TCP läbilaskevõime piirangute mõistmine
Üksiku TCP-voo tegelik jõudlus ei sõltu ainult võrguühenduse maksimaalsest kiirusest. Reaalsetes tingimustes määravad edastuskiiruse kolm sõltumatut piirangut: ühenduse läbilaskevõime, vastuvõtuaken ja paketikadu. Nende tegurite koosmõjul kujuneb välja oodatav TCP läbilaskevõime, mis vastab alati kõige kitsamale pudelikaelale.
Kalkulaator võimaldab hinnata võrguteekonna teoreetilist ülempiiri, võttes arvesse sisestatud parameetreid. Tulemustes kuvatakse aktiivne pudelikael dünaamiliselt ühena järgmistest:
- ühenduse läbilaskevõime
- vastuvõtuaken
- paketikadu
Kõik arvutused tehakse reaalajas otse kasutaja veebibrauseris. Sisestatud andmeid ei edastata välistesse serveritesse, tagades andmete kohaliku töötlemise.
Kalkulaatori sisendparameetrid
Täpse tulemuse saamiseks vajab kalkulaator võrguteekonna, andmemahu ja TCP-protokolli parameetrite sisestamist:
- Ühenduse kiirus: Teekonna kõige aeglasem lüli — sageli teie paketi lubatud kiirus. Sisestatav väärtus peab olema suurem kui null.
- Edasi-tagasi aeg (RTT): Kajaaeg (ping) teise otsani — kasutage suurimat väärtust, mida ootate koormuse all. Väärtus peab olema suurem kui null.
- Andmemaht: Edastatav kasulik koormus — fail, varukoopia, andmekogu. Väärtus peab olema suurem kui null.
- Vastuvõtuaken: Baidid, mida vastuvõtja suudab puhverdada. Väärtus peab olema suurem kui null ja ei tohi ületada 1 073 725 440 baiti. Kui väli jääb tühjaks, siis akna piirangut ei arvestata.
- MSS (baiti): Kasuliku koormuse baitide arv paketi kohta. Lubatud on täisarvud vahemikus 1 kuni 65 495. Tühi väli tähistab üldkulude ja kao ignoreerimist.
- Paketikadu (%): Keskmine paketi kao tõenäosus. Lubatud vahemik on 0 kuni 100 protsenti. Tühi väli või 0 tähistab kaopiirangu puudumist.
- Kuvatavad komakohad: Määrab väljundväärtuste täpsuse.
Kasutajaliides sisaldab nuppu Laadi näide näidisandmete täitmiseks ja nuppu Tühjenda sisestusväljade algseisundi taastamiseks.
Arvutusvalemid ja tuletuskäigud
Kalkulaator kuvab tulemuste jaotises täpsed matemaatilised seosed ja asendused, mis selgitavad läbilaskevõime kujunemist:
- Põhivalem:
läbilaskevõime = min(kiirus × tõhusus, aken ÷ RTT, MSS ÷ RTT ÷ √p) · BDP = kiirus × RTT - Protokolli tõhusus:
Protokolli tõhusus = MSS ÷ (MSS + 78 B) = ‹mss› ÷ ‹frame› = ‹eff› (40 B paketi päised + 38 B kaablis) - Ühenduse piirang:
Ühenduse piirang = kiirus × tõhusus = ‹rate› × ‹eff› = ‹value› - BDP:
BDP = kiirus × RTT = ‹rate› × ‹rtt› = ‹bdp› = ‹bytes› - Aken teekonna täitmiseks:
Aken teekonna täitmiseks = BDP ÷ 8 = ‹bdp› → ‹window› - Akna piirang:
Akna piirang = aken ÷ RTT = ‹window› ÷ ‹rtt› = ‹value› - Kao piirang (Mathis):
Kao piirang (Mathis) = MSS ÷ RTT ÷ √p = ‹mss› ÷ ‹rtt› ÷ √‹p› = ‹value› - Oodatav läbilaskevõime:
Oodatav läbilaskevõime = madalaim neist piirangutest = ‹value› → piiraja: ‹constraint› - Edastusaeg:
Edastusaeg = RTT + 8 × suurus ÷ läbilaskevõime = ‹rtt› + 8 × ‹size› ÷ ‹throughput› = ‹time›
Tulemusi saab mugavalt kopeerida nupuga Kopeeri tulemus.
Reeglid, piirangud ja erijuhtumid
Võrguteekondade modelleerimisel kehtivad kindlad reeglid ja standarditest tulenevad piirangud:
Ühikute teisendamine
Kõik kalkulaatoris kasutatavad ühikud põhinevad kümnendsüsteemil (näiteks 1 kbit = 1000 bitti, 1 MB = 1 000 000 baiti). Failihaldurid kasutavad tavaliselt kahendsüsteemi ühikuid (1024 alusel), kus 100 MB fail vastab tegelikult ligikaudu 104.86 kümnendsüsteemi megabaidile (MiB).
Protokolli üldkulud
Mudel arvestab standardse Etherneti üldkuludega, lisades igale paketile 78 baiti (40 baiti TCP/IP päiste jaoks ja 38 baiti füüsilise kaabli taseme üldkuludeks).
Mathise mudeli piirid
Mathise valem eeldab ühtlaselt jaotunud ja üksteisest sõltumatuid kaosündmusi. Mudel on usaldusväärne ainult siis, kui paketikadu jääb alla 1%. Kui sisestatud kadu ületab selle piiri, kuvatakse hoiatus:
- "Kadu üle 1% jääb väljapoole Mathise mudeli usaldusväärset vahemikku — käsitlege kao piirangut optimistliku hinnanguna."
TCP akna skaleerimine (RFC 7323)
- Skaleerimata TCP akna maksimaalne suurus on 65 535 baiti. Kui teekonna täitmiseks vajalik aken ületab selle piiri, kuvatakse teavitus:
"Selle teekonna täitmiseks on vaja akent suurusega
‹window›— see ületab skaleerimata maksimumi 65,535 baiti, mistõttu mõlemad otsad peavad kokku leppima TCP akna skaleerimises (RFC 7323)." - RFC 7323 kohaselt on suurim võimalik läbiräägitav akna suurus 1 073 725 440 baiti. Kui vajalik aken ületab selle absoluutse piiri, kuvatakse teavitus:
"Selle teekonna täitmiseks on vaja akent
‹window›— see ületab suurima akna, mida TCP suudab läbirääkimistel kokku leppida (1,073,725,440 baiti). Üksik voog sellel teekonnal ei saa kunagi ületada kiirust‹value›." - Kui akna suurendamine aitaks kiirust tõsta, kuvatakse teavitus:
"Vastuvõtuakna suurendamine väärtuseni
‹window›võimaldaks sellel edastusel saavutada kiiruse kuni‹value›."
Mudeli lihtsustused
Arvutused eeldavad püsiseisundis töötavat üksikut TCP-voogu. Mudel ei arvesta reaalsete mõjuritega nagu TCP aeglane käivitus (slow start), ummistustõrje algoritmide häälestus, vastuvõtja viivitused ja TLS-kätlemised. Seetõttu on tegelikud edastused alguses aeglasemad ja võivad jääda arvutatud ülempiiridest allapoole.
Sisestusvigade käsitlus
Kalkulaator kontrollib sisestatud väärtuste korrektsust ja kuvab vajadusel järgmised veateated:
- Vigase sisestuse korral:
"‹field›: „‹token›“ ei ole arv." - Kui ühenduse kiirus on null või negatiivne:
"Ühenduse kiirus peab olema suurem kui null." - Kui edasi-tagasi aeg on null või negatiivne:
"Edasi-tagasi aeg peab olema suurem kui null." - Kui andmemaht on null või negatiivne:
"Andmemaht peab olema suurem kui null." - Kui vastuvõtuaken on null või negatiivne:
"Vastuvõtuaken peab olema suurem kui null." - Kui vastuvõtuaken ületab RFC 7323 piiri:
"TCP ei saa läbirääkimistel kokku leppida aknas, mis ületab 1,073,725,440 baiti (RFC 7323 akna skaleerimine)." - Kui MSS on väljaspool lubatud vahemikku:
"MSS peab olema täisarv baitides vahemikus 1 kuni 65,495." - Kui paketikadu on väljaspool lubatud vahemikku:
"Kaomäär peab olema vahemikus 0 kuni 100 protsenti." - Süsteemi piirangute ületamisel:
"Väärtus või vahetulemus ületab toetatud arvude vahemikku."
Korduma kippuvad küsimused
Miks on minu andmeedastus aeglasem kui ühenduse kiirus, mille eest ma maksan?
Üksik TCP-voog põrkub kolme sõltumatu piiranguga, millest madalaim jääb peale. Protokolli üldkulud vähendavad ühenduse enda kiirust umbes 5% võrra — standardne Etherneti kaader kannab 1,538 baidist kaablis edasi 1,460 baiti kasulikku koormust. Vastuvõtuaken piirab läbilaskevõimet valemiga aken ÷ RTT, mistõttu klassikaline 65,535-baidine aken piirab 50 ms teekonna umbes 10.5 Mbit/s peale, olenemata ühenduse tegelikust kiirusest. Ja kadu piirab seda valemiga (MSS ÷ RTT) ÷ √kadu. Ülaltoodud tulemus näitab, milline piirang on teie sisestatud andmete puhul määrav.
Mis on ribalaiuse ja viivituse korrutis (BDP) ning miks see määrab akna suuruse?
BDP — ühenduse kiirus × edasi-tagasi aeg — on andmete hulk, mis on igal ajahetkel teel. TCP-l saab korraga olla maksimaalselt üks kinnitamata aken, mistõttu BDP-st väiksem aken jätab kanali osaliselt tühjaks: kiirusel 100 Mbit/s ja 50 ms RTT puhul mahutab kanal 625 kB ning 65,535-baidine aken täidab sellest vaevalt kümnendiku. Seetõttu vajavad kiirete ja pikkade teekondadega ühendused TCP akna skaleerimist (RFC 7323), mis tõstab läbiräägitava maksimumi 65,535 baidilt umbes 1 GB-ni.
Kuidas paketikadu piirab TCP läbilaskevõimet?
TCP käsitleb kadu ummistusena ja poolitab oma saatmiskiirust igal kaosündmusel, mistõttu on isegi väikesed kaomäärad kiiretel teekondadel olulised. Mathise mudel hindab piirangut valemiga (MSS ÷ RTT) ÷ √p — 0.01% kao puhul 50 ms teekonnal ja 1,460-baidise MSS-iga on see umbes 23 Mbit/s, sõltumata ühenduse kiirusest. Mudel eeldab ühtlaselt jaotunud sõltumatuid kaosündmusi; alla ligikaudu 1% kao puhul vastab see hästi tegelikkusele, kuid hootise kao puhul on see optimistlik.
Kas siinsed megabaidid on samad, mis minu failihalduris?
Mitte päris. See leht kasutab kümnendsüsteemi ühikuid, mis on võrgunduse tava: 1 kbit = 1,000 bitti ja 1 MB = 1,000,000 baiti. Enamik failihaldureid arvutab ühikuid 1024 alusel, märgistades neid sageli ekslikult MB-ks — sealne „100 MB“ fail on tavaliselt 100 MiB ≈ 104.86 kümnend-MB, mistõttu kulub selle edastamiseks umbes 5% kauem aega, kui kümnendnäitaja viitab. Täpse tulemuse saamiseks sisestage siia 104.86 MB.