Ο χρόνος μετάβασης-επιστροφής και το διάστημα μεταξύ πακέτων
Μεγέθη εκτός συστήματος · εκφράζονται σε δευτερόλεπτα SI · το RTT και το Δt μεταξύ πακέτων
Το 1983 ο Μάικ Μιους, ενώ ξεδιάλυνε μια βλάβη σε ένα δίκτυο, έγραψε μέσα σε ένα μόνο βράδυ ένα μικρό πρόγραμμα που έστελνε σε μια μηχανή ένα σύντομο αίτημα και τύπωνε τον χρόνο που περνούσε ως την απάντηση. Το όνομα το πήρε από τους ανθρώπους του σόναρ: ένα υποβρύχιο στέλνει ένα κλικ και αφουγκράζεται την ηχώ, και η απόσταση υπολογίζεται από μία μόνο διαφορά χρόνων. Από εκείνη τη συνήθεια της μέτρησης γεννήθηκε η μονάδα: αυτό που καταγράφεται δεν είναι ούτε ο δρόμος προς τα εκεί ούτε ο δρόμος πίσω, αλλά ολόκληρος ο βρόχος.
Η λεπτότητα είναι ότι ο γύρος μετριέται με ένα μόνο ρολόι: το αίτημα φεύγει από την ίδια μηχανή στην οποία φτάνει η απάντηση, και γι' αυτό η διαφορά των ενδείξεων δεν εξαρτάται από το αν συμφωνούν τα ρολόγια στην άλλη άκρη. Μια καθυστέρηση προς τη μία μόνο κατεύθυνση δεν αποκτάται τόσο εύκολα — γι' αυτήν χρειάζονται ρολόγια συντονισμένα λεπτότερα από την ίδια την καθυστέρηση, δηλαδή είτε ξεχωριστό πρωτόκολλο μεταφοράς της ώρας είτε δέκτης δορυφορικού χρόνου σε κάθε άκρη.
01 · Ορισμός
Ο χρόνος του γύρου είναι το διάστημα ανάμεσα στην αποστολή ενός πακέτου και την άφιξη της απάντησης σε αυτό, μετρημένο από ένα και το αυτό ρολόι. Το διάστημα μεταξύ πακέτων είναι ο χρόνος ανάμεσα στην έξοδο δύο γειτονικών πακέτων της ίδιας ροής· δεν το θέτει το δίκτυο, αλλά εκείνος που το φορτώνει.
Ο γύρος συντίθεται από τρεις όρους διαφορετικής φύσης, και το να τους ξεχωρίζει κανείς έχει σημασία, γιατί ο καθένας θεραπεύεται αλλιώς. Ο πρώτος είναι ο χρόνος διάδοσης, που τον ορίζουν το μήκος της διαδρομής και η ταχύτητα του φωτός στην ίνα και που δεν υποχωρεί σε τίποτε παρά μόνο σε κοντύτερο καλώδιο. Ο δεύτερος είναι η σειριοποίηση, ο χρόνος να σπρωχτεί το πακέτο στη γραμμή, και αυτός μικραίνει όσο γρηγορότερη είναι η ζεύξη. Ο τρίτος είναι η ουρά στις ενταμιεύσεις των ενδιάμεσων κόμβων, και μόνο αυτός εξαρτάται από το πόσο φορτωμένο είναι το δίκτυο εκείνη τη στιγμή.
Από εδώ προκύπτει μια όχι και τόσο προφανής περίσταση: η ζεύξη μπορεί να πλατύνει δεκαπλάσια και ο γύρος δεν θα αλλάξει καθόλου, αφού το πλάτυνμα αφαιρεί μόνο τη σειριοποίηση, ενώ οι ουρές και το μήκος της διαδρομής μένουν εκεί που ήταν. Ακόμη περισσότερο: σε ενταμιεύσεις φτιαγμένες με περίσσευμα «για κάθε ενδεχόμενο» τα πακέτα δεν χάνονται αλλά περιμένουν, και ο γύρος υπό φορτίο μεγαλώνει ως τα δευτερόλεπτα — αυτό είναι το κακό που ονομάστηκε bufferbloat.
Το διάστημα μεταξύ πακέτων δεν στέκει δίπλα τυχαία: σχεδόν όλα όσα συμβαίνουν σε μια ροή τα κρίνει ο λόγος του διαστήματος προς τον γύρο. Όσο τα πακέτα βγαίνουν συχνότερα απ' όσο επιστρέφουν οι επιβεβαιώσεις, ο αποστολέας δουλεύει στα τυφλά και πρέπει να κρατά στη διαδρομή τόσα δεδομένα όσα χωρούν φυσικά σε αυτήν — και η ποσότητα αυτή είναι ακριβώς το γινόμενο του ρυθμού επί τον γύρο.
Διαλέξτε μια διαδρομή και περάστε τον δρομέα πάνω από το μέγεθος του πακέτου. Το γαλάζιο πακέτο φεύγει από το αριστερό ερμάριο προς το δεξί και γυρίζει πορτοκαλί· η ζώνη κάτω από τη διαδρομή αναλύει τον γύρο σε τρεις όρους, ώστε να φαίνεται σε τι πραγματικά ξοδεύεται. Το πλάτυνμα της ζεύξης κονταίνει μόνο το μεσαίο μέρος — ακριβώς εκείνο που στις μακριές διαδρομές είναι έτσι κι αλλιώς το μικρότερο.
Η μνήμη φτήνυνε νωρίτερα απ' ό,τι άλλαξαν οι αλγόριθμοι, και οι κατασκευαστές άρχισαν να βάζουν στις συσκευές ουρές εκατοντάδων πακέτων, θεωρώντας ότι μια ενταμίευση παραπάνω δεν μπορεί να βλάψει. Βγήκε το αντίθετο: μια γεμάτη ουρά δεν χάνει τα πακέτα αλλά τα κρατά, ο αποστολέας δεν παίρνει κανένα σημάδι συμφόρησης και συνεχίζει να φορτώνει. Ο γύρος σε μια οικιακή ζεύξη υπό φορτίο έφτασε το ενάμισι δευτερόλεπτο, ενώ ο ρυθμός έμεινε ο ίδιος.
02 · Μετατροπή
Γύρος, σωλήνας και ροή πακέτων
Βάλτε έναν γύρο σε όποιες μονάδες θέλετε, και το δελτίο θα τον μετατρέψει στις υπόλοιπες και έπειτα θα υπολογίσει ό,τι εξαρτάται από αυτόν: πόσα δεδομένα χωρούν στη διαδρομή σε διάφορους ρυθμούς, τι όριο θέτει το παράθυρο και τι διάστημα μεταξύ πακέτων διαλέγουν οι διάφοροι κωδικοποιητές.
Ο ρυθμός για τον υπολογισμό της χωρητικότητας παίρνεται από τη διαδρομή που επιλέχθηκε στο διαδραστικό μέρος· στις λεπτότερες ρυθμίσεις μπορεί να σταθεροποιηθεί στο ένα γκίγκαμπιτ.
Το ping δεν μετρά ακριβώς αυτό που χρειάζεται ένα πρόγραμμα εφαρμογής. Ο χειρισμός ενός αιτήματος ηχούς σε απομακρυσμένο κόμβο ακολουθεί ξεχωριστό δρόμο, συχνά παρακάμπτοντας το κύριο υπολογιστικό μέρος, και γι' αυτό η καθυστέρησή του δεν συμπίπτει με την καθυστέρηση μιας πραγματικής σύνδεσης· άλλες συσκευές πάλι απαντούν σε τέτοια αιτήματα τελευταίες απ' όλα, ή καθόλου. Γι' αυτό ένα μεγάλο ping δεν σημαίνει πάντοτε αργή σύνδεση, ούτε ένα μικρό εγγυάται γρήγορη.
| Τιμή | Σημείωση | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Τάξεις μεγέθους
λογαριθμική κλίμακα: από το μικροδευτερόλεπτο ως το δευτερόλεπτο04 · Όργανα μέτρησης
Με τι πιάνεται ο χρόνος του γύρου
Το πρόγραμμα στέλνει ένα πακέτο με χρονοσήμανση και περιμένει την επιστροφή του, και η διαφορά των ενδείξεων είναι ο γύρος. Το προτέρημά του είναι ότι αρκεί ένα ρολόι και ότι από τον συνομιλητή δεν ζητείται τίποτε παρά η προθυμία να απαντήσει· το ελάττωμά του, ότι εκείνος απαντά από ξεχωριστό, όχι κατ' ανάγκην γρήγορο δρόμο.
Έχοντας καταγράψει όλη την ανταλλαγή, τον γύρο τον παίρνει κανείς από την ίδια τη ροή: από τον χρόνο ανάμεσα στην αναχώρηση ενός τμήματος και την άφιξη της επιβεβαίωσής του. Έτσι μετριέται ακριβώς η καθυστέρηση που βλέπει το πρόγραμμα εφαρμογής, και επιπλέον γίνεται ορατή η διασπορά — εκείνο που σε μια συνομιλία ενοχλεί περισσότερο από μια ομοιόμορφη καθυστέρηση.
Οι συσκευές που σημαίνουν τον χρόνο κατευθείαν στο τσιπ του δικτύου αφαιρούν την αβεβαιότητα που εισάγει το λειτουργικό σύστημα και ανεβάζουν την ανάλυση σε δεκάδες νανοδευτερόλεπτα. Ανταλλάσσουν κατά ξεχωριστή συμφωνία στην οποία κάθε άκρη βάζει δύο σημάνσεις — και ακριβώς αυτό επιτρέπει να χωριστεί ο γύρος στα δύο άνισα μισά του.
Καθυστέρηση προς τη μία κατεύθυνση μετριέται μόνο εκεί όπου τα ρολόγια των δύο άκρων έχουν φερθεί σε κοινό χρόνο λεπτότερα από την ίδια την καθυστέρηση — γι' αυτό οι γραμμές χαράσσονται με ξεχωριστό πρωτόκολλο συντονισμού ή στήνονται δέκτες δορυφορικού χρόνου. Χωρίς αυτό ο γύρος παραμένει ο μόνος τίμιος αριθμός.
05 · Κανόνες γραφής
Ο γύρος με τη μονάδα του, η διασπορά χωριστά
Η ένδειξη γράφεται με τρία κεφαλαία λατινικά χωρίς τελείες, η τιμή με τη μονάδα της και με τη σημείωση τι ακριβώς μετρήθηκε: ένα μεμονωμένο δείγμα, ο μέσος όρος μιας σειράς ή η διάμεσός της. Η διασπορά δίνεται δίπλα ως χωριστός αριθμός, καθώς ένας μέσος όρος μόνος του δεν λέει τίποτε για το αν τα πακέτα πηγαίνουν ομοιόμορφα.
Η πρώτη γραφή τα βγάζει πέρα χωρίς μονάδα, και μαζί της χωρίς νόημα: εκατόν τριάντα από τι — χιλιοστά ή μικροδευτερόλεπτα; Η δεύτερη περνά μια υπόθεση για μέτρηση, ενώ ο δρόμος προς τα εκεί και ο δρόμος πίσω ακολουθούν συχνά διαφορετικές τροχιές και τα μισά βγαίνουν άνισα. Η τρίτη επαναλαμβάνει το πιο διαδεδομένο λάθος και παίρνει τον γύρο για ιδιότητα της ζεύξης και όχι ολόκληρης της διαδρομής. Η τέταρτη μπερδεύει τα μεγέθη: ένα διάστημα μεταξύ πακέτων δεν είναι γύρος.
06 · Γειτονικές μονάδες
Ο γύρος περιγράφει τη διαδρομή από την πλευρά του χρόνου, ο ρυθμός από την πλευρά της ποσότητας, και το γινόμενό τους δίνει ένα τρίτο μέγεθος, τη χωρητικότητα της διαδρομής, χωρίς την οποία δεν ρυθμίζεται καμία γρήγορη σύνδεση σε μεγάλη απόσταση. Δίπλα στέκει η διασπορά της καθυστέρησης, που στη συνομιλία και στο παιχνίδι ενοχλεί περισσότερο από μια ομοιόμορφη υστέρηση.
πόσα χωρούν σε ένα δευτερόλεπτο
ρυθμός × γύρος
τρεμούλιασμα κατά RFC 3550
Από τα δελτία του Simetrium δίπλα στέκονται το δυφίο και ψηφιολέξιο, στις οποίες μετριέται η χωρητικότητα της διαδρομής, δευτερόλεπτο, στο οποίο και τα δύο μεγέθη τελικά ανάγονται, ντεσιμπέλ από ισολογισμούς ζεύξεων και ο κύκλος ρολογιού, που θέτει το όριο ανάλυσης των χρονοσημάνσεων του υλικού.
07 · Ιστορικό μέρος
Το κλικ και η ηχώ
Όταν ανάμεσα στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας και το ινστιτούτο στο Μένλο Παρκ μεταδιδόταν η πρώτη λέξη, ο χειριστής την υπαγόρευε από το τηλέφωνο και περίμενε την επιβεβαίωση γράμμα προς γράμμα. Η ζεύξη κόπηκε στο τρίτο γράμμα, όμως η ίδια η διαδικασία — στάλθηκε, περιμένουμε απάντηση, κοιτάμε το ρολόι — αποδείχθηκε ακριβώς εκείνη που είναι σε χρήση ως σήμερα.
Ο Μάικ Μιους έγραψε το πρόγραμμά του σε ένα βράδυ, καθώς ξεδιάλυνε μια βλάβη, και το ονόμασε από τον ήχο του βυθόμετρου: μια σύντομη ώθηση, ύστερα η αναμονή της ανάκλασης. Το όνομα βγήκε τόσο πετυχημένο ώστε το ρήμα «πινγκάρω» μπήκε στη γλώσσα πολύ πέρα από το επάγγελμα των δικτύων και σημαίνει πια οποιοδήποτε σύντομο μήνυμα στέλνει κανείς για να δει αν υπάρχει κάποιος.
Το φθινόπωρο του 1986 η διεκπεραιωτικότητα μιας από τις πανεπιστημιακές ζεύξεις έπεσε χίλιες φορές: οι αποστολείς, μη λαμβάνοντας επιβεβαιώσεις, έστελναν όλο και νέα αντίγραφα και αποτελείωσαν τη διαδρομή. Ο Βαν Τζέικομπσον πρότεινε μια θεραπεία που δρα ως σήμερα: να παρακολουθείται ο γύρος και η διασπορά του και η αύξησή τους να λαμβάνεται ως σημάδι συμφόρησης, δηλαδή να συγκρατείται η αποστολή πριν αρχίσουν οι απώλειες.
Οι σημερινοί αλγόριθμοι ελέγχου ροής δεν παρακολουθούν πια τις απώλειες, αλλά κατευθείαν το πώς μεγαλώνει ο γύρος, και συγκρατούν την αποστολή προτού προλάβει να γεμίσει η ουρά. Οι οικιακοί δρομολογητές απέκτησαν πειθαρχίες που κρατούν την ενταμίευση κοντή επίτηδες — και ο γύρος υπό φορτίο πέφτει από το ενάμισι δευτερόλεπτο σε δεκάδες χιλιοστά στην ίδια ακριβώς ζεύξη.
Ο μισός γύρος είναι υπόθεση, όχι μέτρηση
Ο γύρος είναι βολικός στο ότι δεν απαιτεί συμφωνία των ρολογιών: τόσο η αποστολή όσο και η λήψη σημαίνονται από μία μόνο συσκευή, και μια απόκλιση των κλιμάκων απλώς δεν μπαίνει στη διαφορά. Ακριβώς γι' αυτό το ping δουλεύει παντού και δεν χρειάζεται ρύθμιση, ενώ η καθυστέρηση προς τη μία κατεύθυνση είναι μέγεθος πολύ πιο ιδιότροπο, που ζητά λεπτότερο συντονισμό από αυτό που μετριέται.
Η συνήθεια να μισοκόβεται ο γύρος κρατιέται γι' αυτόν τον λόγο, αν και λίγα συνηγορούν υπέρ της: η ροή προς τον συνομιλητή και εκείνη που γυρίζει ακολουθούν συχνά διαφορετικές διαδρομές, διαφορετικού μήκους και διαφορετικού φορτίου, ώστε τα αληθινά μισά μπορούν να διαφέρουν στο διπλάσιο. Το μέγεθος που μετριέται ευκολότερα από όλο το επάγγελμα των δικτύων είναι συνάμα εκείνο που διαβάζεται λάθος συχνότερα.
Κατάλογος · μονάδες μέτρησης
Ένα δελτίο για κάθε μέγεθος
Επτά βασικές μονάδες SI, είκοσι δύο παράγωγες με δικό τους όνομα και μεγέθη εκτός συστήματος, χωρίς τα οποία δεν θα λειτουργούσε ούτε η τεχνική ούτε το ημερολόγιο.