Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (DJVU) (1130092), страница 172

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 172)

Если 20 % инструкций связано с обращением к памяти (то есть имеются потери кэшируемых данных) — а это вполне вероятная цифра при обработке входящих пакетов, — среднее время выполнения инструкции будет равно 5,6 нс (0,8 2+ 0,2 20). Предполагая, что на обработку байта требуются 4 инструкции, нам понадобится 22,4 нс/байт (или около 2,8 нс/бит), что в результате дает суммарную скорость около 357 Мбит/с. Допустим, половина этой производительности уйдет на обработку заголовков, тогда остается 178 Мбит/с. Обратите внимание на то, что аппаратные улучшения здесь не помогут.

Проблема состоит в слишком большом числе операций копирования, выполняемых операционной системой. Правило б: можно купить более высокую пропускную способность, но не низкую задержку Следующие три правила относятся не к протоколам, а к линиям связи. Первое правило утверждает, что если вам нужна более высокая пропускная способность, вы можете просто купить ее. Если проложить второй оптоволоконный кабель паРаллельно первому, пропускная способность удвоится, но время задержки от этого меньше не станет. Чтобы снизить задержку, следует улучшить программное обеспечение протоколов, операционную систему или сетевой интерфейс. И даже это не поможет, если загвоздка состоит во времени передачи по линии.

644 Глава 6. Транспортный уровень Правило 6: лучше избегать перегрузки, чем боротьсв с уже возникшей перегрузкой Старая пословица, гласяшая, что профилактика лучше лечения, справедлива и в деле борьбы с перегрузками в сетях. Когда в сети образуется затор, пакеты теряются, пропускная способность растрачивается впустую, увеличиваются задержки и т, п. Процесс восстановления после перегрузки требует времени и терпения. Гораздо более эффективной стратегией является предотвращение перегрузки, напоминающее прививку от болезни — это несколько неприятно, зато избавляет от возможных больших неприятностей, Правило 7: избегайте тайм-аутов Таймеры необходимы в сетях, но их следует применять умеренно, и следует минимизировать количество тайм-аутов.

Когда срабатывает таймер, обычно повторяется какое-либо действие. Если повтор этого лействия необходим, его следует повторить, однако повторение действия без особой необходимости является расточительным. Чтобы избегать излишней работы, следует устанавливать период ожидания с небольшим запасом. Таймер, срабатывающий слишком поздно, несколько увеличивает задержку в (маловероятном) случае потери ТР1И3-модуля. Преждевременно срабатываюший таймер растрачивает попусту время процессора, пропускную способность и напрасно увеличивает нагрузку на, возможно, десятки маршрутизаторов.

Быстрая обработка ТРОВ-модулей Мораль приведенной истории состоит в том, что основным препятствием на пути ускорения сетей является программное обеспечение протоколов. В данном разделе мы рассмотрим некоторые способы ускорения этих программ. Дополнительные сведения по атой теме см. в (С!аг)г и др., 1989; С)1азе и др., 2001). Накладные расходы по обработке ТРПУ-модулей состоят из двух компонентов: затрат по обработке заголовка и затрат по обработке каждого байта. Следует вести наступление сразу на обоих направлениях. Ключ к быстрой обработке ТР?Н5-модулей лежит в выделении нормального случая (односторонней передачи данных) и отдельной обработке этого случая. Хотя для перехода в состояние Е5ТАВЕ15НЕ0 требуется передача последовательности специальных ТР1)П-модулей, но как только это состояние достигнуто, обработка ТРПП-модулей не вы зывает затруднений, пока одна нз сторон не начнет закрывать соединение.

Начнем с рассмотрения посылающей стороны, находящейся в состоянии Е5ТАВЕ15НЕ0, когда должны отправляться данные. Для простоты мы предположим, что транспортная сущность расположена в ядре, хотя те же самые идеи применимы и в случае, когда она представляет собой процесс, находяшийся в про. странстве пользователя, или набор библиотечных процелур в посылаюшем процессе. На рис. 6.37 отправляющий процесс эмулирует прерывание, выполняя примитив 5Ез0, и передает управление ядру.

Прежде всего, транспортная суш- Вопросы производительности 645 ность проверяет, находится ли она в нормальном состоянии, то есть таком, когда установлено состояние ЕБТАВЕ13НЕР, ни одна сторона не пытается закрыть соединение, посылается стандартный полный ТР1Н)-модуль и у получателя достаточный размер окна. Если все эти условия выполнены, то никаких дополнительных проверок не требуется, н алгоритм транспортной сущности может выбрать быстрый путь. В большинстве случаев именно так и происходит.

Сеть Рно. 6.37. Быстрый путь от отправителя до получателя показан жирной линией. Шаги обработки вдоль этого пути показаны затененными прямоугольниками В нормальной ситуации заголовки соседних ТР1Н)-модулей почти одинаковы. Чтобы использовать этот факт, транспортная сущность сохраняет в своем буфере прототип заголовка. В начале быстрого пути он как можно быстрее пословно копируется в буфер нового заголовка. Затем поверх перезаписываются все отличающиеся поля.

Часто эти поля легко выводятся из переменных состояния — например, следующий порядковый номер ТРР()-модуля. Затем указатель на полный ТРВ()-модуль и указатель на данные пользователя передаются сетевому уровню. Здесь может быть применена та же стратегия (на рис. 6.37 это не показано). Наконец, сетевой уровень передает полученный в результате пакет уровню передачи данных для отправки. Чтобы увидеть, как работает этот принцип на практике, рассмотрим случай ТСР/1Р. На рис. 6.38, а изображен ТСР-заголовок.

Поля, одинаковые для заголовков последующих ТР1)()-модулей в однонаправленном потоке, затенены. Все, что нужно сделать передающей транспортной сущности, это скопировать пять слов заголовка-прототипа в выходной буфер, заполнить поле порядкового номеРа (скопировав одно слово), сосчитать контрольную сумму и увеличить на единицу значение переменной, хранящей текущий порядковый номер. Затем она может передать заголовок и данные специальной 1Р-процедуре, предназначенной для отправки стандартного максимального ТР)3()-модуля. Затем 1Р-процедура копирует свой ааголовок-прототип из пяти слов (см. рис, 6.38, б) в буфер, заполняет поле Идентификатор и вычисляет контрольную сумму заголовка. Теперь пакет готов к передаче. 646 Глава 6, Транспортный уровень Рассмотрим теперь быстрый путь обработки пакета получающей стороной на рис.

6.37. Первый шаг состоит в нахождении для пришедшего ТР1Н3-модуля записи соединения. В протоколе ТСР запись соединения может храниться в хэштаблице, ключом к которой является какая-нибудь простая функция двух 1Р-адресов и двух портов. После обнаружения записи соединения следует проверить адреса и номера портов, чтобы убедиться, что найдена верная запись. Рис. 6.38. ТСР-заголовок (ай (Р-заголовок (б1.

П обоих случаях затененные поля взяты у прототипа без изменений Процесс поиска нужной записи можно дополнительно ускорить, если установить указатель на последнюю использовавшуюся запись и сначала проверить ее. Кларк с соавторами книги, вышедшей в 1989 году, исследовал этот вопрос и пришел к выводу, что в этом случае доля успешных обращений превысит 90 %. Другие эвристические методы поиска описаны в (МсКеппеу и Роче, 1992). Затем ТРРП-модуль проверяется на адекватностти соединение в состоянии ЕЯТАВЕ18НЕР, ни одна сторона не пытается его разорвать, ТРРП-модуль является полным, специальные флаги не установлены, и порядковый номер соответствует ожидающемуся. Программа, выполняющая всю эту проверку, состоит из довольно значительного количества инструкций.

Если все эти условия удовлетворяются, вызывается специальная процедура быстрого пути ТСР-уровня. Процедура быстрого пути обновляет запись соединения и копирует данные пользователю. Во время копирования она одновременно подсчитывает контрольную сумму, что уменьшает количество циклов обработки данных. Если контрольная сумма верна, запись соединения обновляется и отправляется подтверждение. Метод, реализованный в виде отдельной процедуры, сначала производящей быструю проверку заголовка, чтобы убедиться, что заголовок именно такой, какой ожидается, называется предсказанием заголовка.

Он применяется в большинстве реализаций протокола ТСР. Использование этого метода оптимизации вместе с остальными, описанными в данном разделе, позволяет протоколу ТСР достичь 90 % от скорости локального копирования из памяти в память при условии, что сама сеть достаточно быстрая. Две другие области, в которых возможны основные улучшения производительности, — это управление буферами и управление таймерами. Как уже было сказано, при управлении буферами следует пытаться избегать излишнего копирования.

Характеристики

Список файлов книги