pythonによるネットワークの片道遅延の測定

モチベーション

ある遅延と変動が大きい国際間通信について、往路、復路のどちらが通信に影響しているのか調べたい。PingによるRTT遅延測定ではなく、往路復路別々に測定したい。現状片道遅延が難しい理由は測定する2ノードの時間が正確に同期していなければならないため。ただ、今回のような国際回線はRTT 100msもあるので最寄りNTP同期で良しとする。せいぜい誤差数msだろうし、理論的な最短片道遅延も推測でき、そこからNTP同期ズレ値もある程度推測できると想定。
また、処理オーバーヘッドを考えると本来スクリプトで処理するべきではないけど、スクリプトにしたところで昨今のサーバなら1msも誤差を生じないだろう、ということで、楽ちんなPythonを選択。
かんたんにいうと、「ざっくり、てきとうに手抜きして」

手法

クライアント～サーバー間でupdパケット1往復

1. クライアントは(a)開始時刻を保存しサーバへパケット到着時間を問い合わせる
2. サーバは(b)そのパケットを受信した時間をクライアントへ返信
3. クライアントは(c)サーバからの返信を受信した時間を記録
4. (b) - (a) = 往路遅延 / (c) - (b) = 復路遅延

コード(minimum)

Server

owpingserver.py

# !/usr/bin/env python

import socket
import time

host = '0.0.0.0'
port = 12345
bufsize = 512

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock.bind((host,port))
while True:
   data,addr = sock.recvfrom(bufsize)
   sock.sendto("%.6f" % time.time(), addr)

Client

owpingclient.py

# !/usr/bin/env python

import socket
import time

host = 'localhost' # とりあえず自ＩＰを指定
port = 12345
bufsize = 512

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
stime = "%.6f" % time.time()
sock.sendto(stime, (socket.gethostbyname(host), port))
data, addr = sock.recvfrom(bufsize)
etime = "%.6f" % time.time()

print  "forward : " + str(float(data) - float(stime))
print  "backward: " + str(float(etime) - float(data))
print  "total:    " + str(float(etime) - float(stime))

time.sleep(1)
sock.close()

実際はパケロスもひどいので、リトライ処理とか、タイムアウト処理も必要だし、もう少し扱いやすい出力で実装したけど、今は省略。

とりあえずローカルホストで実行

同一ホスト内（localhost）で実施

$ python owpingserver.py &
$ python owpingclient.py
forward : 0.000324964523315
backward: 4.81605529785e-05
total:    0.000373125076294

$ ping localhost -c 1
PING localhost (127.0.0.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from localhost (127.0.0.1): icmp_seq=1 ttl=64 time=0.017 ms

--- localhost ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.017/0.017/0.017/0.000 ms

ping より精度が少なくとも1桁は劣る。。。主に往路のオーバーヘッドが重いなあ。まあ10μsと100μsの精度の差、だいたい想定どおり。国際回線じゃ無視していいだろ。（あきらめが肝心）

実際の国際回線での測定結果

青線:往復、オレンジ:往路、緑:復路。半日ぐらいバッチで走らせて、グラフ化して読み取れることは

1. 明らかにRTT遅延に対する往路遅延の影響はでかい
2. 地理的経路はほぼ同じ（はず）で片道15msはやや短めな気がするので、ノードの時間が最大3msぐらいずれてるかも。
3. 私は休日の早朝からなにやってるんだろう。
   

ちなみに同じデータセンタの違うインスタンスで試したら1マイクロ秒ぐらい未来の時間が帰ってきたｗ

追記

2017/2/26: Cで等価なコードに書いてみたけど150μs減ぐらい。思ったより改善しなかった。当面pythonでいいや。