Fragestellungen und Meßkonzepte

Die zu untersuchenden Fragestellungen gliedern sich in verschiedene Bereiche:

• Wie verhält sich IPv6 im Vergleich zu IPv4 hinsichtlich Antwortzeiten und Datentransferleistung verschiedener Anwendungen?
• Wie verändert sich das Verhalten, wenn einerseits in einem LAN, andererseits in einem WAN gemessen wird?
• Welchen Einfluß hat die Anzahl der Router, die zwischen zwei Kommunikationsendpunkten liegen, auf die Geschwindigkeit des Datentransfers ^7.1?

Um diese Fragestellungen zu untersuchen, wurde eine Testumgebung aus Linux-basierten Routern und Stationen aufgebaut, die an den 6bone angeschlossen wurden.  

Messungen wurden mit den Protokollen ICMP, UDP und TCP durchgeführt, wobei Anwendungen (wie ping, socktest und ftp) verwendet wurden, die sowohl IPv4 als auch IPv6 als Transportprotokoll verwenden können.       Vergleichende Messungen wurden durchgeführt, indem ein Programm sowohl mit der IPv4-Adresse als auch mit der IPv6-Adresse der Gegenstelle aufgerufen wurde.

Die Aufrufe der Programme wurden unter Linux von Bourne-Shell-Skripten gesteuert. Die Laufzeit für verschiedene Paket- oder Dateigrößen und auch Tageszeiten wurden automatisch ermittelt; bei Verwendung von ping und ftp wurden die vom Programm gelieferten Zeiten ausgewertet, bei Verwendung von socktest wurde mit Hilfe des Unix-Kommandos time die real vergangene Ausführungszeit gemessen. Die verwendeten Skripte sind im Anhang aufgeführt.

Als Datenbestand für den Versand per UDP und TCP (FTP) wurden (mit dem Unix-Kommando dd) Dateien in verschiedenen Größen erzeugt. Die per FTP übertragenen Daten wurden auf der Empfängerseite in die Unix-Gerätedatei /dev/null ^7.2 geschrieben, um Meßfehler durch Schreiboperationen auf der Festplatte zu vermeiden.

Die Messungen wurden wie folgt durchgeführt:

• ICMP - Es wurden ICMP-Echo-Request-Pakete verschiedener Größen versendet und die Zeit gemessen, die bis zum Eintreffen des entsprechenden Echo-Reply-Paketes verging. Es wurden jeweils 5 Pakete versendet und der Mittelwert der Antwortzeiten betrachtet. Diese Funktionalität stellt das Kommando ping zur Verfügung.

  Aus den Paketgrößen und den Antwortzeiten wurde die Transferrate errechnet.

• UDP - Mit Hilfe des Programms socktest, das im Paket inet6-apps enthalten ist, wurden ASCII-Dateien verschiedener Größen an eine Gegenstelle versandt. Die Gegenstelle kopiert die Daten wieder an den Absender zurück.

  Aus den Dateigrößen und den mit Hilfe des Kommandos time gemessenen Zeiten wurde die Transferrate errechnet.

• TCP - Der im Paket inet6-apps enhaltene FTP-Server wurde zusammen mit dem entsprechenden Klienten verwendet, um Dateien verschiedener Größen zwischen zwei Stationen zu kopieren.

  Die vom FTP-Klienten gelieferten Transferraten wurden ausgewertet.

• Verhalten unter Last - Mit Hilfe der Fluten-Option des Kommandos ping (Schalter -f) wurden ICMP-Echo-Request-Pakete mit größtmöglicher Geschwindigkeit versandt.

  Es wurde die Zeit gemessen, in der alle Antwortpakete empfangen wurden.

Die beschriebenen Messungen wurden mit verschiedenen Parametern (Paketgröße, Dateigröße, Paketanzahl) jeweils zehnmal durchgeführt. Aus den gewonnenen Daten wurde der Mittelwert, Minimum, Maximum und die Stichproben-standardabweichung errechnet und in einer Datei gespeichert. Mit Hilfe des Programms gnuplot wurden die Mittelwerte sowie die 95%-Konfidenzintervalle grafisch dargestellt.

Bei der Interpretation der Messungen mit ICMP und UDP ist zu berücksichtigen, daß die übertragenen Daten sowohl versendet als auch wieder empfangen wurden. Die gemessenen Zeitdauern bzw. die errechneten Transferraten sind also nicht mit einem unidirektionalen Transfer wie z.B. mittels FTP vergleichbar.

Weiterhin besteht ein prinzipieller Unterschied in der Behandlung von verbindungsorientierten zu nicht-verbindungsorientierten Protokollen. TCP als verbindungsorientiertes Protokoll sorgt selbständig dafür, daß die vorhandene Netzwerk-Infrastruktur optimal ausgelastet wird. TCP beinhaltet Mechanismen zur Anpassung an die Übertragungsrate einer Verbindung (''Slow Start'', ''Congestion Avoidance'') und an Paketverluste (''Timeout and Retransmission''). Die Protokolle ICMP und UDP dagegen verwenden einfache Datagramme, deren Verlust oder Verzögerung nicht berücksichtigt wird. Details zur internen Funktionsweise dieser Protokolle sind in [4] zu finden.