Omløbstiden og pakkeafstanden
Størrelser uden for systemet · udtrykkes i SI-sekunder · RTT og Δt mellem pakker
I 1983 skrev Mike Muuss, mens han udredte en fejl i et net, på en enkelt aften et lille program, der sendte en vært en kort forespørgsel og skrev tiden ud indtil svaret. Navnet tog han fra sonarfolkene: en ubåd udsender et klik og lytter efter ekkoet, og afstanden regnes ud af én eneste tidsforskel. Af den vane at måle blev enheden født: det, der noteres, er hverken vejen derhen eller vejen hjem, men hele sløjfen.
Det fine ved det er, at omløbet måles med ét eneste ur: forespørgslen går ud fra den samme maskine, som svaret kommer til, og derfor afhænger forskellen mellem aflæsningerne ikke af, om urene i den anden ende stemmer overens. En forsinkelse den ene vej er ikke så let at få — dertil kræves ure, der går sammen finere end forsinkelsen selv, altså enten en egen protokol for tidsoverførsel eller en modtager af satellittid i hver ende.
01 · Definition
Omløbstiden er tidsrummet mellem, at en pakke sendes, og at svaret på den kommer, målt af ét og samme ur. Pakkeafstanden er tiden mellem, at to nabopakker i én og samme strøm slippes ud; den sættes ikke af nettet, men af den, der belaster det.
Omløbet består af tre led af forskellig art, og at holde dem ude fra hinanden har betydning, fordi hvert enkelt helbredes på sin måde. Det første er udbredelsestiden, som bestemmes af strækningens længde og lysets hastighed i fiberen, og som ikke viger for andet end et kortere kabel. Det andet er serialiseringen, tiden til at skubbe pakken ud i linjen, og den falder, jo hurtigere forbindelsen er. Det tredje er køen i de mellemliggende knuders buffere, og kun den afhænger af, hvor hårdt nettet er belastet netop da.
Heraf følger en ikke indlysende omstændighed: man kan udvide forbindelsen ti gange, og omløbet ændrer sig slet ikke, eftersom udvidelsen kun fjerner serialiseringen, mens køerne og strækningens længde bliver, hvor de var. Mere endnu: i buffere bygget med rummelighed «for en sikkerheds skyld» går pakkerne ikke tabt, men venter, og omløbet under belastning vokser til sekunder — det er det onde, man har kaldt bufferbloat.
Pakkeafstanden står ikke ved siden af ved et tilfælde: næsten alt, hvad der sker med en strøm, afgøres af forholdet mellem afstanden og omløbet. Så længe pakkerne går ud oftere, end bekræftelserne kommer tilbage, arbejder afsenderen i blinde og må holde så mange data i strækningen, som der fysisk er plads til — og den mængde er netop produktet af hastigheden og omløbet.
Vælg en strækning og før skyderen hen over pakkens størrelse. Den blå pakke går fra det venstre rack til det højre og kommer orange tilbage; båndet under strækningen deler omløbet op i tre led, så det bliver synligt, hvad det egentlig går til. At udvide forbindelsen forkorter kun den midterste del — netop den, der på lange strækninger alligevel er den mindste.
Hukommelsen blev billig, før algoritmerne ændrede sig, og fabrikanterne begyndte at sætte køer på hundreder af pakker i apparaterne i den tro, at en buffer for meget ikke kunne skade. Det gik omvendt: en fuld kø taber ikke pakkerne, men holder dem tilbage, afsenderen får intet som helst tegn på trængsel og bliver ved med at fylde på. Omløbet på en hjemmeforbindelse under belastning voksede til halvandet sekund, mens hastigheden forblev den samme.
02 · Omregning
Omløb, rør og pakkestrøm
Indtast et omløb i hvilke som helst enheder, og bladet omregner det til de øvrige og beregner derefter det, der afhænger af det: hvor mange data der er plads til i strækningen ved forskellige hastigheder, hvilken grænse vinduet sætter, og hvilken pakkeafstand de forskellige kodere vælger.
Hastigheden til at beregne rummeligheden tages fra den strækning, der er valgt i det interaktive stykke; i de finere indstillinger kan den låses ved en gigabit.
Ping måler ikke helt det, som et anvendelsesprogram har brug for. Behandlingen af en ekoforespørgsel i en fjern knude følger en egen vej, ofte uden om hovedregneren, og derfor falder dens forsinkelse ikke sammen med en virkelig forbindelses; andre apparater svarer derimod på sådanne forespørgsler allersidst, eller slet ikke. Derfor betyder et stort ping ikke altid en langsom forbindelse, og et lille indestår ikke for en hurtig.
| Værdi | Bemærkning | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Størrelsesordener
logaritmisk skala: fra mikrosekund til sekund04 · Måleinstrumenter
Hvad man fanger omløbstiden med
Programmet sender en pakke med et tidsstempel og venter på dens tilbagekomst, og forskellen mellem aflæsningerne er omløbet. Dets fortrin er, at ét ur er nok, og at der ikke kræves andet af modparten end viljen til at svare; dets mangel, at den svarer ad en egen, ikke nødvendigvis hurtig vej.
Har man optaget hele udvekslingen, får man omløbet af strømmen selv: af tiden mellem, at et segment går ud, og at bekræftelsen på det kommer. Således måles netop den forsinkelse, som anvendelsesprogrammet ser, og oven i købet bliver spredningen synlig — det, der i en samtale generer mere end en jævn forsinkelse.
Apparater, der stempler tiden direkte i netkredsen, fjerner den ubestemthed, som styresystemet fører ind, og driver opløsningen op til titals nanosekunder. De udveksler efter en egen aftale, hvor hver ende sætter to stempler — og netop det tillader, at omløbet deles i sine to ulige halvdele.
En forsinkelse den ene vej måles kun der, hvor urene i begge ender er ført til en fælles tid finere end forsinkelsen selv — dertil afmærkes linjerne med en egen synkroniseringsprotokol, eller der opstilles modtagere af satellittid. Uden det forbliver omløbet det eneste ærlige tal.
05 · Skriveregler
Omløbet med sin enhed, spredningen for sig
Betegnelsen skrives med tre latinske versaler uden punktummer, værdien med sin enhed og en angivelse af, hvad der egentlig blev målt: en enkelt prøve, gennemsnittet af en række eller dens median. Spredningen anføres ved siden af som et selvstændigt tal, eftersom et gennemsnit alene intet siger om, hvorvidt pakkerne går jævnt.
Den første skrivemåde klarer sig uden enhed og dermed uden mening: hundrede og tredive af hvad — millisekunder eller mikrosekunder? Den anden udgiver en antagelse for en måling, skønt vejen derhen og vejen hjem ofte følger forskellige baner, og halvdelene bliver ulige. Den tredje gentager den mest udbredte fejl og holder omløbet for en egenskab ved forbindelsen og ikke ved hele strækningen. Den fjerde forveksler størrelserne: en afstand mellem pakker er ikke et omløb.
06 · Naboenheder
Omløbet beskriver strækningen fra tidens side, hastigheden fra mængdens, og deres produkt giver en tredje størrelse, strækningens rummelighed, uden hvilken ingen hurtig forbindelse over stor afstand lader sig indstille. Ved siden af står forsinkelsens spredning, der i samtale og spil generer mere end en jævn efterslæb.
hvor meget der er plads til i et sekund
hastighed × omløb
jitter efter RFC 3550
Blandt Simetriums datablade står ved siden af bitten og byte, hvori strækningens rummelighed regnes, sekund, som begge størrelser til sidst føres tilbage til, decibel af linjebudgetter og klokcyklussen, der sætter opløsningsgrænsen for hardwarens tidsstempler.
07 · Historisk afsnit
Klikket og ekkoet
Da det første ord blev overført mellem universitetet i Californien og instituttet i Menlo Park, dikterede operatøren det i telefonen og ventede på bekræftelse bogstav for bogstav. Forbindelsen brast ved det tredje bogstav, men selve fremgangsmåden — sendt, ventet på svaret, set på uret — viste sig at være netop den, der er i brug den dag i dag.
Mike Muuss skrev sit program på én aften, mens han udredte en fejl, og opkaldte det efter lyden fra ekkoloddet: et kort stød, dernæst ventetiden på tilbagekastningen. Navnet blev så rammende, at udsagnsordet «at pinge» kom ind i sproget langt uden for netværksfaget og nu betegner enhver kort besked, man sender for at se, om der er nogen.
I efteråret 1986 faldt gennemstrømningen på en af universitetsforbindelserne tusind gange: afsenderne, der ikke fik bekræftelser, sendte stadig nye afskrifter og gav strækningen nådestødet. Van Jacobson foreslog en kur, der virker den dag i dag: holde øje med omløbet og dets spredning og tage deres vækst for et tegn på trængsel, altså holde igen på afsendelsen, før tabene begynder.
Nutidens algoritmer til strømstyring ser ikke længere på tabene, men direkte på, hvordan omløbet vokser, og holder igen på afsendelsen, før køen når at fyldes. Hjemmeroutere har fået discipliner, der med vilje holder bufferen kort — og omløbet under belastning falder fra halvandet sekund til titals millisekunder på den selvsamme forbindelse.
Det halve omløb er en antagelse, ikke en måling
Omløbet er bekvemt derved, at det ikke kræver, at urene stemmer overens: både afsendelsen og modtagelsen stemples af ét apparat, og en forskel mellem skalaerne går ganske enkelt ikke ind i differencen. Netop derfor virker ping alle vegne og behøver ingen indstilling, mens forsinkelsen den ene vej er en langt mere lunefuld størrelse, der kræver en finere samgang end det, der måles.
Vanen med at halvere omløbet holder sig af den grund, skønt lidt taler for den: strømmen til modparten og den tilbage følger ikke sjældent forskellige ruter, af forskellig længde og forskellig belastning, så de virkelige halvdele kan afvige med det dobbelte. Den størrelse, der er lettest at måle i hele netværksfaget, er tillige den, der oftest læses forkert.
Katalog · måleenheder
Et datablad for hver størrelse
Syv SI-basisenheder, toogtyve afledte med egne navne og størrelser uden for systemet, som hverken teknikken eller kalenderen kan undvære.