لماذا يستخدم تطبيقك 10 ميجابت في الثانية فقط حتى الارتباط 1 جيجابت في الثانية؟

المقدمة

يوضح هذا المستند المشكلة المرتبطة بشبكة تتميز بزمن وصول عال وسرعة عالية. يستمد صيغة من BDP لحساب إستخدام عرض النطاق الترددي الحقيقي في حالة معينة.

معلومات أساسية

نظرا لتزايد عدد المؤسسات التي أو بصدد بناء مراكز بيانات موزعة جغرافيا وإيصال مراكز البيانات عبر وصلة فائقة السرعة. تزداد الحاجة لاستخدام النطاق الترددي العريض على نحو أفضل.

تم نشر منتج تأخر النطاق الترددي (BDP) على الإنترنت لعدة سنوات. ولكن لا يوجد أي مثال في العالم الحقيقي للكيفية التي تبدو عليها القضية. تركز صيغة BDP على حجم نوافذ TCP. إنها لا تعطينا طريقة لحساب إمكانية إستخدام عرض النطاق على أساس المسافة. وتوضح هذه الوثيقة بإيجاز وثيقة السياسات الإنمائية وتشرح المسألة والحل. تستمد هذه المقالة أيضا صيغة لحساب إستخدام عرض النطاق الترددي في حالة معينة.

ثانيا - لمحة عامة عن المسألة

لدى شركتك مركزي بيانات. تقوم شركتك بإجراء نسخ إحتياطي للبيانات المهمة للشركات من مركز بيانات إلى مركز بيانات آخر. قام مسؤول النسخ الاحتياطي بالإبلاغ عن عدم تمكنه من إنهاء النسخ الاحتياطي ضمن إطار النسخ الاحتياطي بسبب بطء الشبكة. كمسؤول شبكة، يتم تعيينك للتحقيق في مشكلة بطء الشبكة. أنت تعرف هذه العوامل:

• هذان النوعان من مراكز البيانات يبعد الواحد منهما عن الآخر 1000 كيلومتر.
  
  
• ويتم توصيل مراكز البيانات هذه عبر إرتباط بسرعة 1 جيجابت في الثانية.

وعند التحقيق، لاحظتم:

• يوجد عرض نطاق ترددي كافي.
  
  
• لا توجد أي مشاكل في أجهزة أو برامج الشبكة.
  
  
• يستخدم تطبيق النسخ الاحتياطي عرض النطاق الترددي بسرعة 10 ميجابت في الثانية فقط، حتى أن باقي عرض النطاق الترددي بسرعة 990 ميجابت في الثانية مجاني.
  
  
• يستخدم تطبيق النسخ الاحتياطي بروتوكول TCP لنقل البيانات.

منتج تأخير النطاق الترددي

للإجابة على سؤال تطبيق النسخ الاحتياطي الذي يستخدم 10 ميجابت في الثانية فقط، يقوم بتقديم منتج تأخير النطاق الترددي (BDP).

ويذكر مكتب السياسات الإنمائية ببساطة ما يلي:

BDP (وحدات بت) = total_available_bandwidth (وحدات بت/ثانية) x round_trip_time (ثانية)

أو، نظرا لأن RWIN/BDP يكون عادة بالبايت، ويتم قياس زمن الوصول بالمللي ثانية:

BDP (بالبايت) = total_available_bandwidth (كيلوبايت/ثانية) x round_trip_time (مللي ثانية)

هذا يعني أن نافذة TCP هي مخزن مؤقت يحدد كم البيانات التي يمكن نقلها قبل أن يتوقف الخادم وينتظر الإقرارات الخاصة بالحزم المستلمة. والإنتاجية مرتبطة في جوهرها بوثيقة السياسات الإنمائية. إذا كان بروتوكول BDP (أو RWIN) أقل من منتج زمن الوصول والنطاق الترددي المتاح، فلا يمكنك تعبئة البند نظرا لأنه يتعذر على العميل إرسال الإقرارات بسرعة كافية. لا يمكن أن يتجاوز الإرسال قيمة (RWIN / زمن الوصول)، لذلك يجب أن يكون إطار TCP (RWIN) كبيرا بما يكفي ليلائم الحد الأقصى_AVAILABLE_BANDWIDTH x maximum_EXPECTED_DELAY.

مع الصيغة أعلاه. صيغة حساب عرض النطاق الترددي المشتقة هي:

إستخدام النطاق الترددي (كيلوبت في الثانية)=BDP(بالبايت)/RTT(ms) * 8

ملاحظة: تحسب هذه الصيغة الحد الأقصى لاستخدام النطاق الترددي النظري. لا يأخذ هذا المحول وقت إرسال حزمة OS في الاعتبار لأنه يحتوي على العديد من العوامل المتعلقة، على سبيل المثال، الذاكرة المتوفرة أو برنامج تشغيل بطاقة واجهة الشبكة (NIC) أو سرعة بطاقة واجهة الشبكة (NIC) المحلية أو ذاكرة التخزين المؤقت أو حتى سرعة القرص في بعض الأحيان. ونتيجة لذلك، عندما يكون حجم نوافذ TCP كبيرا، فإن النطاق الترددي المحسوب سيكون أكبر من النطاق الترددي الفعلي. عندما يكون حجم نوافذ TCP كبيرا جدا، يمكن أن يكون الانحراف كبيرا أيضا.

باستخدام الصيغة المشتقة، يمكنك الإجابة على سؤال حول لماذا يستطيع تطبيق النسخ الاحتياطي إستخدام 10 ميجابت في الثانية فقط من خلال إجراء عملية حسابية أقل من ذلك.

• وبشكل عام، يبلغ طول سلسلة نقل البيانات (RTT) 15 كيلومترا تقريبا. إذا RTT=15 مللي ثانية
• وبشكل افتراضي، يبلغ حجم نظام التشغيل Windows 2003 17520 بايت. BDP=17،520 بايت
• ضع هذه الأرقام في المعادلة:

إستخدام النطاق الترددي (كيلوبت في الثانية) =17520/15*8.

وتكون النتيجة 9344 كيلوبت/ثانية أو 9. 344 ميجابت/ثانية. 9. 344 ميجابت في الثانية بالإضافة إلى بروتوكول TCP والرأس IP. تبلغ النتيجة النهائية نحو 10 ميجابت في الثانية.

التحقق من الصحة

كمسؤول شبكة، لقد قمت بالإجابة على السؤال نظريا. الآن تحتاج إلى تأكيد النظرية في العالم الحقيقي.

يمكنك إستخدام أي أداة لاختبار أداء الشبكة لتأكيد النظرية. لقد قررتم تشغيل IPERF لإظهار المسألة والحل.

هذا هو إعداد المختبر:

1. خادم في مركز البيانات 1 بعنوان IP 10.10.1.1.
2. عميل في مركز البيانات 2 بعنوان IP 172.16.2.1.

المخطط كما هو موضح في الصورة:

 يرجى اتباع الخطوات التالية للتحقق من:

1. قم بتشغيل iperf3 -s -p 5001 على 10.10.1.1 لتجعل منه خادما والاستماع إلى منفذ TCP 5001.
   
   
2. للاختبار باستخدام حجم نافذة TCP الافتراضي 17،520 بايت. قم بتشغيل iperf3 -c 10.10.1.1 -i 1 -t 360 -w 17520 -p 5001 على 172.16.2.1 لجعله عميل. يطلب هذا الأمر من iPERF الاتصال بالخادم على المنفذ 5001، ويتم تشغيله لمدة 360 ثانية ويبلغ عن إستخدام النطاق الترددي كل ثانية مع حجم TCP Windows 17520 بايت.
   
   
3. للاختبار باستخدام حجم نافذة TCP المخصص، مثل 6،553،500 بايت، قم بتشغيل iPERF3 -c 10.10.1.1 -i 1 -t 360 -w 6553500 -p 5001

هذه هي نتيجة إختبار Lab مع حجم نافذة TCP الافتراضي 17،520 بايت. يمكنك رؤية إستخدام النطاق الترددي بحوالي 10 ميجابت في الثانية.

C:\Tools>iperf3.exe  -c 10.10.1.1  -t 360  -p 5001 -i 1 -w 17520

Connecting to host 10.10.1.1, port 5001

[  4] local 172.16.2.1 port 49650 connected to 10.10.1.1 port 5001

[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth

[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth

[  4]   0.00-1.00   sec  1.30 MBytes  10.9 Mbits/sec

[  4]   1.00-2.02   sec   919 KBytes  7.41 Mbits/sec

[  4]   2.02-3.02   sec  1.28 MBytes  10.7 Mbits/sec

[  4]   3.02-4.02   sec  1.14 MBytes  9.59 Mbits/sec

[  4]   4.02-5.01   sec  1.24 MBytes  10.4 Mbits/sec

[  4]   5.01-6.01   sec  1.33 MBytes  11.3 Mbits/sec

[  4]   6.01-7.01   sec  1.15 MBytes  9.65 Mbits/sec

[  4]   7.01-8.01   sec  1.12 MBytes  9.36 Mbits/sec

[  4]   8.01-9.01   sec  1.22 MBytes  10.3 Mbits/sec

[  4]   9.01-10.01  sec  1.13 MBytes  9.49 Mbits/sec

[  4]  10.01-11.01  sec  1.30 MBytes  10.8 Mbits/sec

[  4]  11.01-12.01  sec  1.17 MBytes  9.84 Mbits/sec

[  4]  12.01-13.01  sec  1.13 MBytes  9.48 Mbits/sec

[  4]  13.01-14.01  sec  1.28 MBytes  10.7 Mbits/sec

[  4]  14.01-15.01  sec  1.40 MBytes  11.8 Mbits/sec

[  4]  15.01-16.01  sec  1.24 MBytes  10.4 Mbits/sec

[  4]  16.01-17.01  sec  1.30 MBytes  10.9 Mbits/sec

[  4]  17.01-18.01  sec  1.17 MBytes  9.78 Mbits/sec

                                                                                                                           

هذه هي نتيجة إختبار Lab مع حجم نافذة TCP 6،553،500 بايت. يمكنك أن ترى إستخدام عرض النطاق الترددي بحوالي 200 ميجابت في الثانية.

C:\Tools>iperf3.exe  -c 10.10.1.1  -t 360  -p 5001 -i 1 -w 6553500

Connecting to host 10.10.1.1, port 5001

[  4] local 172.16.2.1 port 61492 connected to 10.10.1.1 port 5001

[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth

[  4]   0.00-1.00   sec  29.1 MBytes   244 Mbits/sec

[  4]   1.00-2.00   sec  25.4 MBytes   213 Mbits/sec

[  4]   2.00-3.00   sec  26.9 MBytes   226 Mbits/sec

[  4]   3.00-4.00   sec  18.2 MBytes   152 Mbits/sec

[  4]   4.00-5.00   sec  25.8 MBytes   217 Mbits/sec

[  4]   5.00-6.00   sec  28.8 MBytes   241 Mbits/sec

[  4]   6.00-7.00   sec  26.1 MBytes   219 Mbits/sec

[  4]   7.00-8.00   sec  21.1 MBytes   177 Mbits/sec

[  4]   8.00-9.00   sec  22.5 MBytes   189 Mbits/sec

[  4]   9.00-9.42   sec  9.54 MBytes   190 Mbits/sec

الحل

من منظور تطوير البرامج، يمكن لتقنية المعالجة متعددة الخيوط لتشغيل مقاطع TCP المتعددة المتزامنة تحسين إستخدام النطاق الترددي العريض. ومع ذلك، فمن غير العملي أن يقوم مسؤول الشبكة أو النظام بتعديل كود المصدر. ما يمكنك القيام به هو ضبط نظام التشغيل بدقة.

يعمل RFC1323 على تحديد ملحقات TCP متعددة لبروتوكول TCP عالي الأداء. وتتضمن هذه الملحقات خيار نطاق النافذة و ACK الانتقائي. وتنفذها نظم التشغيل الرئيسية. ومع ذلك، وبشكل افتراضي، تتم كتابة بعض أنظمة التشغيل التي تعطلهم حتى مكدس TCP/IP لدعمهم.

• يقوم نظام التشغيل هذا بتعطيل RFC1323 بشكل افتراضي: Windows 2000 و Windows 2003 و Windows XP و Linux بنواة سابقة ل 2.6.8.

      إذا واجهت هذه المشكلة على نظام Microsoft Windows، فالرجاء اتباع هذا الارتباط لضبط TCP. https://support.microsoft.com/en-au/kb/224829.

      بالنسبة لأنظمة التشغيل الأخرى، يرجى الاطلاع على وثائق المورد حول كيفية تكوينها.

• يقوم نظام التشغيل هذا بتمكين RFC1323 بشكل افتراضي: نظام التشغيل Windows 2008 والإصدارات الأحدث، ونظام التشغيل Windows Vista والإصدارات الأحدث، ونظام التشغيل Linux المزود بنواة 2.6.8 والإصدارات الأحدث. قد تحتاج إلى تطبيق برامج التصحيح لتحسين هذه الوظائف. في بعض الظروف، من المرغوب تعطيلها. يرجى الاطلاع على وثائق الموردين حول كيفية تعطيلها.
  
  
• تم إنشاء بعض الأجهزة فوق نظام التشغيل Microsoft Windows 2000 أو Windows 2003 أو نظام التشغيل المدمج. على سبيل المثال، وحدات التخزين المتصلة بالشبكة (NAS) وأجهزة الرعاية الصحية. الرجاء التحقق من وثائق المورد للتحقق مما إذا تم تمكين RFC1323 أم لا.

كيف تعرف وقت الذهاب والعودة (RTT) بين موقعين؟

عموما، يرتبط RTT بالمسافة. يسرد الجدول التالي المسافة ونقاط الوصول عن بعد (RTT) ذات الصلة. يمكنك أيضا إستخدام إختبار الاتصال للحصول على بعض الأفكار عن RTT في ظروف الشبكة العادية.

المسافة (كم)	RTT(مللي ثانية)
1,000	15
4,000	50
8,000	120

ملاحظة: فيما يلي الدليل الرئيسي فقط، يمكن أن يختلف الوقت الحقيقي لوقت الانتقال. كما يتأثر زمن الوصول بالتقنية المستخدمة. على سبيل المثال، يمكن أن يكون زمن الوصول من الجيل الثالث 100 مللي ثانية بشكل متكرر بغض النظر عن المسافة. ويصدق هذا أيضا على الأقمار الصناعية.