Marcas de tiempo de Winsock
Introducción
Las marcas de tiempo de los paquetes son una característica fundamental para muchas aplicaciones de sincronización de reloj, por ejemplo, protocolo de tiempo de precisión. Cuanto más cerca esté la generación de marca de tiempo, es cuando el hardware del adaptador de red recibe o envía un paquete, más preciso puede ser la aplicación de sincronización.
Por lo tanto, las API de marca de tiempo descritas en este tema proporcionan a la aplicación un mecanismo para notificar las marcas de tiempo que se generan bien debajo del nivel de aplicación. En concreto, una marca de tiempo de software en la interfaz entre el miniporte y el NDIS, y una marca de tiempo de hardware en el hardware NIC. La API de marca de tiempo puede mejorar considerablemente la precisión de la sincronización del reloj. Actualmente, la compatibilidad se limita a los sockets del Protocolo de datagramas de usuario (UDP).
Marcas de tiempo de recepción
La recepción de marca de tiempo se configura a través de la SIO_TIMESTAMPING IOCTL. Use ese IOCTL para habilitar la recepción de marca de tiempo de recepción. Cuando recibe un datagrama mediante la función LPFN_WSARECVMSG (WSARecvMsg), su marca de tiempo (si está disponible) se encuentra en el mensaje de control SO_TIMESTAMP .
SO_TIMESTAMP (0x300A) se define en mstcpip.h. Los datos del mensaje de control se devuelven como UINT64.
Transmitir marcas de tiempo
La recepción de la marca de tiempo de transmisión también se configura a través del SIO_TIMESTAMPING IOCTL. Use ese IOCTL para habilitar la recepción de marca de tiempo de transmisión y especifique el número de marcas de tiempo de transmisión que el sistema almacenará en búfer. A medida que se generan marcas de tiempo de transmisión, se agregan al búfer. Si el búfer está lleno, se descartan las nuevas marcas de tiempo de transmisión.
Al enviar un datagrama, asocie el datagrama a un mensaje de control SO_TIMESTAMP_ID . Debe contener un identificador único. Envíe el datagrama, junto con su mensaje de control SO_TIMESTAMP_ID, mediante WSASendMsg. Es posible que las marcas de tiempo de transmisión no estén disponibles inmediatamente después de que WSASendMsg devuelva. A medida que las marcas de tiempo de transmisión están disponibles, se colocan en un búfer por socket. Use el SIO_GET_TX_TIMESTAMP IOCTL para sondear la marca de tiempo por su identificador. Si la marca de tiempo está disponible, se quita del búfer y se devuelve. Si la marca de tiempo no está disponible, WSAGetLastError devuelve WSAEWOULDBLOCK. Si se genera una marca de tiempo de transmisión mientras el búfer está lleno, se descarta la nueva marca de tiempo.
SO_TIMESTAMP_ID (0x300B) se define en mstcpip.h. Debe proporcionar los datos del mensaje de control como UINT32.
Las marcas de tiempo se representan como un valor de contador de 64 bits. La frecuencia del contador depende del origen de la marca de tiempo. En el caso de las marcas de tiempo de software, el contador es un valor QueryPerformanceCounter (QPC) y puede determinar su frecuencia a través de QueryPerformanceFrequency. En el caso de las marcas de tiempo de hardware de NIC, la frecuencia del contador depende del hardware de la NIC y puede determinarla con información adicional dada por CaptureInterfaceHardwareCrossTimestamp. Para determinar el origen de las marcas de tiempo, use las funciones GetInterfaceActiveTimestampCapabilities y GetInterfaceSupportedTimestampCapabilities .
Además de la configuración de nivel de socket mediante la opción de socket SIO_TIMESTAMPING para habilitar la recepción de marca de tiempo para un socket, también se necesita la configuración de nivel de sistema.
Estimación de la latencia de la ruta de acceso de envío de socket
En esta sección, usaremos las marcas de tiempo de transmisión para calcular la latencia de la ruta de acceso de envío del socket. Si tiene una aplicación existente que consume marcas de tiempo de E/S de nivel de aplicación( donde la marca de tiempo debe estar lo más cerca posible del punto real de transmisión), en este ejemplo se proporciona una descripción cuantitativa de la cantidad de API de marcas de tiempo de Winsock que pueden mejorar la precisión de la aplicación.
En el ejemplo se supone que solo hay una tarjeta de interfaz de red (NIC) en el sistema y que interfaceLuid es el LUID de ese adaptador.
void QueryHardwareClockFrequency(LARGE_INTEGER* clockFrequency)
{
// Returns the hardware clock frequency. This can be calculated by
// collecting crosstimestamps via CaptureInterfaceHardwareCrossTimestamp
// and forming a linear regression model.
}
void estimate_send_latency(SOCKET sock,
PSOCKADDR_STORAGE addr,
NET_LUID* interfaceLuid,
BOOLEAN hardwareTimestampSource)
{
DWORD numBytes;
INT error;
CHAR data[512];
CHAR control[WSA_CMSG_SPACE(sizeof(UINT32))] = { 0 };
WSABUF dataBuf;
WSABUF controlBuf;
WSAMSG wsaMsg;
ULONG64 appLevelTimestamp;
dataBuf.buf = data;
dataBuf.len = sizeof(data);
controlBuf.buf = control;
controlBuf.len = sizeof(control);
wsaMsg.name = (PSOCKADDR)addr;
wsaMsg.namelen = (INT)INET_SOCKADDR_LENGTH(addr->ss_family);
wsaMsg.lpBuffers = &dataBuf;
wsaMsg.dwBufferCount = 1;
wsaMsg.Control = controlBuf;
wsaMsg.dwFlags = 0;
// Configure tx timestamp reception.
TIMESTAMPING_CONFIG config = { 0 };
config.flags |= TIMESTAMPING_FLAG_TX;
config.txTimestampsBuffered = 1;
error =
WSAIoctl(
sock,
SIO_TIMESTAMPING,
&config,
sizeof(config),
NULL,
0,
&numBytes,
NULL,
NULL);
if (error == SOCKET_ERROR) {
printf("WSAIoctl failed %d\n", WSAGetLastError());
return;
}
// Assign a tx timestamp ID to this datagram.
UINT32 txTimestampId = 123;
PCMSGHDR cmsg = WSA_CMSG_FIRSTHDR(&wsaMsg);
cmsg->cmsg_len = WSA_CMSG_LEN(sizeof(UINT32));
cmsg->cmsg_level = SOL_SOCKET;
cmsg->cmsg_type = SO_TIMESTAMP_ID;
*(PUINT32)WSA_CMSG_DATA(cmsg) = txTimestampId;
// Capture app-layer timestamp prior to send call.
if (hardwareTimestampSource) {
INTERFACE_HARDWARE_CROSSTIMESTAMP crossTimestamp = { 0 };
crossTimestamp.Version = INTERFACE_HARDWARE_CROSSTIMESTAMP_VERSION_1;
error = CaptureInterfaceHardwareCrossTimestamp(interfaceLuid, &crossTimestamp);
if (error != NO_ERROR) {
printf("CaptureInterfaceHardwareCrossTimestamp failed %d\n", error);
return;
}
appLevelTimestamp = crossTimestamp.HardwareClockTimestamp;
}
else { // software source
LARGE_INTEGER t1;
QueryPerformanceCounter(&t1);
appLevelTimestamp = t1.QuadPart;
}
error =
sendmsg(
sock,
&wsaMsg,
0,
&numBytes,
NULL,
NULL);
if (error == SOCKET_ERROR) {
printf("sendmsg failed %d\n", WSAGetLastError());
return;
}
printf("sent packet\n");
// Poll for the socket tx timestamp value. The timestamp may not be available
// immediately.
UINT64 socketTimestamp;
ULONG maxTimestampPollAttempts = 6;
ULONG txTstampRetrieveIntervalMs = 1;
BOOLEAN retrievedTimestamp = FALSE;
for (ULONG i = 0; i < maxTimestampPollAttempts; i++) {
error =
WSAIoctl(
sock,
SIO_GET_TX_TIMESTAMP,
&txTimestampId,
sizeof(txTimestampId),
&socketTimestamp,
sizeof(socketTimestamp),
&numBytes,
NULL,
NULL);
if (error != SOCKET_ERROR) {
ASSERT(numBytes == sizeof(timestamp));
ASSERT(timestamp != 0);
retrievedTimestamp = TRUE;
break;
}
error = WSAGetLastError();
if (error != WSAEWOULDBLOCK) {
printf(“WSAIoctl failed % d\n”, error);
break;
}
Sleep(txTstampRetrieveIntervalMs);
txTstampRetrieveIntervalMs *= 2;
}
if (retrievedTimestamp) {
LARGE_INTEGER clockFrequency;
ULONG64 elapsedMicroseconds;
if (hardwareTimestampSource) {
QueryHardwareClockFrequency(&clockFrequency);
}
else { // software source
QueryPerformanceFrequency(&clockFrequency);
}
// Compute socket send path latency.
elapsedMicroseconds = socketTimestamp - appLevelTimestamp;
elapsedMicroseconds *= 1000000;
elapsedMicroseconds /= clockFrequency.QuadPart;
printf("socket send path latency estimation: %lld microseconds\n",
elapsedMicroseconds);
}
else {
printf("failed to retrieve TX timestamp\n");
}
}
Estimación de la latencia de la ruta de acceso de recepción del socket
Este es un ejemplo similar para la ruta de acceso de recepción. En el ejemplo se supone que solo hay una tarjeta de interfaz de red (NIC) en el sistema y que interfaceLuid es el LUID de ese adaptador.
void QueryHardwareClockFrequency(LARGE_INTEGER* clockFrequency)
{
// Returns the hardware clock frequency. This can be calculated by
// collecting crosstimestamps via CaptureInterfaceHardwareCrossTimestamp
// and forming a linear regression model.
}
void estimate_receive_latency(SOCKET sock,
NET_LUID* interfaceLuid,
BOOLEAN hardwareTimestampSource)
{
DWORD numBytes;
INT error;
CHAR data[512];
CHAR control[WSA_CMSG_SPACE(sizeof(UINT64))] = { 0 };
WSABUF dataBuf;
WSABUF controlBuf;
WSAMSG wsaMsg;
UINT64 socketTimestamp = 0;
ULONG64 appLevelTimestamp;
dataBuf.buf = data;
dataBuf.len = sizeof(data);
controlBuf.buf = control;
controlBuf.len = sizeof(control);
wsaMsg.name = NULL;
wsaMsg.namelen = 0;
wsaMsg.lpBuffers = &dataBuf;
wsaMsg.dwBufferCount = 1;
wsaMsg.Control = controlBuf;
wsaMsg.dwFlags = 0;
// Configure rx timestamp reception.
TIMESTAMPING_CONFIG config = { 0 };
config.flags |= TIMESTAMPING_FLAG_RX;
error =
WSAIoctl(
sock,
SIO_TIMESTAMPING,
&config,
sizeof(config),
NULL,
0,
&numBytes,
NULL,
NULL);
if (error == SOCKET_ERROR) {
printf("WSAIoctl failed %d\n", WSAGetLastError());
return;
}
error =
recvmsg(
sock,
&wsaMsg,
&numBytes,
NULL,
NULL);
if (error == SOCKET_ERROR) {
printf("recvmsg failed %d\n", WSAGetLastError());
return;
}
// Capture app-layer timestamp upon message reception.
if (hardwareTimestampSource) {
INTERFACE_HARDWARE_CROSSTIMESTAMP crossTimestamp = { 0 };
crossTimestamp.Version = INTERFACE_HARDWARE_CROSSTIMESTAMP_VERSION_1;
error = CaptureInterfaceHardwareCrossTimestamp(interfaceLuid, &crossTimestamp);
if (error != NO_ERROR) {
printf("CaptureInterfaceHardwareCrossTimestamp failed %d\n", error);
return;
}
appLevelTimestamp = crossTimestamp.HardwareClockTimestamp;
}
else { // software source
LARGE_INTEGER t1;
QueryPerformanceCounter(&t1);
appLevelTimestamp = t1.QuadPart;
}
printf("received packet\n");
// Look for socket rx timestamp returned via control message.
BOOLEAN retrievedTimestamp = FALSE;
PCMSGHDR cmsg = WSA_CMSG_FIRSTHDR(&wsaMsg);
while (cmsg != NULL) {
if (cmsg->cmsg_level == SOL_SOCKET && cmsg->cmsg_type == SO_TIMESTAMP) {
socketTimestamp = *(PUINT64)WSA_CMSG_DATA(cmsg);
retrievedTimestamp = TRUE;
break;
}
cmsg = WSA_CMSG_NXTHDR(&wsaMsg, cmsg);
}
if (retrievedTimestamp) {
// Compute socket receive path latency.
LARGE_INTEGER clockFrequency;
ULONG64 elapsedMicroseconds;
if (hardwareTimestampSource) {
QueryHardwareClockFrequency(&clockFrequency);
}
else { // software source
QueryPerformanceFrequency(&clockFrequency);
}
// Compute socket send path latency.
elapsedMicroseconds = appLevelTimestamp - socketTimestamp;
elapsedMicroseconds *= 1000000;
elapsedMicroseconds /= clockFrequency.QuadPart;
printf("RX latency estimation: %lld microseconds\n",
elapsedMicroseconds);
}
else {
printf("failed to retrieve RX timestamp\n");
}
}
Una limitación
Una limitación de las API de marca de tiempo de Winsock es que llamar a SIO_GET_TX_TIMESTAMP siempre es una operación de no bloqueo. Incluso llamar al IOCTL de forma SUPERPUESTA da como resultado un retorno inmediato de WSAEWOULDBLOCK si actualmente no hay marcas de tiempo de transmisión disponibles. Dado que es posible que las marcas de tiempo de transmisión no estén disponibles inmediatamente después de que WSASendMsg devuelva, la aplicación debe sondear el IOCTL hasta que la marca de tiempo esté disponible. Se garantiza que una marca de tiempo de transmisión está disponible después de una llamada WSASendMsg correcta, dado que el búfer de marca de tiempo de transmisión no está lleno.
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