Doba oběhu a odstup paketů
Veličiny mimo soustavu · vyjadřují se v sekundách SI · RTT a Δt mezi pakety
Roku 1983 napsal Mike Muuss, když pátral po závadě v síti, za jediný večer malý program, který posílal stroji krátký dotaz a vypisoval čas uplynulý do odpovědi. Jméno vzal od sonarových lidí: ponorka vyšle cvaknutí a naslouchá ozvěně, a vzdálenost se počítá z jediného rozdílu časů. Z toho zvyku měřit se zrodila jednotka: zaznamenává se ani cesta tam, ani cesta zpět, nýbrž celá smyčka.
Jemnost je v tom, že oběh se měří jedněmi hodinami: dotaz odchází z téhož stroje, k němuž přichází odpověď, a proto rozdíl odečtů nezávisí na tom, zda se hodiny na druhém konci shodují. Zpoždění jedním směrem se tak snadno nezíská — k němu jsou třeba hodiny sladěné jemněji než samo zpoždění, tedy buď zvláštní protokol přenosu času, nebo přijímač družicového času na každém konci.
01 · Definice
Doba oběhu je rozpětí mezi odesláním paketu a příchodem odpovědi na něj, měřené jedněmi a týmiž hodinami. Odstup paketů je čas mezi vypuštěním dvou sousedních paketů téhož proudu; neurčuje jej síť, nýbrž ten, kdo ji zatěžuje.
Oběh se skládá ze tří sčítanců různé povahy a rozlišovat je má význam, protože každý se léčí jinak. První je doba šíření, kterou určuje délka trasy a rychlost světla ve vlákně a jež neustoupí ničemu než kratšímu kabelu. Druhý je serializace, čas vytlačení paketu do linky, a ta klesá, čím je linka rychlejší. Třetí je fronta ve vyrovnávacích pamětech mezilehlých uzlů, a jedině ta závisí na tom, jak silně je síť právě zatížena.
Z toho plyne málo zřejmá okolnost: linku lze rozšířit desetkrát a oběh se přitom nezmění vůbec, neboť rozšíření odebírá jen serializaci, kdežto fronty a délka trasy zůstávají tam, kde byly. Ba co víc, ve vyrovnávacích pamětech dělaných s rezervou «pro každý případ» se pakety neztrácejí, nýbrž čekají, a oběh pod zátěží roste na sekundy — to je ten neduh, jemuž se začalo říkat bufferbloat.
Odstup paketů nestojí vedle náhodou: téměř vše, co se s proudem děje, rozhoduje poměr odstupu k oběhu. Dokud pakety odcházejí častěji, než se vracejí potvrzení, pracuje odesílatel naslepo a musí držet v trase tolik dat, kolik se do ní fyzicky vejde — a to množství je právě součin rychlosti a oběhu.
Zvolte trasu a veďte jezdcem po velikosti paketu. Modrý paket odchází z levého stojanu k pravému a vrací se oranžový; pás pod trasou rozkládá oběh na tři sčítance, aby bylo vidět, čím je doopravdy zaplněn. Rozšíření linky zkracuje jen prostřední část — právě tu, jež na dlouhých trasách stejně bývá nejmenší.
Paměť zlevnila dříve, než se změnily algoritmy, a výrobci začali do přístrojů dávat fronty na stovky paketů v domnění, že vyrovnávací paměť navíc nemůže uškodit. Dopadlo to opačně: plná fronta pakety neztrácí, nýbrž zdržuje, odesílatel nedostane žádný signál o zahlcení a přikládá dál. Oběh na domácí lince pod zátěží vyrostl na půldruhé sekundy, zatímco rychlost zůstala táž.
02 · Převod
Oběh, roura a proud paketů
Zadejte oběh v libovolných jednotkách a list jej převede do ostatních a pak spočítá, co na něm závisí: kolik dat se vejde do trasy při různých rychlostech, jakou mez klade okno a jaký odstup paketů volí různé kodéry.
Rychlost pro výpočet pojemnosti se bere z trasy zvolené v interaktivní části; v jemném nastavení ji lze ustálit na gigabitu.
Ping neměří docela to, co potřebuje uživatelský program. Zpracování ozvěnového dotazu ve vzdáleném uzlu jde zvláštní cestou, často mimo hlavní počítací část, a proto se jeho zpoždění nekryje se zpožděním skutečného spojení; jiné přístroje zase odpovídají na takové dotazy úplně naposled, nebo vůbec. Proto velký ping neznamená vždy pomalé spojení a malý neručí za rychlé.
| Hodnota | Poznámka | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Řády veličin
logaritmická stupnice: od mikrosekundy k sekundě04 · Měřicí přístroje
Čím se chytá doba oběhu
Program odešle paket s časovou značkou a čeká na jeho návrat, a rozdíl odečtů je oběh. Jeho předností je, že stačí jedny hodiny a od protějšku se nežádá nic než ochota odpovědět; jeho vadou, že odpovídá zvláštní, nikoli nutně rychlou cestou.
Zaznamená-li se celá výměna, získá se oběh ze samotného proudu: z času mezi odchodem segmentu a příchodem potvrzení na něj. Tak se měří právě to zpoždění, které vidí uživatelský program, a zároveň se zviditelní rozptyl — to, co v hovoru vadí víc než rovnoměrné zpoždění.
Přístroje, které značkují čas rovnou v síťovém čipu, odstraňují neurčitost vnášenou operačním systémem a ženou rozlišení na desítky nanosekund. Vyměňují si podle zvláštní úmluvy, v níž každý konec klade dvě značky — a právě to dovoluje rozdělit oběh na jeho dvě nestejné poloviny.
Zpoždění jedním směrem se měří jen tam, kde jsou hodiny na obou koncích přivedeny ke společnému času jemněji, než je samo zpoždění — k tomu se linky vytyčují zvláštním sladicím protokolem, nebo se stavějí přijímače družicového času. Bez toho zůstává oběh jediným poctivým číslem.
05 · Pravidla zápisu
Oběh s jednotkou, rozptyl zvlášť
Označení se píše třemi velkými latinskými písmeny bez teček, hodnota s jednotkou a s údajem, co se vlastně měřilo: jediný vzorek, průměr řady, nebo její medián. Rozptyl se uvádí vedle jako samostatné číslo, neboť průměr sám neříká nic o tom, zda pakety jdou rovnoměrně.
První zápis se obejde bez jednotky a s ní i beze smyslu: sto třicet čeho — milisekund, nebo mikrosekund? Druhý vydává domněnku za měření, ačkoli cesta tam a cesta zpět jdou často různými drahami a poloviny vycházejí nestejné. Třetí opakuje nejrozšířenější omyl a pokládá oběh za vlastnost linky, a ne celé trasy. Čtvrtý zaměňuje veličiny: odstup mezi pakety není oběh.
06 · Sousední jednotky
Oběh popisuje trasu ze strany času, rychlost ze strany množství, a jejich součin dává třetí veličinu, pojemnost trasy, bez níž nelze nastavit žádné rychlé spojení na velkou vzdálenost. Vedle stojí rozptyl zpoždění, který v hovoru i ve hře vadí víc než rovnoměrné opozdění.
kolik se vejde do sekundy
rychlost × oběh
kolísání podle RFC 3550
Z listů Simetria vedle stojí bit a bajt, v nichž se počítá pojemnost trasy, sekunda, k níž se obě veličiny nakonec vracejí, decibel z bilancí tras a takt hodin, jenž určuje mez rozlišení hardwarových časových značek.
07 · Historický oddíl
Cvaknutí a ozvěna
Když se mezi Kalifornskou univerzitou a ústavem v Menlo Parku přenášelo první slovo, obsluha je diktovala telefonem a čekala na potvrzení písmeno po písmeni. Spojení se přerušilo u třetího písmene, avšak sám postup — odesláno, vyčkáno na odpověď, pohlédnuto na hodiny — se ukázal být právě tím, který je v užívání dodnes.
Mike Muuss napsal svůj program za jediný večer, když pátral po závadě, a pojmenoval jej podle zvuku echolotu: krátký úder, potom čekání na odraz. Jméno se ukázalo tak výstižné, že sloveso «pingnout» vešlo do jazyka daleko za hranice síťového řemesla a znamená už jakoukoli krátkou zprávu poslanou proto, aby se zjistilo, zda tam někdo je.
Na podzim roku 1986 propustnost jedné z univerzitních linek klesla tisíckrát: odesílatelé, kteří nedostávali potvrzení, posílali stále nové opisy a trasu docela dorazili. Van Jacobson navrhl léčbu, jež působí dodnes: hlídat oběh a jeho rozptyl a brát jejich růst za znamení zahlcení, tedy přidržet odesílání dříve, než začnou ztráty.
Dnešní algoritmy řízení toku už nehlídají ztráty, nýbrž přímo to, jak oběh roste, a přidržují odesílání dříve, než se fronta stihne naplnit. Domácí směrovače dostaly kázně, jež drží vyrovnávací paměť schválně krátkou — a oběh pod zátěží klesá z půldruhé sekundy na desítky milisekund na téže lince.
Polovina oběhu je domněnka, nikoli měření
Oběh je pohodlný tím, že nevyžaduje shodu hodin: jak odeslání, tak příjem značkuje jediný přístroj, a rozejití stupnic do rozdílu prostě nevstupuje. Právě proto ping funguje všude a nepotřebuje nastavení, kdežto zpoždění jedním směrem je veličina daleko vrtkavější, jež žádá jemnější sladění, než je to, co se měří.
Zvyk dělit oběh napůl se drží z toho důvodu, ačkoli pro něj mluví málo: proud k protějšku a proud zpět jdou nezřídka různými trasami, různě dlouhými a různě zatíženými, takže skutečné poloviny se mohou lišit dvojnásobně. Veličina nejsnáze měřitelná z celého síťového řemesla je zároveň tou, která se nejčastěji čte špatně.
Katalog · měřicí jednotky
List pro každou veličinu
Sedm základních jednotek SI, dvaadvacet odvozených s vlastními jmény a veličiny mimo soustavu, bez nichž by nefungovala ani technika, ani kalendář.