Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

В качестве содержимого спецификации потока рассмотрим пример (табл. 5.3), базирующийся на RFC 2210 и RFC 2211 для интегрального обслуживания — технологии QoS, о которой мы поговорим в следующем разделе. В спецификации содержится пять параметров. Первые два, скорость маркерного ведра и размер маркерного ведра, позволяют вычислить максимальную скорость, которую отправитель может поддерживать в течение длительного времени, усредненную по большому временному отрезку, а также максимальный объем пачки, передаваемой за короткий промежуток времени.

Таблица 5.3.Пример спецификации потока

Параметр

Единицы измерения

Скорость маркерного ведра

байт/с

Размер маркерного ведра

байт

Пиковая скорость передачи данных

байт/с

Минимальный размер пакета

байт

Максимальный размер пакета

байт

Третий параметр, пиковая скорость передачи данных, это максимальная допустимая скорость даже для коротких промежутков времени. Отправитель ни в коем случае не должен превышать это значение.

Наконец, последние два параметра определяют минимальный и максимальный размеры пакетов, включая заголовки транспортного и сетевого уровней (например, TCP и IP). Минимальный размер удобен, поскольку обработка каждого пакета занимает какое-то, пусть даже очень малое время. Маршрутизатор, может быть, готов принимать 10 000 пакетов в секунду по 1 Кбайт каждый, но не готов обрабатывать 100 000 пакетов в секунду по 50 байт, несмотря на то что во втором случае скорость передачи данных меньше, чем в первом. Максимальный размер пакета не менее важен, но уже по другой причине. Дело в том, что существуют определенные внутрисетевые ограничения, которые ни в коем случае не должны быть превышены. Например, если путь потока лежит через Ethernet, то максимальный размер пакета будет ограничен 1500 байтами, независимо от того, какого размера пакеты могут поддерживать другие части сети.

Интересно, каким образом маршрутизатор преобразует спецификацию потока в набор определенных резервируемых ресурсов? На первый взгляд может показаться, что если один из каналов маршрутизатора работает со скоростью 1 Гбит/с, а средний размер пакета равен 1000 бит, он может обрабатывать 1 млн пакетов в секунду. Однако это не так, поскольку из-за статистических флуктуаций нагрузки передача будет периодически приостанавливаться на некоторое время. Если для выполнения всей работы канал должен использовать всю свою мощность, перерыв длиной в несколько секунд станет причиной завала, который ему никогда не удастся разгрести.

Однако даже если нагрузка несколько меньше теоретической емкости, все равно могут образовываться очереди и возникать задержки. Рассмотрим ситуацию, в которой пакеты прибывают нерегулярно со средней скоростью прибытия X пакетов в секунду. Пакеты имеют случайную длину и могут передаваться по каналу со средней скоростью обслуживания ц пакетов в секунду. Предположим, что как скорость прибытия, так и скорость обслуживания имеют пуассоновское распределение (такие системы называются системами массового обслуживания M/M/1, где «М» означает «марковский процесс», который в данном случае является еще и пуассоновским). Тогда, используя теорию массового обслуживания, можно доказать, что средняя задержка T, присущая пакету, равна

где — коэффициент использования центрального процессора. Первый со

множитель — это задержка при отсутствии конкуренции. Второй сомножитель представляет собой дополнительную задержку, возникающую благодаря конкурентной борьбе с другими потоками. Например, если 950 000 пакетов/с, а ц = 1 000 000 пакетов/с, тогда р = 0,95 и средняя задержка каждого пакета составляет 20 мкс вместо 1 мкс. Эти подсчеты учитывают и задержку доставки, и задержку обработки: при малом трафике отношение Если на пути потока стоят, скажем,

30 маршрутизаторов, то одна только задержка обслуживания составит 600 мкс.

Один из методов соотнесения характеристик потока и ресурсов маршрутизатора, необходимых для выполнения гарантий пропускной способности и времени задержки, был предложен Parekh и Gallagher (1993, 1994). Согласно этому методу, отправитель должен сформировать трафик с помощью маркерных ведер (R, B), а маршрутизаторы должны использовать взвешенное справедливое обслуживание. Каждому потоку присваивается вес W, достаточный для того, чтобы опустошить маркерное ведро со скоростью R (рис. 5.29). Если, например, скорость потока составляет 1 Мбит/с, а мощности маршрутизатора и исходящей связи равны 1 Гбит/с, вес потока должен превышать одну тысячную от общей суммы весов всех потоков этого маршрутизатора для исходящей связи. Это обеспечит потоку минимальную пропускную способность. Если поток не может получить необходимую ему скорость, он не будет допущен в сеть.