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Laurent GUERBY, 15/07/2013 00:25

Projet agregation v2

Divers

  • 1 Mbit/s = 83 frames de 1500 byte/sec = 1 frame de 1500 byte toutes les 12 ms
  • l'augmentation de latence sur la ligne permet la detection de la saturation des buffer
  • on peut mesurer les variations de latence en regardant les variations de difference de timestamp destination moins source
  • sur 1 Mbit/s si 20 utilisateurs envoient des paquets de 1500 byte ca fait 4 frame de 1500 byte/sec par utilisateur soit une latence de 250ms (~ 50 kbit/s par utilisateur)

Resolution de time.time()

guerby@pc2:~/work/tetaneutral.net/python/pa2$ cat ttime.py 
import time

N=1000
l=[]
for i in xrange(N):
    t1=time.time()
    t2=time.time()
    dt=t2-t1
    l.append(dt)

l.sort()
print l[0],l[-1],l[N/2],l[9*N/10]
guerby@pc2:~/work/tetaneutral.net/python/pa2$ python ttime.py 
9.53674316406e-07 3.00407409668e-05 1.90734863281e-06 2.14576721191e-06
guerby@pc2:~/work/tetaneutral.net/python/pa2$ python ttime.py 
9.53674316406e-07 1.19209289551e-05 1.90734863281e-06 2.14576721191e-06
guerby@pc2:~/work/tetaneutral.net/python/pa2$ python ttime.py 
9.53674316406e-07 0.000508069992065 1.90734863281e-06 2.14576721191e-06

=> autour de 2 microsecondes en pratique

Résolution de select en python

guerby@pc2:~/work/tetaneutral.net/python/pa2$ cat tselect.py 
import time
import select
from socket import *
from select import select

s1 = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
s2 = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)

N=1000
l=[]
for i in xrange(N):
    t1=time.time()
    r = select([s1,s2],[],[],1.0e-9)
    t2=time.time()
    dt=t2-t1
    l.append(dt)

l.sort()
print l[0],l[-1],l[N/2],l[9*N/10]
guerby@pc2:~/work/tetaneutral.net/python/pa2$ python tselect.py 
9.77516174316e-06 0.000253915786743 1.09672546387e-05 1.12056732178e-05
guerby@pc2:~/work/tetaneutral.net/python/pa2$ python tselect.py 
9.77516174316e-06 5.41210174561e-05 1.09672546387e-05 1.12056732178e-05

=> 12 microsecondes
=> 18 microsecondes avec 5 socket vs 2 donc compter + 2 micro/socket

Generer un payload random

import random
import struct

N=256*256*256*256-1
S=160000
random.seed(0)
s="".join([struct.pack("I",random.randint(0,N)) for i in xrange(S/4)])
print S,len(s)

Premiere mesure de controle de latence : debit

  • sur une ligne ADSL capable de 11 Mbit/s soutenu TCP
  • du serveur (gw) vers le client (stg) on envoie un paquet UDP de 1200 byte toutes les 1200/D secondes avec un numero de sequence, un timestamp serveur en microseconde et un payload random
  • sur le client on note le timestamp client en microseconde, le numero de sequence et le timestamp server du paquet
  • une fois le test fini (1000 paquets) on calcule paquet par paquet la difference timestamp client moins timestamp server
  • on calcul le min de ces differences sur tous les paquets
  • on graphe chaque difference moins le min des difference = la deviation par rapport a la normale en microseconde

Avec D = 10 Mbit/s = en dessous de la capacité de la ligne ça donne :

Avec D = 15 Mbit/s = au dessus de la capacité de la ligne ça donne :

On voit sur les deux graphes des petits pics qui correspondent aux moments ou le modem ADSL pedale un peu pour envoyer.

On voit donc dans le deuxieme cas le buffer du modem se remplir au fur et a mesure de l'envoi des paquets => c'est parfaitement observable donc maitrisable.

Le but de l'algorithme de controle est de baisser le debit cible quand on voit la mesure de controle deriver pour la ramener proche d'un niveau normal.

Note : a cause d'un drift possible d'horloge entre le client et le serveur le niveau normal de la mesure doit etre calculé sur les N derniers paquets / minutes.

Deuxieme mesure : paquet par seconde

Cette fois ci a debit fixé a 10 Mbit/s soit en dessous de la capacité de la ligne on fait varier la taille du paquet donc le nombre de paquet par seconde (pps)

  • Taille 200 = 5485 pps 8.7 Mbit/s sur theo a 6250 pps
  • Taille 350 = 3552 pps 9.9 Mbit/s sur theo a 3570 pps
  • Taille 400 = 3126 pps 10 Mbit/s sur theo a 3125 pps

On voit donc qu'il y a aussi une limite de traitement en pps sur le modem qui peut entrainer du buffer bloat

A noter que si on rajoute les 20 bytes de header IP et 8 byte de header UDP dans le compteur de débit on sature plutot vers 6500 pps pour 10 Mbit/s, soit 190 byte/packet, payload de 190-20-8=162 byte

Script de test utilisé : iperf-20120304.py

tuntap

http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.3

http://backreference.org/2010/03/26/tuntap-interface-tutorial/

  • http://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet_frame
    Preamble        Start of frame delimiter    MAC destination    MAC source    802.1Q tag (optional)    Ethertype (Ethernet II) or length (IEEE 802.3)    Payload    Frame check sequence (32‑bit CRC)    Interframe gap
7 octets of 10101010    1 octet of 10101011    6 octets    6 octets    (4 octets)    2 octets    42–1500 octets    4 octets    12 octets

# envoyer un paquet UDP "AAAA" en python IPv4 et IPv6
import socket
addr="" 
buf="AAAA" 
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
peer=("10.40.0.1",32767)
s.bind((addr, 0))
s.sendto(buf,peer)

s6 = socket.socket(socket.AF_INET6, socket.SOCK_DGRAM)
s6.bind((addr, 0))
peer6=("2a01:6600:8081:cb01::1",32767)
s6.sendto(buf,peer6)

Resultats sur tuntap :

ipv4
depuis 10.40.0.2 MAC f2:b3:28:1c:f4:88 
vers 10.40.0.1:32767 MAC 26:af:3e:41:71:be
envoi UDP payload "AAAA" 

paquet len = 50
000 00  000 00  008 08  000 00  038 26  175 AF  062 3E  065 41  113 71  190 BE  242 F2  179 B3  040 28  028 1C  244 F4  136 88 
008 08  000 00  069 45  000 00  000 00  032 20  000 00  000 00  064 40  000 00  064 40  017 11  038 26  123 7B  010 0A  040 28 
000 00  002 02  010 0A  040 28  000 00  001 01  203 CB  245 F5  127 7F  255 FF  000 00  012 0C  029 1D  012 0C  065 41  065 41 
065 41  065 41 

ipv4 pareil mais depuis 10.50.0.2 vers 10.50.0.1:32767 avec vlan tag 128
paquet len = 54
000 00  000 00  129 81  000 00  038 26  175 AF  062 3E  065 41  113 71  190 BE  242 F2  179 B3  040 28  028 1C  244 F4  136 88 
129 81  000 00  000 00  128 80  008 08  000 00  069 45  000 00  000 00  032 20  000 00  000 00  064 40  000 00  064 40  017 11 
038 26  103 67  010 0A  050 32  000 00  002 02  010 0A  050 32  000 00  001 01  178 B2  222 DE  127 7F  255 FF  000 00  012 0C 
054 36  015 0F  065 41  065 41  065 41  065 41 

ipv6 
depuis 2a01:6600:8081:cb01::2 MAC  f2:b3:28:1c:f4:88 
vers [2a01:6600:8081:cb01::1]:32767 MAC 26:af:3e:41:71:be
envoi UDP payload "AAAA" 

from tap paquet len = 70
000 00  000 00  134 86  221 DD  038 26  175 AF  062 3E  065 41  113 71  190 BE  242 F2  179 B3  040 28  028 1C  244 F4  136 88 
134 86  221 DD  096 60  000 00  000 00  000 00  000 00  012 0C  017 11  255 FF  042 2A  001 01  102 66  000 00  128 80  129 81 
203 CB  001 01  000 00  000 00  000 00  000 00  000 00  000 00  000 00  002 02  042 2A  001 01  102 66  000 00  128 80  129 81 
203 CB  001 01  000 00  000 00  000 00  000 00  000 00  000 00  000 00  001 01  193 C1  022 16  127 7F  255 FF  000 00  012 0C 
133 85  049 31  065 41  065 41  065 41  065 41

Compression

http://www.oberhumer.com/opensource/lzo/

Here are some original timings done on an Intel Pentium 133 back in 1997. Multiply by a constant factor for modern machines.

memcpy(): ~60 MB/sec
LZO1X decompression in C: ~16 MB/sec
LZO1X decompression in optimized assembler: ~20 MB/sec
LZO1X-1 compression: ~5 MB/sec
More detailed results can be found in the documentation.

https://github.com/jd-boyd/python-lzo

Allocation équitable de bande passante

Les outils comme tc http://en.wikipedia.org/wiki/Tc_(Linux) permettent d'allouer equitablement de la bande passante par IP source cf leur usage actuel Buffer_Bloat.

Ces outils travaillent au niveau paquet par paquet donc en présence de plusieurs paquets de 1500 bytes provenant de plusieurs utilisateurs la latence pour les petits paquets d'autre utilisateurs va être fortement impactée, par exemple si 15 utilisateurs

Une solution alternative est de travailler en volume et non plus par paquet : chaque paquet envoyé sur le tunnel va contenir des fragments de paquet de tous les utisateurs au prorata equitable.

Exemple concret : une ligne ADSL avec 15 utilisateurs, pour arrondir supporte un paquet a 1500 byte a 1 Mbit/s soit un paquet 1500 toute les 12 ms. 14 envoient du TCP a 1500 byte et le dernier fait des ping de 100 byte.
  • solution par paquet classique : la latence du ping dans le pire des cas est 14*12ms= 168 ms et elle va etre fortement variable suivant le nombre de paquet de 1500 des autres utilisateurs.
  • solution en volume : la latence du ping est de 12ms constante. Si le paquet ping est entre 100 et 200 alors la latence sera simplement de 2*12ms = 24ms constante aussi.

Test de re-bind

En cas de changement d'IP sur la ligne ADSL le NAT des modem / routeurs peut couper une connection UDP établie (visible sur openvpn) la solution est de forcer un changement de port source si la connection apparait comme non fonctionnelle

import sys
import socket

mode=sys.argv[1]
RBUFL=2000
remote_port=6600

if mode=="client":
    remote_addr=sys.argv[2]
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    s.bind(("", 0))
    peer=(remote_addr,remote_port)
    s.sendto("TOTO1",peer)
    s.close()
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    s.bind(("", 0))
    s.sendto("TOTO2",peer)
else:
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    s.bind(("", remote_port))
    p,peer=s.recvfrom(RBUFL)
    print p,peer
    p,peer=s.recvfrom(RBUFL)
    print p,peer

Test :

client$ python tbind.py client testlg1 6600
# while on server:
server$ python tbind.py server
TOTO1 ('192.168.1.18', 47975)
TOTO2 ('192.168.1.18', 60607)

=> changement de port effectif

Perte de paquet

On observe des pertes de paquets consecutifs sur la ligne ADSL free a Saint-Gaudens mais pas de saturation de buffer a 15 Mbit/s : c'est probablement ce qui explique la faible performance TCP.

Perte de paquet 3 lignes

Envoi de 10000 paquets de 1200 byte UDP a un rythme de 2 Mbit/s sur les 3 lignes ADSL de saint gaudens (orange, free, FDN), on mesure la variation de demi-ping = Y par time stamp reception saint-gaudens = X, le tout en nombre de microseconde

Les pertes sont donc bien synchrones entre les 3 lignes ADSL.

Attachements