Полный курс лекций 2009-го года (1130357), страница 63
Текст из файла (страница 63)
По аналогии с этимрешением в сети рассылаются специальные пробные пакеты, которые проверяют нагрузку, и если где-тообнаружена перегрузка, то о ней сообщается всем и происходит перенаправление пакетов так, чтобыобогнуть перегруженные участки.Алгоритмы управления перегрузками подразделяются, как мы уже сказали, на решения с открытым ирешения с закрытым контуром. Решения с открытым контуром, в свою очередь, делятся на две группы:воздействующие на источники и воздействующие на получателей. Решения с закрытым контуром - с явнойобратной связью и неявной обратной связью. Явная обратная связь предполагает, что источникупосылается специальный пакет, который информирует его о перегрузке.
Неявная обратная связь основанана том, что источник сам определяет факт перегрузки на основе своих локальных наблюдений затрафиком, например, по величине задержки на поступление уведомления о доставке пакета.Появление перегрузки означает, что нагрузка превысила, возможно временно, ресурсы системы илинекоторой ее части. Есть два выхода из этого положения: увеличить ресурсы и сократить нагрузку.Увеличить ресурсы чаще всего невозможно.
Тогда остается только сокращение нагрузки. Для этого естьнесколько способов: отказать некоторым пользователям в сервисе, ухудшить сервис всем или некоторымпользователям, заставить пользователей планировать свои потоки определенным образом.5.3.2. Методы, предотвращающие перегрузкиРассмотрение методов, предотвращающих перегрузки, начнем с методов для систем с открытымконтуром. Эти методы ориентированы на минимизацию перегрузок при первых признаках их проявлений, ане на борьбу с перегрузками, когда они уже случились. Основные факторы, влияющие на перегрузки наканальном, сетевом и транспортном уровнях, перечислены в таблице 5-22.Таблица 5-22.
Факторы, влияющие на перегрузкиУровеньФакторыТранспортныйПовторная передачаПорядок передачи битУведомленияУправление потокомЗначение timeoutСетевойВиртуальные каналы vs. дейтаграммы внутриподсетиОчередность пакетов и сервисыСброс пакетаАлгоритм маршрутизацииУправление временем жизни пакетовКанальныйПовторная передачаПорядок передачи битУведомленияУправление потокомНачнем с канального уровня. Вызвать перегрузку может повторная пересылка кадров.
Если уисточника сообщений часто возникает time_out и он начинает повторно передавать пакет, то тем самым онлишь усугубляет положение. Близко к этому фактору стоит нарушение порядка следования пакетов припередаче. Если получатель часто сбрасывает пакеты, поступившие не в надлежащем порядке отисточника, то их повторная передача будет также усугублять перегрузку.Организация рассылки уведомлений также влияет на перегрузку. Если уведомление происходитнемедленно и специальными пакетами, то это увеличивает трафик и следовательно может привести кперегрузкам.
Если для уведомления используются пакеты с сообщениями (прием piggybacking), товозможны time_out из-за отсутствия уведомлений вовремя и, как следствие, повторные пересылкипакетов, что может привести к перегрузкам. В то же время жесткая схема управления потоком (небольшоеокно) сдерживает нарастание трафика и предотвращает появление перегрузок.На сетевом уровне выбор схемы работы - с виртуальными соединениями или дейтаграммами - влияетна появление перегрузок.
На этом уровне большинство методов борьбы с перегрузками ориентированы навиртуальные соединения. Методы управления очередями, организация очередей: одна общая на входе илиодна общая на выходе; по одной на каждую входную линию или на каждую выходную; по одной очередина каждую входную и выходную - все это влияет на появление перегрузок. Выбор метода сброса пакетовтакже влияет на перегрузки.Правильная маршрутизация, равномерно использующая каналы в транспортной среде, позволяетизбежать перегрузки.
Методы, регулирующие время жизни пакета в сети, также влияют на образованиеперегрузок. Если пакет долго блуждает в сети, прежде чем будет принято решение о его сбросе, то этоплохо, так как увеличивает трафик и может привести к перегрузке. Если поторопиться, топреждевременный сброс пакета может привести к повторным передачам, что опять-таки увеличитнагрузку.На транспортном уровне возникают те же самые проблемы, что и на канальном, однако определитьвеличину time_out намного сложнее. Дело в том, что оценить время передачи через СПД много сложнее,чем время передачи по каналу «точка-точка» между двумя маршрутизаторами. Если оно будет слишкомбольшим, то это снизит вероятность перегрузки, но повлияет на производительность из-за длительногоожидания поступления пакета.
Если сделать его коротким, то появятся лишние пакеты.5.3.3. Формирование трафикаОдной из основных причин перегрузки является нерегулярный, взрывообразный трафик в сети. Еслибы он был равномерным, то перегрузок можно было бы избежать. Один из методов с открытым контуром,часто используемым особенно в АТМ-сетях, - метод формирования трафика (shaping - т.е. приданиеформы), когда скорость передачи пакетов контролируется и регулируется.Формирование трафика регулирует среднюю скорость передачи данных так, чтобы сделать его повозможности гладким.
Следует обратить внимание, что протокол скользящего окна, который мырассматривали при изучении канального уровня, лишь регулирует объем данных, передаваемых за одинраз, но не скорость передачи. Здесь же речь идет именно о скорости передачи. Когда виртуальноесоединение устанавливается, то пользователь договаривается с транспортной средой о форме трафика.Если пользователь обеспечивает договоренную форму трафика, то транспортная среда обеспечивает емудоставку трафика с определенной скоростью.
Для таких приложений, как передача видео- и аудиоданныхв реальном времени, это очень важно. Здесь уместно вспомнить организацию работы СПД Frame Relay.Когда пользователь и транспортная среда договариваются о форме трафика, то они приходят ксоглашению не только о форме трафика, но также и о том, что произойдет, если эта форма будетнарушена пользователем. Это соглашение называется соглашением о трафике. Использование техникиформирования трафика и соглашения о трафике легче всего реализовать при использовании виртуальныхсоединений, чем в случае дейтаграмм. В случае дейтаграмм эти идеи могут быть применены к соединениямна транспортном уровне.5.3.3.1. Алгоритм текущего ведраИдея этого алгоритма показана на рисунке 5-23 (а). Ведро может наполняться с любой скоростью,но вытекать из него вода будет со строго определенной скоростью.
Если вода будет поступать слишкомбыстро, то ее часть будет переливаться через края и пропадать. Скорость истечения воды из ведразависит только от размера отверстия в днище.Рисунок 5-23. Алгоритм текущего ведраЭтот прием можно применить и к пакетам, как показано на рисунке 5-23 (b). Каждая станция,подключенная к сети, имеет подобие текущего ведра в своем интерфейсе. Не важно, сколько процессовпосылает пакеты в сеть. Если буфер переполнен, то пакеты будут сбрасываться в соответствии ссоглашением о трафике.
Это не что иное, как сервер с постоянной скоростью обслуживания.В качестве регулятора скорости поступления пакетов можно использовать системные часы. В этомслучае устанавливается предел числа пакетов, которые процесс может направить в сеть за одинпромежуток времени. Этот прием дает хорошие результаты, когда пакеты имеют фиксированную длину,как в АТМ.
В случае пакетов переменной длины это соглашение ограничивает количество байтов,направляемых в сеть. Например, если разрешается за один промежуток послать 2048 байт, то это можетбыть два пакета по 1024 или 4 пакета по 512 байт. Если же пакет больше чем 2048, например, 2560 байт,то он должен ждать следующего временного промежутка.Рисунок 5-24. Алгоритм текущего ведра со счетчиком байтовНа рисунке 5-24 дан пример использования алгоритма текущего ведра со счетчиком байтов. Еслиимеется буфер С на 1 Мбит и скорость истечения равна 2 Мбит/сек., то при всплеске в 1 Мбит в течение 40мсек.
мы легко справимся с таким трафиком. При этих условиях даже не важно, с какой скоростью будутпоступать этот 1 Мбит, главное чтобы этот всплеск не растянулся более чем на 500 мсек. На рисунке 5-24(c) - (f) показана работа алгоритма текущего ведра при разных скоростях входного потока.5.3.3.2. Алгоритм ведра с маркерамиАлгоритм текущего ведра позволяет сгладить трафик, убрать нерегулярность. Однако в целом рядеприложений бывает полезно разрешить, при всплеске трафика и наличии необходимых ресурсов, ускоритьна некоторое время передачу пакетов в сеть.
Один из алгоритмов, позволяющих это сделать, - алгоритмведра с маркерами. Рисунок 5-25 иллюстрирует этот алгоритм. Идея его заключается в том, что вместе спакетами в ведро поступают маркеры. Пакеты из ведра уходят в сеть только при наличиисоответствующего количества маркеров. Таким образом, можно накапливать маркеры и кратковременноускорять передачу пакетов в сеть.Рисунок 5-25. Алгоритм ведра с маркерамиДругое отличие алгоритма ведра с маркером - при переполнении буфера хосту будет временнозапрещено передавать пакеты. Здесь опять существуют разные варианты в зависимости от длины пакетов,правила работы со счетчиком маркеров и т.д. Для реализации алгоритма ведра с маркерами нужна лишьпеременная, значение которой увеличивается каждые DТ сек.
и уменьшается с каждым посланнымпакетом. В случае пакетов переменной длины значение этой переменной увеличивается на k байтовкаждые DТ сек. и уменьшается на длину каждого посланного пакета. Нетрудно рассчитать длительностьвсплеска при передаче на основе уравненияC + r S = MSгде С – объем буфера, S – длительность всплеска, r – скорость поступления маркера, М – максимальнаяскорость «вытекания» данных.Таким образом, S = C/(M - r).Рисунок 5-24 (d-f) иллюстрирует эту функцию для случая С = 250 Кбит, М = 25 Мбит/сек. и r = 2Мбит/сек.5.3.4. Спецификация потокаФормирование трафика эффективно тогда, когда отправитель, получатель и среда передачи заранеедоговорились о форме трафика. Это соглашение называется спецификацией потока.
Она представляетсобой структуру данных, которая определяет как форму выходного трафика, так и качество сервиса,необходимого приложению. Эта спецификация применима как к пакетам, передаваемым по виртуальнымканалам, так и к дейтаграммам.В таблице 5-26 показан пример спецификации потока. Левый столбец определяет характеристикивыходного потока.
Правый определяет то, что приложение ожидает от СПД-среды.Таблица 5-26. Пример спецификации потокаХарактеристики выходного потокаЖелаемый сервисМаксимальный размер пакета (байт)Чувствительность к потерям (байт)Пропускная способность ведра с маркерами(байт/сек.)Интервал между потерями (мксек.)Размер ведра с маркерами (байт)Чувствительность к потерям пакетов (пакеты)Максимальная скорость передачи (байт/сек.)Минимальная задержка (мксек.)Максимальное различие в задержке (мксек.)Качество гарантии5.3.5. Управление перегрузками в сетях с виртуальными каналамиДо сих пор мы рассматривали методы управления перегрузками, основанные на открытом контуре.Это значит, что данные методы скорее стараются предотвратить появление перегрузок, чем, обнаруживперегрузку, принять меры к ее устранению.
Здесь мы рассмотрим только один метод устранения ужевозникшей перегрузки в сетях с виртуальными каналами - динамический контроль доступа. Впоследующих двух разделах мы рассмотрим приемы для управления перегрузками, применимые в любыхСПД-средах.Прием, который широко используется, чтобы сдержать уже возникшую перегрузку и не датьположению ухудшиться - это контроль на входе. Идея очень проста - если обнаружена перегрузка, то все,что способствует увеличению трафика, запрещено. Прежде всего, запрещается создание новыхвиртуальных соединений. Таким образом, запрещается создание новых соединений на транспортномуровне. Этот метод хотя и грубоват, но прост в реализации и хорошо апробирован в телефонных сетях.Другой подход разрешает установку новых виртуальных соединений, но только при наличии неперегруженных маршрутов, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
