Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

У сучасному суспільстві, інтернет є невід'ємним елементом в житті кожної людини. Якість його роботи залежить від багатьох факторів, розглянемо один з них – затримки передачі пакетів в мережі.

1. Актуальність теми

В сучасності обсяг трафіку має тенденцію зростати з кожним роком, що в свою чергу збільшує навантаження на мережу. Зменшення затримок це один з програмних способів збільшення пропускної здатності мережі, таким чином, це підвищить підвищення ефективності роботи мережевих протоколів транспортного рівня, що позитивно позначиться на якості роботи додатків використовують передачу даних по мережі.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Метою наукової роботи є дослідження можливості збільшення пропускної здатності мережі, шляхом зниження затримок передачі пакетів в протоколах, в комп'ютерній мережі.

Основні задачі дослідження:

  1. Пошук і виявлення характеристик існуючих методів зниження затримки в протоколах.
  2. Вивчення особливостей і відмінностей різних протоколів транспортного рівня.

Об'єкт дослідження: затримки в протоколах передачі даних в комп'ютерних мережах.

Предмет дослідження: механізм зменшення затримки в протоколах передачі даних.

3. Затримки в протоколах в комп'ютерних мережах

3.1 Визначення затримок

Затримка в мережі визначається як кількість часу, який потрібен пакету для проходження через мережу від пристрою, яка створила пакет, до пристрою призначення і назад.

Переважна більшість мережевого трафіку припадає на один з двох типів трафіку – UDP (протокол призначених для користувача дейтаграм) і TCP (протокол управління передачею). Більша частина цього трафіку, як правило, TCP[9].

3.2 Причини виникнення затримок

Наскрізна затримка - це сукупний ефект окремих затримок на наскрізному мережевому шляху. Нижче перераховані деякі типові компоненти затримки від робочої станції до серверів:

Мережеві маршрутизатори – це пристрої, які створюють найбільшу затримку серед будь-яких пристроїв на наскрізному шляху. Маршрутизатор можна знайти в кожному із зазначених вище сегментів мережі. Черга пакетів через перевантаження каналу найчастіше є причиною великих затримок через маршрутизатор. Деякі типи мережевих технологій, такі як супутниковий зв'язок, додають велику затримку через часу, який потрібен пакету для проходження через канал. Оскільки затримка є кумулятивною, чим більше посилань і стрибків маршрутизатора, тим більше буде наскрізна затримка.

3.3 Як вимірюється затримка

Для вимірювання затримки передачі даних необхідно виконати ряд простих кроків [10]. Потрібно заміряти час відправки пакета і час прибуття відповіді, потім потрібно відняти від часу прибуття, час відправлення. Це і буде значення затримки в мілісекундах.

3.4 Ефекти затримки UDP

UDP – це протокол, який визначає, як формувати повідомлення, що відправляються по IP. Пристрій, який відправляє UDP-пакети, передбачає, що вони досягають пункту призначення, тому відсутній механізм для оповіщення відправників про те, що пакет прибув. UDP-трафік зазвичай використовується для потокових мультимедійних додатків, де випадковий втрачений пакет не має значення.

Оскільки відправнику пакетів UDP не потрібно ніяких відомостей про те, що одержувач отримав пакети, UDP щодо не схильний до затримок. Єдиний ефект, який затримка надає на потік UDP, – це збільшена затримка всього потоку. Ефекти другого порядку, такі як тремтіння, можуть негативно вплинути на деякі додатки UDP, але ці проблеми виходять за рамки цього документа.

Важливо відзначити, що затримка і пропускна здатність повністю незалежні, від трафіку UDP. Іншими словами, якщо затримка збільшується або зменшується, пропускна здатність UDP залишається незмінною. Ця концепція має більше значення для впливу затримки на трафік TCP.

На відправляє пристрої з UDP-трафіком затримки не впливають. Приймального пристрою може знадобитися більш тривала буферизация пакетів UDP з великою кількістю тремтіння, щоб додаток працювало краще.

3.5 Ефекти затримки TCP

TCP складніше, ніж UDP [ 10 ]. TCP – це протокол гарантованої доставки, який означає, що пристрою, який відправляє пакети, повідомляється, що пакет надійшов або не прибув в хост призначення. Щоб це працювало, пристрій, з яким потрібно відправляти пакети в хост призначення, має встановити сеанс з хост призначення. Як тільки цей сеанс був налаштований, одержувач повідомляє відправника, які пакунки були отримані, відправляючи пакет підтвердження відправнику. Якщо відправник не одержує пакет підтвердження для деяких пакетів через деякий час, пакети відправляються повторно.

Крім забезпечення гарантованої доставки пакетів, TCP має можливість налаштовуватися на пропускну здатність мережі, регулюючи «розмір вікна». Вікно TCP – це кількість пакетів, які відправник передасть до очікування підтвердження. Коли приходять підтвердження, розмір вікна збільшується. При збільшенні розміру вікна відправник може почати відправляти трафік зі швидкістю, яку наскрізний шлях не може обробити, що призводить до втрати пакета. Як тільки втрата пакета виявлена, відправник відреагує, урізавши швидкість передачі пакета в два рази. Потім процес збільшення розміру вікна починається знову в міру отримання більшої кількості підтверджень.

У міру збільшення наскрізний затримки відправник може витрачати багато часу на очікування підтверджень, а не на відправку пакетів. Крім того, процес налаштування розміру вікна стає повільніше, оскільки цей процес залежить від отримання підтверджень.

З огляду на цю неефективність, затримка має глибокий вплив на пропускну здатність TCP. На відміну від UDP, TCP має пряму зворотну залежність між затримкою і пропускною спроможністю. У міру збільшення наскрізний затримки пропускна здатність TCP зменшується. Ці дані були отримані за допомогою генератора затримки між двома ПК, підключеними через швидкий Ethernet (100 mb/s). Зверніть увагу на різке зниження пропускної здатності TCP у міру збільшення затримки.

У міру збільшення затримки відправник може не діяти, чекаючи підтвердження від одержувача. Однак одержувач повинен буферизувати пакети до тих пір, поки всі пакети не будуть зібрані в повне TCP-повідомлення. Якщо одержувач є сервером, цей ефект буферизації може бути ускладнений великою кількістю сеансів, які сервер може завершити. Таке розширене використання буферної пам'яті може призвести до зниження продуктивності на сервері.

З усіма проблемами, які латентність створює для TCP, втрата пакетів посилює ці проблеми. Втрата пакетів приводить до зменшення розміру вікна TCP, що може привести до того, що відправник буде довше не діяти, чекаючи підтвердження з високою затримкою. Крім того, підтвердження можуть бути втрачені, що змушує відправника чекати, поки не закінчиться час очікування для втраченого підтвердження. Якщо це станеться, пов'язані пакети будуть повторно передані, навіть якщо вони могли бути передані належним чином. В результаті втрата пакетів може ще більше знизити пропускну здатність TCP.

Деяка втрата пакета неминуча. Якщо мережа працює відмінно і не відкидає будь-які пакети, не можна припустити, що інші мережі також працюють.

Незалежно від ситуації, майте на увазі, що втрата пакетів і затримка роблять украй негативний вплив на пропускну здатність TCP і повинні бути максимально зведені до мінімуму.

4. Повільний старт

Повільний запуск TCP – це алгоритм, який врівноважує швидкість підключення до мережі. [11, 12] Повільний запуск поступово збільшує обсяг переданих даних, поки не буде знайдена максимальна пропускна здатність мережі.

Повільний запуск TCP є одним з перших кроків у процесі контролю перевантаження. Він врівноважує обсяг даних, які може передати відправник (відомий як вікно перевантаження), з обсягом даних, які може прийняти одержувач (відомий як вікно одержувача). Нижня з двох значень стає максимальним обсягом даних, які відправнику дозволено передавати до отримання підтвердження від одержувача.

Крок за кроком, ось як працює повільний запуск:

Відправник намагається зв'язатися з одержувачем. Вихідний пакет відправника містить невелике вікно перевантаження, яке визначається на основі максимального вікна відправника.

Одержувач підтверджує пакет і відповідає своїм власним розміром вікна. Якщо одержувач не відповідає, відправник знає, чи не продовжувати відправку даних.

Після отримання підтвердження, відправник збільшує розмір вікна наступного пакета. Розмір вікна поступово збільшується до тих пір, поки одержувач, не зможе більше підтверджувати кожен пакет, або поки не буде досягнута межа, вікна відправника або одержувача.

Як тільки ліміт був визначений, робота повільного старту завершена. Інші алгоритми управління перевантаженням вступають у володіння, щоб підтримати швидкість з'єднання.

Висновки

Зменшення затримок в компьютерних мережах в протоколах передачі даних, є вкрай важливий вопрос. Просування в якому не тільки зробить життя сучасної людини більш комфортною, а й відкриє нові можливості в розвитку мережевих технологій.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: травень 2020 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Список джерел

  1. N. Dukkipati, M. Mathis, Y. Cheng, M. Ghobadi – Proportional Rate Reduction for TCP [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://ai.google...
  2. G. Huston – Latency and IP [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.potaroo.net...
  3. T. M. Tukade – Data transfer protocols in IoT-an overview [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://www.researchgate.net...
  4. A. I. Мiночкiн, В. А. Романюк, О. Я. Сова – Шляхи вдосконалення TCP-протоколiв у мережах MANET [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.viti.edu.ua...
  5. Сирант Андрей Васильевич – Исследование эффективности сетевых протоколов в клиент-серверных приложениях [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://masters.donntu.ru/2017/fknt/sirant/
  6. Щитникова Анастасия Николаевна – Разработка метода оценки параметров трафика мультисервисной сети [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://masters.donntu.ru/2004/kita/schitnikova/
  7. Кузнецов Алексей Дмитриевич – Исследование передачи видеопотока по сетям передачи данных [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://masters.donntu.ru/2005/kita/kuznetsov/
  8. Кравчук Василий Анатольевич – Исследование и усовершенствование протокола передачи данных по линиям электроснабжения 220В, 50Гц для SCADA-систем [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://masters.donntu.ru/2008/kita/kravchuk/
  9. Steve – TCP vs UDP – What’s The Difference? [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.steves-internet-guide.com...
  10. Boris Rogier – Measuring Network Performance: Links Between Latency, Throughput and Packet Loss [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://accedian.com...
  11. Ilya Grigorik – Внутренние механизмы ТСР, влияющие на скорость загрузки [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://habr.com...
  12. Robert Gibb – What is TCP Slow Start? [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://blog.stackpath.com...