РАЗДЕЛ 2
СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОТОКОВ ПЕРВИЧНЫХ И ПОВТОРНО ПЕРЕДАВАЕМЫХ БЛОКОВ ДАННЫХ В СОЕДИНЕНИИ ТСР
Представлены результаты экспериментальных исследований класса соединений ТСР, проанализированы статистические свойства временных параметров и при передаче сегментов данных в рамках соединений. Проведен сравнительный анализ основных моделей представления соединения ТСР, а также методов измерения времени кругового обращения. Разработаны стохастические модели случайного процесса для различных реализаций соединений ТСР.
2.1. Значение времени кругового обращения как параметра соединения ТСР
Одним из самых важных моментов исследования динамики передачи сегментов ТСР (пакетов TCP/IP) является анализ задержки сегмента. Изменение величины этой задержки является самым сложным для анализа элементом поведения сети, т.к. на задержку пакета TCP/IP влияет огромное количество факторов. Однако изменение задержки является потенциально самым богатым источником информации о сети, учитывая то, что одной из составляющих задержки является задержка в очередях сетевых элементов - существенный фактор понимания изменения пропускной способности сети во времени.
Известно, что производительность соединения ТСР зависит от времени кругового обращения , т.е. времени, прошедшего с момента отправки сегмента до момента получения источником соответствующего подтверждения получения этого сегмента адресатом [184]. Изменение времен значительно влияет не только на скорость передачи сегментов отдельного соединения, но и на коэффициент использования канала в общем. Величина - естественная характеристика степени загруженности канала между отправителем и получателем. Под каналом здесь подразумевается совокупность маршрутов, по которым пакеты TCP/IP могут передаваться на пути от отправителя к адресату (маршрут на уровне IP, соединение ТСР). Текущее значение параметра зависит от совокупности случайных факторов, включающих выбор конкретного маршрута "отправитель - адресат", уровень загрузки маршрутизаторов на этом маршруте и т.д.
Время кругового обращения играет центральную роль в динамике соединения ТСР. Во-первых, надежный транспортный протокол, такой как ТСР, должен решать, как долго ему необходимо ожидать подтверждения отправленных данных до осуществления их повторной передачи при отсутствии подтверждения. Базовым противоречием здесь является слишком долгое ожидание во избежание ненужной повторной передачи и короткое ожидание во избежание длительной задержки в случае, когда повторная передача действительно необходима.
Во-вторых, величина влияет на динамику соединения согласно произведению полоса - задержка BDP. Величина BDP для соединения - это произведение доступной полосы пропускания , выраженной в байт/сек, и , выраженного в секундах. В результате получаемое число байт показывает, какое количество данных должно быть отправлено по соединению для полного использования доступной полосы пропускания. Т.е. для полного использования доступной полосы пропускания в рамках соединения необходимо отправлять каждую секунду байт, и, соответственно, байт каждое время кругового обращения [184]. В рамках соединения протокол ТСР использует окно передачи, определяющее, сколько сегментов разрешается отправить в данный момент времени. Скорость передачи, таким образом, определяется путем регулировки размера окна. Для сетевого пути с доступной полосой пропускания и временем кругового обращения оптимальный размер окна передачи равен . В этом случае, если все модули ТСР пользователей используют окно такого размера, то не будут образовываться очереди, и пропускные способности линий будут использоваться полностью. Однако наличие потерь, характеризуемых в ТСР параметром вероятности потерь, подразумевает то, что пропускная способность сети никогда не будет использована полностью.
Такие сетевые переменные, как задержки на очередях и , являются необходимыми составляющими осуществления эффективного контроля перегрузки. Эту ситуацию можно описать следующим образом: идеальное окно передачи равно . Таким образом, чем более точные оценки и будут получены модулями ТСР, тем эффективней будет осуществляться передача данных в рамках каждого соединения.
Аналогичные рассуждения можно привести относительно расчета значения тайм-аута повторной передачи. Модуль ТСР отправителя должен получить выборочное значение , равное промежутку времени между отправкой сегмента и получением подтверждения на него. Однако хронометраж времени кругового обращения ведется не по всем сегментам с данными, так как счетчик может быть занят. может вычисляться также при помощи поля временной метки в заголовке сегмента ТСР и его подтверждения, в котором содержится та же метка. При вычислении тайм-аута повторной передачи используется оценка . Таким образом, возникает общая задача определения свойств и характеристик времени кругового обращения , а также эффективного метода оценивания этого параметра.
Также необходимо разделять указанные две различные роли при функционировании соединения следующим образом. При регулировании повторной передачи важное значение имеет максимальное значение (тайм-аут ПП изначально трактуется как максимально возможное значение в соединении [144], [181]). С другой стороны представляет интерес и минимальное значение , т.е. минимально необходимое для передачи сегмента данных по сети и получения подтверждения его приема. Соответственно более высокие значения говорят, о том, что происходит образование очередей при прохождении данных по сетевому пути (наличие перегрузки).
Согласно [183], -е зафиксированное время кругового обращения в момент получения подтверждения модулем ТСР отправителя можно представить следующим образом:
, (2.1)
где - количество каналов связи;
- задержка в -ом канале связи;
- соответствующая задержка распространения;
- задержка в -ой очереди.
Однако,