Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Преимущество этого подхода оказывается существенным в случае, если добавление нового виртуального канала приведет к перегрузке. В телефонных сетях эта задача решается просто благодаря фиксированной пропускной способности для вызовов (64 Кбит/с для несжатого аудио). Но в компьютерных сетях используются виртуальные каналы всевозможных типов. Поэтому если мы хотим прибегнуть к управлению доступом, каналы должны включать в себя определенные характеристики трафика.

Часто в качестве характеристик трафика выступают скорость и форма. Однако вопрос о том, как просто и осмысленно описать эти характеристики, достаточно трудный: трафик обычно неравномерен, и поэтому средняя скорость не является особенно показательной. Например, обеспечить поиск в Сети гораздо сложнее, чем просмотр потокового видео такого же объема, поскольку блоки трафика с большей вероятностью приводят к перегрузке маршрутизаторов сети. Этот эффект чаще всего называют дырявым ведром (leaky bucket) или маркерным ведром (token buket). Дырявое ведро использует два параметра, ограничивающих среднюю скорость и мгновенный выброс трафика. Алгоритм дырявого ведра широко используется для улучшения качества обслуживания, поэтому мы поговорим о нем более подробно в разделе 5.4.

Вооружившись характеристиками трафика, сеть принимает решение о добавлении нового виртуального канала. Чтобы перегрузка не произошла, сеть может, например, зарезервировать часть пропускной способности путей для каждого из виртуальных каналов. В таком случае характеристика трафика выступает в качестве договора об обслуживании, которое сеть обязуется предоставить пользователю. Мы предотвратили перегрузку, но слишком рано отклонились в сторону смежной темы качества обслуживания; к ней мы вернемся в следующем разделе.

Даже если сеть не берет на себя никаких обязательств, она может использовать характеристики трафика для управления доступом. В таком случае задача сводится к тому, чтобы оценить число виртуальных каналов, достаточное для обеспечения нужной пропускной способности сети и работы без перегрузок. Предположим, что все виртуальные каналы, способные передавать трафик со скоростью до 10 Мбит/с, используют один и тот же физический канал с пропускной способностью 100 Мбит/с. Сколько каналов можно использовать? Очевидно, что в случае 10 каналов нет никакого риска перегрузки, однако в нормальной ситуации это неэффективно, поскольку вряд ли все 10 каналов будут одновременно работать в полную силу. В действующих сетях для оценки числа возможных каналов используются статистические данные. Таким образом, за счет допустимого увеличения риска сеть выигрывает в производительности.

Можно совместить принципы управления доступом и маршрутизации с учетом состояния трафика, направляя маршруты в обход «горячих точек». Для примера рассмотрим сеть, показанную на рис. 5.22, в которой два маршрутизатора перегружены.

Предположим, что хост, соединенный с маршрутизатором A, хочет установить соединение с хостом, соединенным с маршрутизатором B. В нормальных условиях это соединение прошло бы через один из перегруженных маршрутизаторов. Чтобы этого избежать, сеть усекается, как показано на рис. 5.22, б. При этом из нее удаляются перегруженные маршрутизаторы и все их линии связи. Пунктирной линией показан

возможный маршрут виртуального канала в обход перегруженных маршрутизаторов. Подробное описание маршрутизации, чувствительной к нагрузке, можно найти в работе (Shaikh и др., 1999).

Рис. 5.22. Сеть: а — перегруженная; б — часть сети без перегрузки. Показан виртуальный канал между A и B

5.3.4. Регулирование трафика

В сети Интернет и многих других компьютерных сетях отправители передают столько трафика, сколько сеть в состоянии успешно доставить. В таком режиме сеть работает до тех пор, пока она не перегружена. Если перегрузка неизбежна, она просит отправителей снизить скорость передачи данных. Такая обратная связь — не исключительная, а вполне обычная ситуация, являющаяся частью работы системы. Такой режим работы называется предотвращением перегрузки( congestion avoidance) — в противопоставление ситуации, в которой сеть уже (слишком) перегружена.

Давайте рассмотрим несколько подходов к регулированию трафика, применяемых в дейтаграммных сетях и сетях виртуальных каналов. Каждый такой подход должен решать две проблемы. Во-первых, маршрутизаторы должны узнавать о перегрузке до того, как она произойдет. Для этого каждый маршрутизатор должен непрерывно отслеживать ресурсы, которые он использует. Здесь возможны три варианта: использование выходных линий, буферизация очереди пакетов данного маршрутизатора и число пакетов, утерянных вследствие неправильной буферизации. Наиболее эффективным является второй вариант. Средние показатели использования линий не отражают реальной картины при прерывистом трафике. Так, значение 50 % — это немного при сплошном трафике и слишком много при переменном трафике. Число утерянных пакетов становится известно слишком поздно: пакеты начинают теряться уже после возникновения перегрузки.