1. Трохи теорії
2. Практичні результати
3. Опис тестування
3.1 Швидкісний запитальний канал
3.2 Запитальний канал GPRS / EDGE
3.3 Вплив помилок в каналі
1. Трохи теорії
Особливістю супутникового каналу є досить велика затримка поширення сигналу. Щоб пройти від оператора до супутника і від супутника до абонента, радіохвилях потрібно близько 250 мс. Крім того, існує затримка в "запитному" (наземному) каналі, яка може варіюватися в широких межах - від декількох десятків мілісекунд для швидкісних наземних підключень до одиниць секунд при використанні сильно завантажених мереж GPRS. До цього треба ще додати затримку передачі інформації в самій мережі Інтернет. В результаті при роботі через асиметричний супутниковий інтернет затримка практично не буває менше 300 мс, а при запитному каналі GPRS може варіюватися в межах від приблизно півсекунди до декількох секунд.
Більшість способів передачі трафіку, що працюють в Інтернет, використовують протокол TCP (transmission control protocol, протокол управління передачею). TCP заснований на підтвердження прийому інформації, і якщо в заданий інтервал часу підтвердження не приходить, то передача сповільнюється або зовсім припиняється. Налаштування протоколу TCP в більшості систем орієнтовані на підключення з невеликим часом затримки сигналу. При роботі таких систем через супутниковий канал підтвердження протоколу TCP не приходять в заданий настройками інтервал часу, і передача даних починає обмежуватися не швидкість супутникового каналу, а затримкою поширення.
Збільшити швидкість передачі даних можна за рахунок запуску декількох одночасних сесій TCP ( "потоків закачування") - швидкість кожної сесії буде обмежуватися затримкою на каналі, але сумарна швидкість виросте. Однак цей спосіб збільшує і кількість переданої службової інформації, як в "прямому" супутниковому каналі, так і в "запитному" наземному.
Інший спосіб - збільшити час очікування підтвердження. Це час задається так званим "вікном TCP" (TCP Window Size). "Вікно TCP" - це кількість байт, яке може бути передано до того, як очікується отримання першого підтвердження. Велике "вікно TCP" дозволяє отримати досить великі швидкості передачі навіть на каналі зі значно затримкою. Але чим більше "вікно", тим повільніше росте швидкість передачі до максимального значення. Тобто, збільшення "вікна TCP" ефективно тільки при "закачування" досить великих обсягів інформації (файлів). Практичні рекомендації по установці "вікна TCP" наведені на нашому сайті в розділі "Часті питання".
Третій спосіб - застосувати "акселератор трафіку", наприклад Slonax або Globax, який замість стандартного TCP використовує власний протокол, як правило, на базі UDP, малочутливий до затримок на каналі. Але це призводить до ускладнення настройки системи на стороні клієнта, а в разі закачування файлів - часто і до збільшення обсягів вхідної інформації (при економії обсягів "виходить"). Робота з акселераторами - предмет окремого вивчення і тут далі не розглядається.
На швидкість отримання інформації також впливає пропускна здатність наземного каналу. Якщо наземний канал обмежує швидкість відправки запитів і підтверджень на сервер, то і швидкість отримання даних з сервера буде обмежена.
2. Практичні результати
У лабораторії StarBlazer досліджувалася залежність максимально досяжної швидкості "закачування" файлів від параметрів "запитальний" каналу і налаштувань вікна TCP на комп'ютері користувача. Використовувалися операційна система Windows XP SP2, плата супутникового прийому Technotrend S2-3200, запитальні канали ADSL (швидкість "вихідного" трафіку 384 кбіт / с) і GPRS / EDGE.
Результати виглядають наступним чином:
* Наведене відношення "вихідний / вхідний" характерно для використання плат сімейства Technotrend S2 з BDA-драйверами для Windows. При використанні інших супутникових плат та інших драйверів відношення "вихідний / вхідний" може істотно відрізнятися.
Наведені результати були отримані в наступних умовах:
- Асиметричний супутниковий доступ SB hybrid оператора StarBlazer, обмеження швидкості на супутниковому каналі відключено.
- Використовуваний супутник IntelSat 904 (несуча 11526V, 5300 ks / s, DVB-S2, FEC 5/6) Супутникова антена - офсетний, діаметром 0.9 метра, марки Супрал.
- Малошумящий підсилювач-конвертер (LNB) - універсальний телевізійний, Ku-діапазону, марки Inverto.
- Плата супутникового прийому - Technotrend S2-3200 (PCI).
- Місце розташування антени - Підмосков'ї, індикатор потужності сигналу S2-3200 - "Signal quality - 100%, Signal level - 80%" (для інших плат показання при тому ж рівні сигналу можуть відрізнятися в будь-яку сторону).
- Підключення до мережі StarBlazer здійснювалося по VPN через вузол доступу vpn60ev.starblazer.ru.
- Вимірювання швидкості проводилися шляхом скачування по протоколу HTTP файлів розміром 6.5 і 25 Мбайт з сервера у внутрішній мережі StarBlazer. Використовувалася програма Download Master 5.5.11.
3. Опис тестування
Далі наведено докладний опис випробувань, в результаті яких були отримані вищенаведені дані.
3.1 Швидкісний запитальний канал
Перша серія випробувань проводилася зі швидкісним запитним каналом (підключення до Інтернет по ADSL, швидкість вихідного трафіку до 384 кбіт / с). Схожі результати повинні виходити на будь-якому запитному каналі стабільної якості і зі швидкістю вихідного трафіка від 100 кбіт / с і вище. Параметри каналу (запитальний + супутниковий) виміряні перед початком випробувань і залишалися незмінними протягом усієї серії.
Статистика Ping для 217.150.4.110
- Пакетів: відправлено = 200, отримано = 200, втрачено = 0 (0% втрат)
- Приблизний час прийому-передачі в мс: мінімальне = 308 мсек, максимальне = 489 мсек, середнє = 403 мсек
Перше випробування - вікно TCP "за замовчуванням"
Налаштування "вікна TCP" за замовчуванням (16 кбайт для Windows XP). Закачування файлу розміром 6.5 Мбайт в одну сесію TCP.
Видно, що максимальна швидкість обмежена на рівні приблизно 400 кбіт / с (швидкість закачування файлу за даними Download Master - 45 кбайт / с). Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1:95.
Закачування того ж файлу при п'яти одночасних сесіях TCP (в п'ять потоків).
Максимальна швидкість близько 2 Мбіт / с, швидкість закачування файлу за даними Download Master - 190 кбайт / с. Збільшився як вихідний, так і вхідний трафік (службова інформація на відкриття і підтримку додаткових сесій TCP), ставлення вихідний / вхідний трафік - 1:65.
При закачуванні в вісім потоків.
Максимальна швидкість близько 3 Мбіт / с, швидкість закачування файлу за даними Download Master - 270 кбайт / с. Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1:60.
Друге випробування - вікно TCP 64 кбайта
"Вікно TCP" встановлено на значення 64 кбайта. Це максимальний розмір, допустимий в "оригінальної" версії протоколу TCP, з яким можуть працювати всі сайти в Інтернет.
Закачування файлу розміром 6.5 Мбайт в один потік.
Максимальна швидкість обмежена на рівні приблизно 1.5 Мбіт / с (швидкість закачування файлу за даними Download Master - 145 кбайт / с). Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1: 110.
Те ж саме при закачуванні в п'ять потоків.
Швидкість закачування файлу за даними Download Master - 240 кбайт / с. Видно завершення окремих потоків "закачування" і початок нових, швидкість кожного з яких наростає поступово. Обсяг вхідної інформації збільшився за рахунок встановлення нових сесій TCP (потоків закачування). Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1:70.
При закачуванні в вісім потоків.
Максимальна швидкість понад 4 Мбіт / с, але швидкість закачування за даними Download Master - 310 кбайт / с. Файл виявився занадто коротким і закачування закінчилася раніше, ніж швидкість передачі по протоколу TCP встигла вийти на "сталий" рівень.
Та ж закачування в вісім потоків при вікні 64 кбайта, але для файлу розміром 25 Мбайт.
Швидкість закачування файлу за даними Download Master - 430кбайт / с. Видно завершення окремих потоків "закачування" і початок нових. Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1:60.
Третє випробування - вікно TCP 256 кбайт
Слід мати на увазі, що при встановленні сесії TCP відбувається узгодження параметрів між сервером і клієнтом. У цьому випробуванні на сервері підтримувалися вікна TCP великого розміру. Якщо на сервері не підтримуються опції TCP за стандартом RFC 1323, то максимальний розмір вікна TCP виявиться обмежений значенням 64 кбайта, як в попередньому випробуванні.
Закачування файлу розміром 6.5 Мбайт в один потік при вікні TCP розміром 256кбайт.
Максимальна швидкість більш 2.5 Мбіт / с, швидкість закачування файлу за даними Download Master - 180 кбайт / с (для файлу більшого розміру результуюча швидкість була б трохи вище, такі вимірювання проводилися з файлом розміром 25 Мбайт). Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1: 120.
Закачування в п'ять потоків, для файлу розміром 25 Мбайт.
Швидкість закачування файлу за даними Download Master - 400кбайт / с. Видно завершення окремих потоків "закачування" і початок нових. Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1:75.
Закачка о восьмій потоків для файлу розміром 25 Мбайт.
Швидкість закачування файлу за даними Download Master - 520 кбайт / с. Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1:65.
3.2 Запитальний канал GPRS / EDGE
Параметри каналу (запитальний GPRS / EDGE + супутниковий) заміряні перед початком серії випробувань, під час випробувань помітно змінювалися. Випробування проводилися по можливості в моменти найбільшої стабільності характеристик каналу.
Статистика Ping для 217.150.4.110
- Пакетів: відправлено = 200, отримано = 198, втрачено = 2 (1% втрат)
- Приблизний час прийому-передачі в мс: мінімальне = 697 мсек, максимальне = 2778 мсек, середнє = 1002 мсек
Перше випробування - вікно TCP "за замовчуванням"
Налаштування "вікна TCP" за замовчуванням (16 кбайт для Windows XP). Закачування файлу розміром 6.5 Мбайт в одну сесію TCP (потік).
Максимальна швидкість обмежена на рівні приблизно 160 - 200 кбіт / с. Видно, що в ході закачування файлу відбувалося погіршення характеристик каналу з втратою пакетів. Швидкість сесії TCP при цьому падає практично до нуля, після чого плавно намагається піднятися до максимального значення, при якому пакети ще не втрачаються. В результаті швидкість закачування файлу за даними Download Master - 16 кбайт / с. Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1: 100.
Закачування того ж файлу в п'ять потоків.
Обсяг вхідного і вихідного трафіку зріс за рахунок встановлення додаткових сесій. Швидкість закачування файлу за даними Download Master - 75 кбайт / с. Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1:80.
Закачування того ж файлу в вісім потоків.
Максимальна швидкість - понад 1 Мбіт / с. Швидкість закачування файлу за даними Download Master - 100 кбайт / с. Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1:75.
Друге випробування - вікно TCP 64 кбайта
"Вікно TCP" встановлено на значення 64 кбайта. (Максимальний розмір, допустимий в "оригінальної" версії протоколу TCP, з яким можуть працювати всі сайти Інтернет).
Закачування файлу розміром 6.5 Мбайт в одну сесію TCP (потік).
Швидкість близько 500 кбіт / с, швидкість закачування файлу за даними Download Master - 65 кбайт / с. Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1: 130.
Закачування того ж файлу в п'ять потоків.
Пікова швидкість - близько 2.5 Мбіт / с, швидкість закачування файлу за даними Download Master - 150 кбайт / с. Видно завершення основного кількості потоків (сесій TCP) і "докачка" залишився обсягу даних з встановленням нових сесій, які не встигають "розігнатися" до великих швидкостей. Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1:90.
Закачування того ж файлу в вісім потоків.
Швидкість закачування файлу за даними Download Master - 170 кбайт / с. Суттєвого "прискорення" в порівнянні з п'ятьма потоками не відбувається - позначається обмеження швидкості на запитному каналі. Обсяг вхідного і вихідного трафіку дещо збільшився, ставлення вихідний / вхідний трафік - 1:90.
Третє випробування - вікно TCP 256 кбайт
"Вікно TCP" встановлено на значення 256 кбайт, встановлені параметри Tcp1323Opts і SackOpts. На сервері підтримувалися вікна TCP великого розміру.
Закачування файлу розміром 6.5 Мбайт в один потік.
Швидкість закачування файлу за даними Download Master - 75 кбайт / с, тобто вже мало відрізняється від вікна TCP 64 кбайта - позначається обмеження запитальний канал. Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1: 120.
Закачування того ж файлу в п'ять потоків.
Швидкість закачування файлу за даними Download Master - 165 кбайт / с. Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1:85. Обмеження максимальної швидкості пов'язано, можливо, з погіршенням параметрів запитальний канал в процесі передачі, але сумарна швидкість закачування істотно не знизилася.
Закачування того ж файлу в вісім потоків.
Швидкість закачування файлу за даними Download Master - 185 кбайт / с. Видно завершення основного кількості потоків (сесій TCP) і "докачка" залишилися даних з встановленням нових сесій, які не встигають "розігнатися" до великих швидкостей. Суттєвого "прискорення" в порівнянні з п'ятьма потоками не відбувається - позначається обмеження швидкості на запитному каналі. Ставлення вихідний / вхідний трафік - 1:85.
3.2 Вплив помилок в каналі
Помилки (пропажа пакетів) як в запитному, так і в супутниковому каналі призводять до різкого падіння швидкості TCP-сесії практично до нуля, після чого швидкість повільно піднімається до значень, при яких ще не відбувається втрата пакетів (процедура slow-start). При цьому відбувається збільшення обсягів переданого трафіку і зниження результуючої швидкості передачі.
Як приклад можна взяти закачування файлу з запитним каналом GPRS / EDGE в момент різкого погіршення його характеристик. Закачування відбувалася в п'ять потоків з вікном TCP "за замовчуванням".
Швидкість закачування файлу за даними Download Master - 45 кбайт / с, співвідношення вихідний / вхідний - 1:60.
Те ж саме для стабільного запитальний канал GPRS / EDGE.
Швидкість закачування файлу за даними Download Master - 75 кбайт / с, тобто майже вдвічі вище, ніж при нестабільному каналі, співвідношення вихідний / вхідний також краще - 1:80.
Якщо порівняти обсяги вхідного і вихідного трафіку, то видно, що через помилки в запитному каналі помітно збільшився обсяг переданих даних і, відповідно, погіршилося ставлення вихідний / вхідний.
