttcp skulle från början användas till att överföra filer men har blivit ett välkänt sätt att mäta bandbredd på (NLANR 2002). Konsumentverkets TpTest mätning fungerar också på följande sätt. Mätverktyget är helt webbaserad och det körs i en flash-applet direkt i webbläsaren. Först genomförs en förmätning som avgör hur stor ungefärlig datamängd testet ska skicka. Sedan skickas 10 GET-förfrågningar med HTTP-protokollet till en av bredbandskollens mätservrar. Dessa besvaras av servern med svarskod 200, OK. Sedan räknas en snittsvarstid ut som presenteras i slutresultatet. Även en bild laddas ner från webbservern med HTTP och tiden för överföring beräknas. Därefter följer ett test av uppströmsbandbredd genom att skicka slumpmässig data med HTTP. (.SE stiftelse 2008) 12

19 3 Analys Som del av analysen i detta arbete har vi övervakat trafiken som ett bandbreddstest, nämligen TpTest (.SE stiftelse 2008), skapar. Vi kunde se hur den skickade 10 HTTP-förfrågningar och hur vi fick svar på dessa. Sedan hämtades en bild från hemsidan som vi såg genom TCP-strömmen och vi kunde följa hela testets förlopp i realtid. Testen som vi beskriver i denna rapport verkar inte vara anpassade för dagens gigabitnätverk. Som tidigare nämnt blir tidsskillnaden mellan sondpaketen för liten. Vi tror att nya test och metoder kommer behövas och att det är viktigt för utvecklingen av internet. Med mer noggranna tester kan man analysera nätverket bättre och på så sätt effektivisera det. Ett annat sätt att utnyttja bandbredden på tror vi kan vara att sprida användandet av så kallade jumbo frames som har en fönsterstorlek på 9000 byte (Dykstra 1999). Fönsterstorleken på paketen är mycket avgörande för den uppnådda bandbredden på grund av interframe gap som beskrevs i kapitel Det skulle nämligen kunna skickas mycket mer data per tidsenhet. Den största bristen med verktygen för att mäta bandbredd att de inte kommer att klara av framtidens krav som utgörs av Gigabitnätverk (Guojun & Tierney 2003) 13