Medición del rendimiento de la red

El rendimiento de una red se puede medir utilizando diversas herramientas disponibles en diferentes plataformas. Esta página explica la teoría que subyace a lo que estas herramientas pretenden medir y los problemas relacionados con dichas mediciones.

Razones para medir el rendimiento en redes. A menudo, existe interés en medir el rendimiento máximo de datos ( en bits por segundo) de un enlace de comunicación o acceso a la red. Un método típico para realizar esta medición consiste en transferir un archivo grande de un sistema a otro y medir el tiempo necesario para completar la transferencia o copia del archivo. El rendimiento se calcula dividiendo el tamaño del archivo entre el tiempo para obtener el rendimiento en megabits , kilobits o bits por segundo.

Desafortunadamente, los resultados de este tipo de ejercicio suelen arrojar un rendimiento efectivo inferior al máximo rendimiento teórico de datos, lo que lleva a pensar que el enlace de comunicaciones no funciona correctamente. De hecho, el rendimiento incluye muchos gastos generales además de los gastos generales de transmisión, como la latencia , el tamaño de la ventana de recepción TCP y las limitaciones del sistema, lo que significa que el rendimiento efectivo calculado no refleja el máximo rendimiento alcanzable. ^{[ 1 ]}

El ancho de banda máximo se puede calcular de la siguiente manera:

${\displaystyle \mathrm {Rendimiento} \leq {\frac {\mathrm {RWIN} }{\mathrm {RTT} }},}$

donde RWIN es la ventana de recepción TCP y RTT es el tiempo de ida y vuelta para la ruta. El tamaño máximo de la ventana TCP en ausencia de la opción de escala de ventana TCP es de 65.535 bytes . Ejemplo: Ancho de banda máximo =65 535 bytes / 0,220 s =297 886 .36  B/s × 8 = 2,383 Mbit /s. En una única conexión TCP entre esos puntos finales, el ancho de banda probado se limitará 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 . Generalmente, se realiza intentando descargar o subir la máxima cantidad de datos en un tiempo determinado, o una cantidad determinada de datos en el menor tiempo posible. Por este motivo, las pruebas de ancho de banda pueden retrasar las transmisiones de internet mientras se realizan y pueden generar cargos por consumo de datos excesivos.

El rendimiento de los enlaces de comunicación 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 estándar del SI que indican la multiplicación por 1000 ( kilo ),1 000 000 ( mega ), y1 000 000 000 ( giga ).

El tamaño de los archivos se suele medir en bytes ; kilobytes , megabytes y gigabytes son las unidades habituales, donde un byte son ocho bits. En los libros de texto modernos, un kilobyte se define como1000 bytes, un megabyte como1 000 000 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 1024 (o 2 ¹⁰ ) bytes, que es igual a 1 kibibyte . De manera similar, un tamaño de archivo de 1 megabyte es 1024 × 1024 bytes, igual a 1 mebibyte , y 1 gigabyte es 1024 × 1024 × 1024 bytes = 1 gibibyte .     

Algunos equipos pueden mejorar la situación comprimiendo los datos durante su transmisión. Esta es una característica de la mayoría de los módems analógicos y de varios sistemas operativos populares . Si un archivo de 64  KB se puede comprimir , el tiempo de transmisión se reduce. Esto se realiza de forma imperceptible para el usuario, por lo que un archivo altamente compresible puede transmitirse mucho más rápido de lo esperado. Dado que esta compresión invisible no se puede desactivar fácilmente, al medir el rendimiento mediante archivos y cronometrar el tiempo de transmisión, se deben usar archivos que no se puedan comprimir. Normalmente, esto se hace con un archivo de datos aleatorios, cuya compresión se vuelve más difícil cuanto más aleatorio sea.

Suponiendo que sus datos no se puedan comprimir, los 8,192 segundos necesarios para transmitir un archivo de 64 kilobytes a través de un enlace de comunicación de 64 kilobits/s representan un tiempo mínimo teórico que no se alcanzará en la práctica. Esto se debe al efecto de la sobrecarga, que se utiliza para formatear los datos de una manera acordada, de modo que ambos extremos de la conexión tengan una visión coherente de los datos.

Hay al menos dos problemas que no resultan inmediatamente obvios a la hora de transmitir archivos comprimidos:

1. La compresión no mejora el rendimiento de la red en sí. Desde la perspectiva de extremo a extremo (del servidor al cliente), la compresión sí mejora el rendimiento. Esto se debe a que la cantidad de información que se puede transmitir con la misma cantidad de datos aumenta gracias a la compresión de archivos.
2. La compresión de archivos tanto en el servidor como en el cliente requiere más recursos del procesador en ambos extremos. El servidor debe usar su procesador para comprimir los archivos, si aún no lo ha hecho. El cliente debe descomprimir los archivos al recibirlos. Esto puede considerarse un gasto (para el servidor y el cliente) a cambio de un mayor rendimiento de extremo a extremo (aunque el rendimiento de la red en sí no haya cambiado). ^{[ 2 ]}

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Un enlace de comunicación común utilizado por muchas personas es el enlace serie asíncrono de inicio y parada , o simplemente asíncrono . Si tiene un módem externo conectado a su computadora de casa u oficina, lo más probable es que la conexión sea a través de un enlace serie asíncrono. Su ventaja es su simplicidad : se puede implementar utilizando solo tres cables: Envío, Recepción y Tierra de señal (o común de señal). En una interfaz RS-232 , una conexión inactiva tiene una tensión negativa continua aplicada. Un bit cero se representa como una diferencia de tensión positiva con respecto a la Tierra de señal y un bit uno es una tensión negativa con respecto a la Tierra de señal, por lo que es indistinguible del estado inactivo. Esto significa que necesita saber cuándo comienza un bit uno para distinguirlo del estado inactivo. Esto se hace acordando de antemano la velocidad a la que se transmitirán los datos a través de un enlace, luego usando un bit de inicio para señalar el comienzo de un byte ; este bit de inicio será un bit cero . Los bits de parada son bits uno , es decir, tensión negativa.

En realidad, se habrán acordado más detalles de antemano : la velocidad de transmisión de bits, el número de bits por carácter, la paridad y el número de bits de parada (que indican el final de un carácter). Así, una designación de 9600-8-E-2 significaría 9600 bits por segundo, con ocho bits por carácter, paridad par y dos bits de parada.

Una configuración común para una conexión serie asíncrona sería 9600-8-N-1 ( 9600 bits/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 9600 bits/s no transmitirá datos a 9600/8 bytes por segundo (1200 bytes/s), sino a 9600/10 bytes por segundo (960 bytes/s), lo que resulta considerablemente más lento de lo esperado.

La situación puede empeorar. Si se especifica la paridad y usamos dos bits de parada, la sobrecarga para transmitir un carácter de 8 bits es de cuatro bits (un bit de inicio, un bit de paridad y dos bits de parada), es decir, el 50 %. En este caso, una conexión de 9600 bits/s transmitirá 9600/12 bytes/s (800 bytes/s). Las interfaces seriales asíncronas suelen admitir velocidades de transmisión de bits de hasta 230,4 kbit/s . Si se configura sin paridad y con un bit de parada, la velocidad de transmisión de bytes es de 23,04 kbytes/s .

La ventaja de la conexión serie asíncrona es su simplicidad. Una desventaja es su baja eficiencia en la transmisión de datos. Esto se puede solucionar utilizando una interfaz síncrona . En este tipo de interfaz, se añade una señal de reloj en un cable independiente y los bits se transmiten en sincronía con el reloj ; la interfaz ya no tiene que buscar los bits de inicio y fin de cada carácter individual . Sin embargo, es necesario contar con un mecanismo que garantice la sincronización entre los relojes de envío y recepción, por lo que los datos se dividen en tramas de varios caracteres separadas por delimitadores conocidos. Existen tres esquemas de codificación comunes para comunicaciones con tramas : HDLC , PPP y Ethernet.

Pocos sistemas transfieren archivos y datos simplemente copiando el contenido del archivo en el campo "Datos" de las tramas HDLC o PPP ; se utiliza otra capa de protocolo para formatear los datos dentro de dicho campo. El protocolo más utilizado es el Protocolo de Internet (IP), definido por la RFC 791. Este protocolo conlleva sus propios costos adicionales.

Nuevamente, pocos sistemas simplemente copian el contenido de los archivos en paquetes IP, sino que utilizan otro protocolo que gestiona la conexión entre dos sistemas : TCP ( Protocolo de Control de Transmisión ), definido por la RFC 1812. Esto añade su propia sobrecarga.

Finalmente, una capa de protocolo final gestiona el proceso de transferencia de datos propiamente dicho. Un protocolo comúnmente utilizado para esto es el Protocolo de Transferencia de Archivos (FTTP ). ^{[ 11 ]}

• Ancho de banda asintótico
• Medición del tráfico de red
• Modelo de generación de tráfico
• Speedof.me - Prueba de ancho de banda HTML5

• Documento del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley sobre la medición del ancho de banda disponible