КОНСПЕКТ_ЛЕКЦИЙ_Сети_и_телекоммуникации (853866), страница 29

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

Текст из файла (страница 29)

Новый размер окна указывает на то, что станция А может передать четыре сегмента, начиная с сегмента S3. Станция Б после получения сегментов передает сообщение RR3, в котором заложена следующая информация: «Я приняла все сегменты до номера S2 включительно и готова принять сегмент S3; в действительности я готова принять семь сегментов, начиная с сегмента S3».

Рис.12.7 Сегменты в потоке данных на передающем и принимающем устройствах

После получения подтверждения с такой информацией станция А считает себя вправе передать семь сегментов, начиная с сегмента S3. Кроме того, станция А может очистить свою буферную память от копий первых трех сегментов, так как они были успешно приняты. Теперь станция А передает сегменты S3, S4, S5 и S6. Станция Б в ответ на получение сегмента S3 отправляет подтверждение RR4 и позволяет производить передачу сегментов с номерами от S4 до S2 (этот сегмент относится уже к следующей последовательности из семи сегментов). На момент получения станцией А этого подтверждения сегменты S4, S5 и S6 уже были посланы и, следовательно, станция А может расширить свое окно и послать четыре сегмента, начиная с сегмента S7.

Рис. 12.8 Пример работы механизма плавающего окна

Пропускная способность

Рассмотрим методы определения максимально возможной пропускной способности соединения протокола TCP. Пропускная способность зависит от размера окна передачи, задержки и скорости пересылки данных. Используем следующие обозначения:

 W — размер окна передачи в байтах;

 R — скорость передачи данных (бит/с) по определенному соединению, доступная на стороне отправителя;

 D — задержка (в секундах) при передаче данных между отправителем и получателем через определенное соединение.

Для простоты рассуждений проигнорируем влияние служебных битов в сегменте TCP. Предположим, что отправитель начинает передавать последовательность байтов получателю через установленное соединение. Для того чтобы первый байт достиг получателя, потребуется время, равное D. Такое же время — D секунд — потребуется для получения подтверждения. В течение этого времени отправитель может передать 2RD бит, или RD/4 байт. На самом деле, отправитель ограничен размером окна в W байт и не может сдвигать окно, пока не получит подтверждение. Только при W> RD/4 на этом соединении достигается максимально возможная пропускная способность. Если W<RD/4, то близость пропускной способности к максимальной определяется отношением W к RD/4. Следовательно, нормированная пропускная способность S может быть выражена как:

На рис. 12.9 показан пример определения максимальной пропускной способности в зависимости от произведения RD. Максимальный размер окна может составлять 2¹⁶-l=65 535 байт. Такой размер окна должен быть достаточен для большинства приложений. В качестве примера давайте разберем три различные технологии, применяемые для передачи сегментов TCP и использующие такой размер окна. Для технологии Gigabit Ethernet с длиной магистрали, равной 100 м, произведение RD будет меньше, чем 10³ бит. На больших расстояниях, пусть даже при более низких скоростях, например, в случае использования канала Т1 (1.544 Мбит/с), произведение RD становится большим, следовательно, эффективность падает. Тем не менее, она остается, как видно из рис. 7.9, приемлемой — около 0.8. На значительных расстояниях при дальнейшем увеличении скорости (допустим, речь идет о передаче информации с использованием технологии SDH (канал 155 Мбит/с) между двумя городами) рассматриваемая технология становится крайне неэффективной — как видим, нормализованная пропускная способность падает до 0.1. Очевидно, что в данном случае размер окна слишком мал. Необходимо использовать другой параметр масштабирования окна, который позволил бы эффективно задействовать пропускную способность канала. Достаточно увеличить параметр масштабирования окна до 4 — это приведет к значительному увеличению размера окна до 2²⁰-1 » 106 байт.

Рис. 12.9 Влияние параметра масштабирования окна на эффективность передачи

Как видим, перечисленные выше параметры оказывают основное влияние на эффективность передачи протокола TCP. Однако существует множество усложняющих факторов, которые также следует принять во внимание. Во-первых, в большинстве случаев соединения TCP мультиплексируются в один канал, так что каждое соединение получает часть его доступной пропускной способности. Это приводит к снижению скорости передачи R и, следовательно, к снижению эффективности работы протокола. Во-вторых, большинство соединений TCP проходят через маршрутизаторы. В этом случае время D будет равно сумме задержек в каждой сети и задержек на каждом маршрутизаторе в пути. При этом суммарная задержка на маршрутизаторах часто вносит основной вклад во время задержки D, особенно при возникновении перегрузок. В-третьих, значение скорости R, используемое в приведенной выше формуле, определяет скорость передачи данных, доступную для соединения, только на стороне отправителя. Если на одном из переходов в пути от отправителя до получателя скорость передачи меньше этой скорости, то попытка передачи на максимальной скорости приведет к образованию узкого места, что неизбежно повысит время D. И наконец, в-четвертых, если сегмент теряется, он должен быть передан вновь, что приводит к снижению пропускной способности. Степень влияния потерь сегментов на эффективность передачи зависит от политики повторных передач. В современных распределенных сетях несколько сегментов протокола TCP могут быть потеряны из-за ошибок на линиях. Большинство же сегментов теряются при использовании механизмов сброса пакетов на маршрутизаторах или коммутаторах (например, Frame Relay) в моменты сетевых перегрузок.

Контроль за перегрузками в сетях IP достаточно сложно реализовать по целому ряду причин. К ним можно отнести следующие:

 Протокол IP не ориентирован на установление соединения. Он не обеспечивает обнаружение перегрузки и по этой причине не может быть исполь­зован для контроля за перезагрузками.

 Протокол TCP осуществляет контроль потока из конца в конец соединения и может лишь по косвенным признакам определить перегрузку в сети. Более того, так как задержки в распределенных сетях постоянно изменяются, то информация, полученная на основании косвенных признаков (например, размер окна), не является достоверной.

 Не существует распределенного алгоритма для связывания различных протоколов TCP. To есть, протоколы на разных компьютерах не могут взаимодействовать друг с другом для поддержания определенного уровня общего потока. Более того, на самом деле они ведут себя очень «эгоистично» по отношению к свободным ресурсам канала.

Сообщение «Подавление источника» (Source Quench) протокола ICMP можно рассматривать в качестве грубого инструмента, предназначенного для сдерживания потока трафика от отправителя, но его нельзя назвать эффективным методом контроля за перегрузками.

Задачу контроля за перегрузками можно возложить на протокол RSVP, но его широкое распространение — еще вопрос времени.

Протокол TCP может влиять на загрузку сети, управляя потоком данных с помощью плавающего окна, применяя различные методы отправки/приема данных и отсылки подтверждения, следя за уровнем ошибок и используя различные методы повторной передачи. Ниже будут рассмотрены алгоритмы медленного старта и контроля за перегрузками, реализованные в протоколе TCP. Основное предназначение этих алгоритмов — предотвращение перегрузки в сети.

Управление потоком данных использует механизм плавающего окна, но кроме этого, применяется также более гибкая схема приема/передачи данных и отсылки подтверждений на успешный прием данных. Управление потоком протокола TCP использует так называемую схему с выделением лимита на передачу данных. По этой схеме каждый передаваемый байт имеет свой собственный номер в последовательности (SN). Когда протокол TCP посылает сегмент, он выставляет в поле номера в последовательности номер первого байта в поле данных этого сегмента. На принимающей стороне пришедший сегмент подтверждается сообщением, в котором указывается (А= i, W=j). Такая запись имеет следующее значение: если величина А (АСК) равна г, это значит, что сообщение подтверждает получение всех байтов, вплоть до номера в последовательности i—1; следующие ожидаемые байты имеют номер в последовательности i. Кроме того, выдается разрешение на посылку дополнительного окна W (Window) из j байтов; то есть байтов с номерами в последовательности от i до i +j - 1. На рис. 12.10 иллюстрируется работа этого механизма. В отличие от рис. 12.9, окна передачи и приема указывают количество байтов данных.

Рис. 12.10 Схема управления потоком данных

Для большей наглядности покажем поток данных, идущий только в одном направлении, и предположим, что в каждом сегменте посылаются 200 байт данных. Во время установления соединения номера в последовательностях отправителя и получателя синхронизированы и станция А имеет начальный лимит на отсылку данных 1400 байт, начиная с номера байта 1001. После посылки 600 байт в трех сегментах станция А уменьшает свое окно отсылки до 800 байт (номера с 1601 до 2400). После получения этого сегмента станция В подтверждает получение всех байтов, вплоть до 1601, и формирует свое окно приема на 1000 байт. Это означает, что станция А может посылать байты, начиная с номера 1601 и заканчивая номером 2600, то есть пять сегментов. Однако к тому моменту, когда сообщение от станции В доходит до станции А, последняя уже успела выслать два сегмента, содержащие байты 1601-2000, что позволял начальный лимит. Следовательно, оставшийся лимит станции А на этот момент составляет всего 400 байт или два сегмента. Во время обмена станция А продвигает левую границу своего окна каждый раз, когда осуществляет передачу. Правая граница передвигается только тогда, когда станция получает новый лимит.

На практике обе стороны одновременно задействуют режимы передачи и приема, так как данные могут передаваться в обоих направлениях (происходит полнодуплексная передача). Механизм выделения лимита является достаточно гибким. Например, рассмотрим ситуацию, при которой последнее сообщение, посланное станцией В, было (A=i, W=j). Последним байтом данных, полученным станцией В, был байт с номером i -1. Для увеличения лимита до значения k, при условии, что kj и дополнительные данные не поступали, станция В формирует сообщение (A= i, W= k). Для подтверждения входящего сегмента, содержащего т байт данных (т) без выделения дополнительного лимита, станция В формирует сообщение (A =i+m, W =j-m).

Следует отметить, что от получателя не требуется немедленного подтверждения приходящих сегментов. Он может ожидать некоторое время, а затем сформировать подтверждение сразу на несколько сегментов. Получатель должен проводить какую-то политику, регулирующую количество данных, которое он позволяет передавать отправителю. Можно выделить две политики получателя: консервативную и оптимистическую. Консервативная схема управления потоком основана на том, что лимит выделяется в соответствии с имеющимся доступным буферным пространством. Если это правило применить к ситуации, показанной на рис. 7.10, то первое лимитирующее сообщение говорит о том, что станция В может разместить 1000 байт в своем буфере, а второе — о том, что станция В может разместить 1400 байт. Консервативная схема управления потоком может ограничить пропускную способность логического соединения в ситуации, когда в сети возникают большие задержки.

Характеристики

Список файлов лекций