El rendimiento de una red se puede medir utilizando varias herramientas disponibles en diferentes plataformas. Esta página explica la teoría detrás de lo que estas herramientas pretenden medir y los problemas relacionados con estas mediciones.
Razones para medir el rendimiento en redes. A la gente suele preocuparle medir el rendimiento máximo de datos en bits por segundo de un enlace de comunicaciones o acceso a la red. Un método típico para realizar una medición es transferir un archivo "grande" de un sistema a otro y medir el tiempo necesario para completar la transferencia o copia del archivo. Luego, el rendimiento se calcula dividiendo el tamaño del archivo por el tiempo para obtener el rendimiento en megabits , kilobits o bits por segundo.
Desafortunadamente, los resultados de tal ejercicio a menudo resultarán en un buen rendimiento inferior al rendimiento máximo de datos teórico, lo que lleva a las personas a creer que su enlace de comunicaciones no está funcionando correctamente. De hecho, hay muchos gastos generales que se tienen en cuenta en el rendimiento además de los gastos generales de transmisión, incluida la latencia , el tamaño de la ventana de recepción TCP y las limitaciones del sistema, lo que significa que el buen rendimiento calculado no refleja el rendimiento máximo alcanzable. [1]
El ancho de banda máximo se puede calcular de la siguiente manera: [2]
donde RWIN es la ventana de recepción de TCP y RTT es el tiempo de ida y vuelta de la ruta. El tamaño máximo de ventana TCP en ausencia de la opción de escala de ventana TCP es 65.535 bytes . Ejemplo: Ancho de banda máximo = 65.535 bytes/0,220 s = 297886,36 B/s * 8 = 2,383 Mbit /s. A través de una única conexión TCP entre esos puntos finales, el ancho de banda probado se restringirá a 2,376 Mbit/s incluso si el ancho de banda contratado es mayor.
El software de prueba de ancho de banda se utiliza para determinar el ancho de banda máximo de una red o conexión a Internet . Por lo general, se realiza intentando descargar o cargar la cantidad máxima de datos en un período de tiempo determinado, o una cantidad determinada de datos en el período de tiempo mínimo. Por esta razón, las pruebas de ancho de banda pueden retrasar las transmisiones de Internet a través de la conexión a Internet a medida que se realizan y pueden generar cargos de datos inflados.
El rendimiento de los enlaces de comunicaciones se mide en bits por segundo (bit/s), kilobits por segundo (kbit/s), megabits por segundo (Mbit/s) y gigabits por segundo (Gbit/s). En esta aplicación, kilo, mega y giga son los prefijos SI estándar que indican la multiplicación por 1.000 ( kilo ), 1.000.000 ( mega ) y 1.000.000.000 ( giga ).
Los tamaños de archivos generalmente se miden en bytes ; lo habitual son kilobytes , megabytes y gigabytes , donde un byte son ocho bits. En los libros de texto modernos, un kilobyte se define como 1.000 bytes, un megabyte como 1.000.000 de bytes, etc., de acuerdo con la norma de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) de 1998. Sin embargo, la convención adoptada por los sistemas Windows es definir 1 kilobyte como 1.024 (o 2 10 ) bytes, lo que equivale a 1 kibibyte . De manera similar, un tamaño de archivo de "1 megabyte" es 1.024 × 1.024 bytes, igual a 1 mebibyte ), y "1 gigabyte" 1.024 × 1.024 × 1.024 bytes = 1 gibibyte ).
Es habitual que la gente abrevie las expresiones de uso común. En cuanto al tamaño de los archivos, es habitual que alguien diga que tiene un archivo de '64 k' (es decir, 64 kilobytes) o un archivo de '100 megas' (es decir, 100 megabytes). Cuando se habla de velocidades de bits de circuitos , la gente usa indistintamente los términos rendimiento , ancho de banda y velocidad, y se refiere a un circuito como un circuito de '64 k' o un circuito de '2 megas', es decir, 64 kbit/s o 2 Mbit/s. s (consulte también la Lista de anchos de banda de conexión ). Sin embargo, un circuito de '64 k' no transmitirá un archivo de '64 k' en un segundo. Esto puede no ser obvio para quienes no están familiarizados con las telecomunicaciones y la informática, por lo que a veces surgen malentendidos. En realidad, un archivo de 64 kilobytes tiene un tamaño de 64 × 1.024 × 8 bits y el circuito de 64 k transmitirá bits a una velocidad de 64 × 1.000 bit/s, por lo que la cantidad de tiempo que se necesita para transmitir un archivo de 64 kilobytes a través de los 64 k circuito será al menos (64 × 1024 × 8)/(64 × 1000) segundos, lo que equivale a 8,192 segundos.
Algunos equipos pueden mejorar las cosas comprimiendo los datos a medida que se envían. Esta es una característica de la mayoría de los módems analógicos y de varios sistemas operativos populares . Si el archivo de 64 k se puede reducir mediante compresión , se puede reducir el tiempo necesario para transmitir. Esto se puede hacer de forma invisible para el usuario, por lo que un archivo altamente comprimible puede transmitirse considerablemente más rápido de lo esperado. Como esta compresión "invisible" no se puede desactivar fácilmente, se deduce que al medir el rendimiento utilizando archivos y cronometrar el tiempo de transmisión, se deben utilizar archivos que no se puedan comprimir. Normalmente, esto se hace utilizando un archivo de datos aleatorios, que se vuelve más difícil de comprimir cuanto más se acerca a lo verdaderamente aleatorio.
Suponiendo que sus datos no se puedan comprimir, los 8,192 segundos para transmitir un archivo de 64 kilobytes a través de un enlace de comunicaciones de 64 kilobit/s es un tiempo mínimo teórico que no se alcanzará en la práctica. Esto se debe al efecto de los gastos generales que se utilizan para formatear los datos de una manera acordada para que ambos extremos de una conexión tengan una vista coherente de los datos.
Hay al menos dos problemas que no son inmediatamente obvios al transmitir archivos comprimidos:
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Un enlace de comunicaciones común utilizado por muchas personas es el enlace serie asincrónico start-stop , o simplemente "asincrónico". Si tiene un módem externo conectado a la computadora de su hogar u oficina, lo más probable es que la conexión se realice a través de una conexión en serie asíncrona. Su ventaja es que es simple: se puede implementar usando solo tres cables: envío, recepción y señal a tierra (o señal común). En una interfaz RS-232 , a una conexión inactiva se le aplica un voltaje negativo continuo. Un bit 'cero' se representa como una diferencia de voltaje positiva con respecto a la señal de tierra y un bit 'uno' es un voltaje negativo con respecto a la señal de tierra, por lo que no se puede distinguir del estado inactivo. Esto significa que necesita saber cuándo comienza un bit "uno" para distinguirlo del estado inactivo. Esto se hace acordando de antemano qué tan rápido se transmitirán los datos a través de un enlace y luego usando un bit de inicio para señalar el inicio de un byte; este bit de inicio será un bit "cero". Los bits de parada son bits "uno", es decir, voltaje negativo.
En realidad, se habrán acordado más cosas de antemano: la velocidad de transmisión de bits, el número de bits por carácter, la paridad y el número de bits de parada (que significan el final de un carácter). Entonces, una designación de 9600-8-E-2 sería 9600 bits por segundo, con ocho bits por carácter, paridad par y dos bits de parada.
Una configuración común de una conexión en serie asíncrona sería 9600-8-N-1 (9600 bit/s, 8 bits por carácter, sin paridad y 1 bit de parada): se transmiten un total de 10 bits para enviar un carácter de 8 bits. (un bit de inicio, los 8 bits que componen el byte transmitido y un bit de parada). Esto supone una sobrecarga del 20%, por lo que un enlace serie asíncrono de 9.600 bit/s no transmitirá datos a 9.600/8 bytes por segundo (1.200 bytes/s), sino en este caso a 9.600/10 bytes por segundo (960 bytes/s). s), que es considerablemente más lento de lo esperado.
Puede empeorar. Si se especifica paridad y utilizamos 2 bits de parada, la sobrecarga para transportar un carácter de 8 bits es de 4 bits (un bit de inicio, un bit de paridad y dos bits de parada), ¡o 50%! En este caso, una conexión de 9600 bit/s transportará 9600/12 byte/s (800 byte/s). Las interfaces seriales asíncronas comúnmente soportarán velocidades de transmisión de bits de hasta 230,4 kbit/s. Si está configurado para que no tenga paridad y tenga un bit de parada, esto significa que la velocidad de transmisión de bytes es de 23,04 kbyte/s.
La ventaja de la conexión serie asíncrona es su simplicidad. Una desventaja es su baja eficiencia en el transporte de datos. Esto se puede solucionar utilizando una interfaz síncrona . En este tipo de interfaz, se agrega una señal de reloj en un cable separado y los bits se transmiten en sincronía con el reloj; la interfaz ya no tiene que buscar los bits de inicio y parada de cada carácter individual; sin embargo, es necesario Tener un mecanismo para garantizar que los relojes de envío y recepción se mantengan sincronizados, de modo que los datos se divida en cuadros de múltiples caracteres separados por delimitadores conocidos. Hay tres esquemas de codificación comunes para comunicaciones enmarcadas: HDLC , PPP y Ethernet .
Cuando se utiliza HDLC , en lugar de que cada byte tenga un inicio, una paridad opcional y uno o dos bits de parada, los bytes se reúnen en una trama . El inicio y el final de la trama se señalan mediante la 'bandera' y la detección de errores se lleva a cabo mediante la secuencia de verificación de la trama. Si la trama tiene una dirección de tamaño máximo de 32 bits, una parte de control de tamaño máximo de 16 bits y una secuencia de verificación de trama de tamaño máximo de 16 bits, la sobrecarga por trama podría llegar a 64 bits. Si cada trama transportara un solo byte, la eficiencia del rendimiento de datos sería extremadamente baja. Sin embargo, los bytes normalmente se agrupan, de modo que incluso con una sobrecarga máxima de 64 bits, las tramas que transportan más de 24 bytes son más eficientes que las conexiones en serie asíncronas. Como las tramas pueden variar en tamaño porque pueden tener diferentes números de bytes transportados como datos, esto significa que la sobrecarga de una conexión HDLC no es fija. [5]
El " protocolo punto a punto " (PPP) se define en los documentos de solicitud de comentarios de Internet RFC 1570, RFC 1661 y RFC 1662. Con respecto al entramado de paquetes, PPP es bastante similar a HDLC, pero admite ambos protocolos de bits. métodos orientados y orientados a bytes ("rellenos de octetos") para delimitar tramas manteniendo la transparencia de los datos. [6]
Ethernet es una tecnología de " red de área local " (LAN), que también está enmarcada. La forma en que se define eléctricamente el marco en una conexión entre dos sistemas es diferente de la tecnología de red de área amplia típica que utiliza HDLC o PPP implementado, pero estos detalles no son importantes para los cálculos de rendimiento. Ethernet es un medio compartido, por lo que no se garantiza que sólo los dos sistemas que están transfiriendo un archivo entre ellos tengan acceso exclusivo a la conexión. Si varios sistemas intentan comunicarse simultáneamente, el rendimiento entre cualquier par puede ser sustancialmente menor que el ancho de banda nominal disponible. [7]
Los enlaces punto a punto dedicados no son la única opción para muchas conexiones entre sistemas. También se pueden utilizar servicios basados en Frame Relay , ATM y MPLS . Al calcular o estimar el rendimiento de datos, es necesario comprender los detalles del formato de trama/celda/paquete y la implementación detallada de la tecnología. [8]
Frame Relay utiliza un formato HDLC modificado para definir el formato de trama que transporta datos. [9]
El modo de transferencia asíncrona (ATM) utiliza un método radicalmente diferente para transportar datos. En lugar de utilizar tramas o paquetes de longitud variable, los datos se transportan en celdas de tamaño fijo. Cada celda tiene 53 bytes de largo, con los primeros 5 bytes definidos como encabezado y los siguientes 48 bytes como carga útil. Las redes de datos comúnmente requieren paquetes de datos de más de 48 bytes, por lo que existe un proceso de adaptación definido que especifica cómo los paquetes de datos más grandes deben dividirse de manera estándar para ser transportados por las celdas más pequeñas. Este proceso varía según los datos transportados, por lo que en la nomenclatura ATM existen diferentes Capas de Adaptación ATM . El proceso definido para la mayoría de los datos se denomina Capa de Adaptación ATM No. 5 o AAL5 .
Comprender el rendimiento de los enlaces ATM requiere conocer qué capa de adaptación ATM se ha utilizado para los datos que se transportan. [10]
La conmutación de etiquetas multiprotocolo (MPLS) agrega una etiqueta o encabezado estándar conocido como "etiqueta" a los paquetes de datos existentes. En determinadas situaciones, es posible utilizar MPLS de forma "apilada", de modo que se agreguen etiquetas a los paquetes que ya han sido etiquetados. Las conexiones entre sistemas MPLS también pueden ser "nativas", sin protocolo de transporte subyacente, o los paquetes etiquetados MPLS pueden transportarse dentro de paquetes frame Relay o HDLC como cargas útiles. Los cálculos de rendimiento correctos deben tener en cuenta dichas configuraciones. Por ejemplo, un paquete de datos podría tener dos etiquetas MPLS adjuntas mediante "apilamiento de etiquetas" y luego colocarse como carga útil dentro de una trama HDLC. Esto genera más gastos generales que deben tenerse en cuenta que una única etiqueta MPLS adjunta a un paquete que luego se envía "de forma nativa", sin ningún protocolo subyacente a un sistema receptor. [11]
Pocos sistemas transfieren archivos y datos simplemente copiando el contenido del archivo en el campo 'Datos' de los marcos HDLC o PPP; se utiliza otra capa de protocolo para formatear los datos dentro del campo 'Datos' del marco HDLC o PPP. El protocolo de este tipo más utilizado es el Protocolo de Internet (IP), definido por RFC 791. Esto impone sus propios gastos generales.
Una vez más, pocos sistemas simplemente copian el contenido de los archivos en paquetes IP, pero utilizan otro protocolo que gestiona la conexión entre dos sistemas: TCP ( Protocolo de control de transmisión ), definido por RFC 1812. Esto añade su propia sobrecarga.
Finalmente, una capa de protocolo final gestiona el proceso de transferencia de datos real. Un protocolo comúnmente utilizado para esto es el " protocolo de transferencia de archivos [12]
