home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Netware Super Library / Netware Super Library.iso / app_note / an006c / an006c.txt
Text File  |  1991-01-28  |  21KB  |  447 lines
  1.  NetWare Internal and External Bridge
  2.  Performance Benchmarking
  3.  
  4.  Drew F. Jackman
  5.  Associate Consultant
  6.  Systems Engineering Division
  7.  
  8. Abstract:
  9.  
  10. One of the key factors of network optimization is performance. Bridges are
  11. used on the local area networks to increase the performance of a particular
  12. section within the network. In doing this, the traffic between sections
  13. (over the bridge) suffers. A network administrator must decide which
  14. bridging configuration will give the best performance: internal or
  15. external, dedicated or nondedicated. When integrating a bridging
  16. configuration, all costs must be weighed against the advantages and
  17. disadvantages.
  18.  
  19. Introduction
  20.  
  21. This document describes two network bridging configurations for NetWare
  22. LANs (internal and external) and summarizes the benchmarking tests
  23. performed on these configurations. The benchmarking tests were designed to
  24. isolate the bridging machine as the device under test, with all other
  25. network elements kept constant. This method shows any change to the
  26. bridging machine reflected in the results of the performance tests (in the
  27. throughput). One test was conducted as a control, and is the standard to
  28. which all the other tests will be compared. 
  29.  
  30. Throughout this document the terms bridge and router are interchangeable,
  31. since the NetWare products operate at the network layer (third) of the Open
  32. Systems Interconnection (OSI) model instead of at the data-link layer
  33. (second). But in keeping with terminology originally used by Novell for
  34. this particular function, the term bridge is used. 
  35.  
  36. All 286 NetWare bridges can connect up to four subnets to make an
  37. internetwork appear as one logical network. Each bridge in a network keeps
  38. a dynamic routing table containing the addresses of the other nodes on the
  39. network. It contains the fastest route to each node, and for better
  40. reliability, it also contains a list of alternate routes that can be used
  41. if the primary route were to go down. 
  42.  
  43. Interesting points illustrated by this testing are: (1) the comparison
  44. between internal and external bridges, (2) the comparison between SFT
  45. NetWare v2.15 and NetWare 386 v3.0, (3) the degradation curve caused by
  46. adding external bridges in series, and (4) the performance comparison
  47. between a dedicated and a nondedicated bridge.
  48.  
  49. Bridges
  50.  
  51. NetWare bridges are internal and external. An internal bridge is contained
  52. within a file server and operates along with the normal file server
  53. functions. Thus an internal bridge is actually bridging information through
  54. a file server to another network or backbone on the LAN. An external bridge
  55. is a separate machine running the bridging software that connects multiple
  56. networks. This type of bridge can function in one of two ways: solely as a
  57. bridge (dedicated), or as a bridge that simultaneously functions as a
  58. workstation (nondedicated). A bridge functions as the buffer between two
  59. similar or dissimilar protocols. It can also be used to break one large
  60. network into two smaller ones to increase the performance of each by
  61. reducing the traffic on the wire. 
  62.  
  63. An external bridge used strictly as a bridge is called a dedicated bridge.
  64. A dedicated bridge does nothing but interconnect multiple networks by
  65. conveying data among them.
  66.  
  67. An external bridge that functions as a bridge and as a workstation
  68. simultaneously is called a nondedicated bridge. In a nondedicated bridge
  69. the bridging software runs on top of DOS and the workstation shell. In
  70. addition to the possible degradation in processing speed of the workstation
  71. and bridge (due to both processes occurring simultaneously on the same
  72. machine), there is also a possibility that the other applications running
  73. on that workstation will malfunction and cause the bridging process to
  74. stop. All the workstations connected through the bridge/workstation will be
  75. cut off from the network on the opposite side of the bridge. 
  76.  
  77. Test description
  78.  
  79. Each of the tests was configured and performed with the purpose of
  80. isolating the bridging section as the test module.
  81.  
  82. Hardware
  83.  
  84. The benchmark tests were performed with the following hardware
  85. configurations. Each of the tests was performed by accessing a Novell 286B
  86. file server set at 8MHz with 0 wait states. This file server was installed
  87. with a Novell Disk Coprocessor Board (DCB), a CDC WREN III embedded SCSI
  88. drive, and an NE2000 Ethernet adapter. The file server was accessed through
  89. the different bridging devices (see Figure XX).
  90.  
  91. The dedicated and nondedicated internal 2.15 and 3.0 file server tests were
  92. performed using a Compaq 386 25MHz computer, installed with an ISADISK disk
  93. driver and 2MB of memory (the minimum amount needed to run NetWare 386).
  94. The nondedicated file servers were kept busy with a single Novell 286A
  95. workstation logged in and running the performance evaluation test program
  96. (PERFORM2 described below). The two internal configurations were run a
  97. second time using a 286B 8MHz computer installed with a Novell DCB. This
  98. enabled a comparison of the internal and external bridges. Each of the
  99. internal bridge tests used five Samsung 386S 20MHz computers and one Novell
  100. 386AE 16MHz computer as the workstations (see Appendix A).
  101.  
  102. All internal bridge tests were performed using NE2000 Ethernet adapters in
  103. the file server, the bridging machine and the workstations. Thin cable
  104. Ethernet (RG-58 A/U) was used to connect the network.
  105.  
  106. Figure 1: General block diagram of the bridging test setup 
  107.  
  108. The external bridge tests used the same six workstations used in the
  109. internal bridge tests. The computers used as the dedicated external bridges
  110. were 8MHz 286As, set at 0 wait states. The nondedicated bridge tests also
  111. used one (or two) of the same 286As as the bridging devices. All of the
  112. external configurations were connected by NE2000 Ethernet adapters. The
  113. only exception occurred during the multiple dedicated bridge tests where
  114. NE1000 Ethernet adapters were used in the workstations, with NE2000s in the
  115. bridges and the file server.
  116.  
  117. During the read overlaid performance test (described below) the workstation
  118. adapter had little or no effect on the degradation of the final throughput
  119. because all six workstations were transmitting through one conduit-the
  120. bridge adapter and file server adapter. The workstation adapters wait for a
  121. turn to transmit through the bridge and file server adapters. Thus the
  122. NE1000s used in the workstations during the external dedicated tests had no
  123. effect on the final system throughput when compared with the NE2000s used
  124. in the workstations. To isolate the bridging device as the test module, the
  125. file server adapter and bridging adapter were not changed, but the bridging
  126. configuration was changed. Thus each test examined the bridging device
  127. only.
  128.  
  129. Software
  130.  
  131. The operating system on the file server of Figure XX was SFT NetWare v2.15.
  132. The bridging file servers (internal bridges) were booted with either SFT
  133. NetWare v2.15 or NetWare 386 v3.0. The external bridges were booted from
  134. the bridging software included in the NetWare 2.15 software package. The
  135. dedicated bridges were configured in real mode and the nondedicated in
  136. protected mode (see SFT/Advanced Bridges manual for more information). The
  137. tests were executed using the PERFORM2 (version 2.3) performance evaluation
  138. program,which has a record size of 4,096 bytes and 1,000 iterations for
  139. each test.
  140.  
  141. Only the read overlaid function of PERFORM2 was used during the
  142. benchmarking tests, which enabled testing of only the bridging component.
  143. Workstations making overlaid read requests access the same data repeatedly.
  144. After the first workstation accesses the information from the hard disk, it
  145. is in the file server's cache memory to be used by all the workstations
  146. requesting it, eliminating the hard disk access speed from the test. Since
  147. all test configurations access the data from memory at the same speed, the
  148. file server memory access is also eliminated from the tests. This leaves
  149. only the degradation caused by the bridging device-the intended result of
  150. the tests. The NetWare 386 v3.0 internal bridge tests were run several
  151. times to allow the dynamic memory allocation to stabilize (see Technical
  152. Overview; NetWare 386, ppg. 21 and 22).
  153.  
  154. Configuration
  155.  
  156. The internal bridge configurations tested were as follows:
  157.  
  158. Dedicated bridging v2.15 file server
  159.  
  160. Nondedicated bridging v2.15 file server (nondedicated, in this case,
  161. meaning that it is busy performing its file server functions while it is
  162. bridging)
  163.  
  164. Dedicated 386 v3.0 file server
  165.  
  166. Nondedicated 386 v3.0 file server (nondedicated meaning that it is busy
  167. being a file server)
  168.  
  169. The external bridge configurations tested included the following:
  170.  
  171. Dedicated bridge configurations with from one to six bridging machines in
  172. series
  173.  
  174. Nondedicated bridge
  175.  
  176. Two nondedicated bridges in series
  177.  
  178.  
  179. Test Results
  180.  
  181. The first configuration tested was the control model with no bridging. The
  182. resulting throughput was 623 Kbyte/s. This value was used to compare the
  183. degradation experienced by the other bridging configurations. 
  184.  
  185. Internal
  186.  
  187. The results of the internal bridge tests demonstrate the immediate
  188. performance degradation caused by bridging. As displayed in Figure XX, a
  189. substantial performance drop occurs when network packets or requests pass
  190. through a bridging device. For this configuration, the drop is a 41 percent
  191. decrease in throughput. This is the best possible throughput for this
  192. configuration.
  193.  
  194. The next point illustrated by the internal bridge tests is the performance
  195. comparison between the two versions of NetWare (SFT v2.15 and 386 v3.0). As
  196. shown in Figure XX both types of file servers functioned at approximately
  197. the same level of throughput.
  198.  
  199. Figure 2: Internal bridge comparison 
  200.  
  201. External
  202.  
  203. A NetWare external bridge can be configured as dedicated or nondedicated.
  204. The first test performed on the external bridges involved adding from one
  205. to six dedicated bridges in series and testing the throughput of the system
  206. as each bridge was added (see Appendix A). The results of this test show
  207. the resulting performance degradation curve (see Figure XX). This happens
  208. when information passes through an internet with multiple bridges between
  209. the accessing workstation and the intended file server. A similar
  210. performance curve would occur when information passes through multiple
  211. internal bridges.
  212.  
  213. Figure 3: Multiple bridge degradation curve 
  214.  
  215. The initial degradation through the first bridge results in a 43 percent
  216. drop in throughput. Each additional bridge adds a small percentage to this
  217. initial performance degradation. Table I contains each percentage, from one
  218. to six bridges, as compared to the configuration with no bridge (no bridge
  219. is equal to a zero percent drop in throughput). For example, for six
  220. bridges in series, there is an 81 percent throughput degradation compared
  221. to the no bridge test. This makes the throughput of a six bridge network
  222. only 19 percent of a no bridge network's throughput. If more bridges were
  223. added, the curve in Figure XX would continue in a steady decline. After a
  224. total of sixteen bridges, NetWare would eliminate the packet to ensure that
  225. the packet would not continue through a circular internet connection.
  226.  
  227.  
  228. Table I: Percent performance degradation compared to no bridge
  229.  
  230. Number of bridges   1    2    3    4    5    6
  231.  
  232. Performance drop    43%  52%  60%  72%  76%  81%
  233.  
  234.  
  235. The nondedicated bridge tests were run by operating the performance
  236. evaluation test (PERFORM2) in two network drives (see Figure XX). One
  237. directory had six workstations simultaneously performing the test, while
  238. the bridges/workstations were in another directory running the same type of
  239. test. The workstations were physically connected through the bridge(s).
  240.  
  241. Figure 4: Nondedicated bridge hardware and software setup 
  242.  
  243. The results show that the nondedicated bridge is the slowest of the
  244. bridging configurations. With one nondedicated bridge the throughput drops
  245. 60 percent. With two nondedicated bridges in series the performance drop is
  246. 67 percent. Figure XX illustrates the performance of the nondedicated
  247. configuration as compared to the test using no bridge. These results
  248. represent the throughput for the six workstations, not the throughput of
  249. the bridge/workstations. During the nondedicated test, the
  250. bridge/workstations were cut to less than 10 percent of the throughput
  251. shown in the test using no bridge. The workstation installed with the
  252. bridging software was slowed down to approximately 
  253. 30 to 60 Kbyte/s. 
  254.  
  255. Figure 5: Nondedicated bridge degradation 
  256.  
  257. A performance comparison between the two types of external bridges is shown
  258. in Figure XX. Because the nondedicated bridges are functioning
  259. simultaneously as workstations, throughput is slowed. A user can expect an
  260. average of 30 percent less performance (throughput) through a nondedicated
  261. bridge. 
  262.  
  263. Figure 6: Comparison of dedicated and nondedicated bridge performance 
  264.  
  265. The next comparison that can be drawn from the bridging tests is between
  266. internal and external bridges (dedicated and nondedicated). The results of
  267. the internal and external bridge comparison show the internal bridge has a
  268. 10 percent slower throughput. If the nondedicated configurations are
  269. compared, the internal bridge has a 15 percent slower throughput (see
  270. Figure XX). If the internal bridge is heavily loaded with file server
  271. tasks, its throughput is even slower. Remember this set of internal bridge
  272. tests used a 286B file server so the comparison between internal and
  273. external would be valid.
  274.  
  275. Figure 7: Comparison of internal and external bridges 
  276.  
  277. These results indicate the nondedicated internal bridge configuration is
  278. the slowest type of bridge when a file server with a slow processor is used
  279. (clock and processor). By picking a fast file server carefully, this
  280. problem can be eliminated. If the bridging file server is heavily loaded
  281. down, the throughput will decline whether the file server is fast or not.
  282.  
  283. Conclusion
  284.  
  285. The information contained in the test results shows some important points
  286. that need to be emphasized. The first is the unavoidable performance
  287. degradation (throughput degradation) that occurs when information passes
  288. through a bridging device. The second is the comparison between external
  289. and internal bridges. The third is throughput comparison between the two
  290. versions of NetWare (286 v2.15 and 386 v3.0), and the fourth and final
  291. point is the curve obtained as information passes through multiple bridges.
  292.  
  293. When a bridge is placed on an internet, the best possible throughput for
  294. the information passing through the bridge is approximately 60 percent, as
  295. compared to the throughput of an internet without the bridge. If multiple
  296. bridges are added, or the bridging machine has a slow clock speed and
  297. processor, the throughput will be reduced even more. 
  298.  
  299. Figure 8: Comparison of performance drop corresponding to each type of
  300. bridge 
  301.  
  302. There are two things to consider when deciding between an internal and an
  303. external bridge. The first is the overall cost of adding the new software
  304. and hardware. The second is the performance (throughput) achieved with the
  305. chosen bridge type. For example, if there are multiple file servers on one
  306. backbone, and some of the workstations on that backbone need to access a
  307. second backbone, one option is using an internal bridge. The only
  308. additional cost is the installation of an extra adapter in one of the
  309. existing file servers, to make it the internal bridge between the two
  310. backbones. The performance would depend on how busy the new bridging file
  311. server is, and how fast the file server hardware operates (clock and
  312. processor speed). The throughput, compared to no bridge, would be from 40
  313. percent to 60 percent. This would be a reliable bridging configuration (see
  314. Table II). The best solution in this case is a fast file server that is not
  315. heavily used. If a dedicated external bridge is chosen, the average
  316. performance would be better than with an internal bridge, but the cost is
  317. greater. The throughput would stay around 60 percent. A new machine with
  318. two new adapters is needed as the bridge. This would be the best choice if
  319. performance maximization and reliability are the ultimate goal. 
  320.  
  321. The final possible configuration in this situation is using an existing
  322. workstation as a nondedicated external bridge. The only expense is the
  323. extra adapter. This configuration is inexpensive, but would also result in
  324. a very slow throughput. It could also cause malfunctions between the two
  325. backbones periodically. The system throughput would average around 40
  326. percent of the configuration using no bridge, and the bridge/workstation
  327. throughput would be less than 10 percent.
  328.  
  329.  
  330.  Table II: Advantages and disadvantages of bridging configurations compared
  331.  
  332.  Option   Reliability    Performance    Additional     Restrictions
  333.  
  334.  No bridge  High           100%         None           Cannot split traffic
  335.  Internal   Medium         40-60%       One extra      Bridging server can
  336.                                                        be tied up
  337.  Dedicated  Medium         60%          Extra machine  None
  338.  external                               and two adapters    
  339.  Non-       Low            30-40%       One extra      Applications on the 
  340.                                         dedicated adapter  BR/WS can hang. 
  341.                                                        Performance across
  342.                                                        the BR/WS about 10
  343.                                                        percent.
  344.  
  345. The reliability factor is a gauge of whether the bridge is likely to go
  346. down. 
  347.  
  348. Another question to address when creating an internal bridge is which
  349. operating system will give the best throughput, 286 v2.15 or 386 v3.0. The
  350. answer is simple-both operate the bridging function equally well. Use
  351. whichever is most convenient. Whether they will perform equally when both
  352. file servers are heavily loaded remains to be seen in a future test.
  353.  
  354. With a large internet information may pass through more than one bridge. As
  355. shown in Table II, the initial drop through the first bridge is about 40
  356. percent (making the throughput 60 percent as compared with no bridge). Each
  357. additional bridge drops the resulting throughput an average of eight
  358. percent. If throughput from one backbone to another is vital, then a one
  359. (or a no) bridge maximum should be designed into the internet. The criteria
  360. for deciding which configuration of bridges to use in an internet follows:
  361.  
  362.  
  363.  
  364. No bridge: high throughput unless there is high traffic, no extra cost
  365.  
  366. External dedicated bridge: consistently high throughput, high setup cost
  367.  
  368. External nondedicated bridge: low throughput, medium to low setup cost
  369.  
  370. Internal bridge: medium to high throughput, low setup cost
  371.  
  372.  
  373. Appendix A
  374.  
  375. Figure 9: Test setup for dedicated internal bridges 
  376.  
  377. Figure 10: Test setup for nondedicated internal bridges 
  378.  
  379. Figure 11: Test setup for multiple external bridges 
  380.  
  381.  
  382. Appendix B
  383.  
  384.  Table III: Data gathered from the benchmarking tests
  385.  
  386.  Configuration           Throughput     Utilization    Utilization
  387.                          Kbyte/s        bridging       accessed
  388.                                         file server    file server
  389.  
  390.  No bridge between the 
  391.  file server and 
  392.  workstations            622.92         N/A            98%
  393.  
  394.  
  395.  Internal bridge in 
  396.  a NetWare v2.15         363.57         69%            97%
  397.  dedicated file server
  398.  using 386 processor
  399.  
  400.  Internal bridge in 
  401.  a NetWare v2.15         366.88         87%            97%
  402.  nondedicated file server
  403.  using 386 processor
  404.  
  405.  Internal bridge in 
  406.  a NetWare v3.0          365.20         68%            97%
  407.  dedicated file server
  408.  
  409.  Internal bridge in 
  410.  a NetWare v3.0          364.26         85%            95%
  411.  nondedicated file server
  412.  
  413.  Internal bridge in 
  414.  a NetWare v2.15         320.61         100%           85%
  415.  dedicated file server
  416.  using 286 processor
  417.  
  418.  Internal bridge in 
  419.  a NetWare v2.15         213.37         99%            56%
  420.  nondedicated file server
  421.  using 286 processor
  422.  
  423.  External dedicated 
  424.  bridge                  365.39         N/A            93%
  425.  
  426.  Two external dedicated 
  427.  bridges                 295.97         N/A            78%
  428.  
  429.  Three external 
  430.  dedicated bridges       251.86         N/A            67%
  431.  
  432.  Four external 
  433.  dedicated bridges       172.52         N/A            45%
  434.  
  435.  Five external dedicated 
  436.  bridges                 150.83         N/A            40%
  437.  
  438.  Six external dedicated 
  439.  bridges                 119.50         N/A            30%
  440.  
  441.  External nondedicted 
  442.  bridge                  250.31         N/A            65%
  443.  
  444.  Two external 
  445.  nondedicated bridges    206.72         N/A            57%
  446.  
  447.