Управление трафиком

Материал из ПИЭ.Wiki

Перейти к: навигация, поиск

Управление трафиком предназначено для обеспечения качества обслуживания доставки информации конечному потребителю и эффективного использования ресурсов сети. Управление трафиком можно классифицировать по трем уровням:

- управление пакетами;

- управление потоком;

- управление доступом.


Содержание

Управление пакетами

Управление пакетами - это организация очередей пакетов, планирование передачи пакетов в коммутаторах, маршрутизаторах и мультиплексорах. Оно обеспечивает обработку и исправление пакетов. Любой коммутатор ATM может рассматриваться как узел, куда прибывают потоки пакетов, где они демультиплекируются, коммутируются и снова мультиплексируются и передаются на выход. Коммутаторы пакетов содержат буферную память, чтобы гарантировать, что прибывающие одновременно пакеты не будут потеряны. Поэтому путь, который проходит пакет по сети, может быть представлен в виде последовательности систем очередей, как это показано на рис. 1.

Файл:1уп.jpg

Рис. 1. Модель прохождения пакетов через сеть

Пунктирные стрелки показывают пакеты от других потоков, которые "перемешиваются" с пакетами в смысле занятия буферов и передачи по дальнейшим участкам пути. Эти потоки могут входить в один узел и расходиться по другим узлам, поскольку они в принципе принадлежат различным потокам.

Обработка пакета вдоль пути - это накопление и обработка очереди от N систем. Например, общее время задержки в сети есть сумма индивидуальных задержек в каждой системе. Важное значение представляет характеристика "потеря пакета". Потеря пакета возникает, когда пакет поступает на вход системы очередей, в которой отсутствуют доступные буфера. Причины потери пакета:

- большой поток пакетов на участке "сеть-пользователь";

- увеличенное время передачи из-за наличия большого числа длинных пакетов.

Вероятность потери пакета из конца в конец - это вероятность потери пакета по всему пути. Она ограничена суммой вероятностей потери в каждой системе.

Сети пакетной коммутации предназначены для предоставления широкого набора услуг с разнообразными требованиями к качеству обслуживания. Чтобы выполнить эти требования, система организации очереди должна поддерживать стратегии, называемые планированием очереди. Рассмотрим эти стратегии.

1. Дисциплина обслуживания "в порядке поступления" и приоритетные очереди

Самый простой подход к планированию очереди - дисциплина FIFO (first in first out) в порядке поступления ("первым пришел, первым вышел"), где пакеты передаются в порядке их поступления. Пакеты отклоняются, когда буфер полностью занят. Задержка и потеря пребывающих пакетов такого типа очереди зависят от интервала времени между двумя поступлениями соседних пакетов, а также от их длины. Когда интервалы между поступлениями пакетов становятся слишком малыми или длина пакета значительно увеличивается, пакеты будут иметь тенденцию к созданию и очереди тогда будут расти, ухудшая характеристики сети. Поскольку при дисциплине обслуживания в порядке поступления в очередь все пакеты обрабатываются без приоритетов, невозможно обеспечить различные информационные потоки отличающимися требованиями к качеству обслуживания. При такой дисциплине обслуживания возникает напряженная ситуация (hogging), когда пользователь, передающий пакеты на высокой скорости, заполняет буферы в системе, лишая других пользователей, работающих с меньшей интенсивностью, доступа к буферу.

2. Использование заголовка для определения приоритета очереди

Использование заголовка для определения приоритета очереди - метод, который определяет классы обслуживания. Отдельные буферы обслуживают различные классы обслуживания, имеющие различный приоритет. В каждый момент времени оборудование линии передачи, получая следующий пакет для передачи, выбирает пакет в зависимости от состояния очереди с высоким приоритетом. Например, пакет, который требует малого времени задержки, устанавливается в очередь, имеющую высокий приоритет, а пакет, который не требует срочной передачи, устанавливается в очередь, имеющую низкий приоритет. Размеры буферной памяти могут быть различными для каждого класса приоритета, в зависимости от требуемой вероятности потерь. Пакет из низкоприоритетной очереди принимается для передачи только в случае отсутствия заявок в буферной памяти высокого приоритета. Наличие заявок в очереди фиксируется в ее заголовке.

Несмотря на то, что приоритетная организация очереди обеспечивает различные уровни обслуживания для различных классов, она имеет недостатки. Например, она не позволяет доступ пакетам низкого уровня, пока есть пакеты высокого уровня, независимо от загрузки канала. Также редко поступающие (не подряд) заявки высокого уровня могут блокировать длинную очередь низкого уровня. Другая проблема состоит в том, что не учитываются заявки различных пользователей одного и того же приоритета. Например, пользователь с напряженной нагрузкой блокирует работу других пользователей.

3. Сортировка пакетов

Третий подход к организации планирования очереди включает сортировку пакетов в буфере согласно приоритетной метке, отражающей безотлагательность, с которой каждый пакет должен быть передан. Эта система имеет большую гибкость, потому что метод открыт для присвоения приоритета и даже может делать это динамически.


Управление трафиком на уровне потока

Управление трафиком на уровне потока предназначено для обеспечения качества обслуживания (например, уменьшения времени задержек, потери ячеек, и т. п.), удовлетворяющего требования пользователя. Управление трафиком на уровне потока работает приблизительно миллисекунды и секунды. Пакетная коммутация имеет преимущество перед коммутацией каналов в части эффективного использования ресурса, разрешая потокам совместно динамически использовать ресурсы в сети. Однако динамическое совместное использование вызывает ряд проблем. Когда слишком много пакетов запрашивают один и тот же ресурс сети, возникает перегрузка и сетевая задержка, потеря или снижение производительности. Например, рассмотрим сеть пакетной коммутации, показанную на рис. 2.

Файл:2уп.jpg

Рис. 7.6. Перегрузка одного узла, когда входящая нагрузка превышает исходящую

Предположим, что узлы 1, 2 и 5 непрерывно передают пакеты каждый к своему пункту назначения через узел 4. Если суммарная величина входящего потока пакетов к узлу 4 больше, чем способность передать эти пакеты, занятие буферной памяти на узле 4 будет расти. Если эта ситуация сохранится, в конечном счете буферная память заполнится и начнет удалять пакеты. Когда пункт назначения будет найден, он может запросить, чтобы источник повторно передал пропущенные пакеты. Источник согласно протоколу выполнил бы эту команду и передал бы еще больше пакетов узлу 4, что вызывало бы дальнейшее ухудшение ситуации перегрузки. В свою очередь, узел 4 удалил бы больше пакетов, что заставило бы пункт назначения генерировать еще большее количество перезапросов.

Этот процесс иллюстрирует рис. 3. (кривая, относящаяся к неуправляемому процессу). Цель управления трафиком на уровне потока состоит в том, чтобы управлять индивидуальными потоками и поддерживать работу (управляемая кривая) при наличии перегрузки. Поэтому этот процесс можно назвать управлением перегрузками.

Файл:3уп.jpg

Рис. 3. Пропускная способность сети с управлением и без управления перегрузкой

Проблема перегрузки может быть решена увеличением буферной памяти. Однако это решение просто задерживает начало перегрузки. Хуже все же, когда ситуация перегрузки будет длиться намного дольше и будет более серьезной. В худшем случае, когда размеры буферов становятся чрезвычайно большими, пакеты могут иметь чрезвычайно большие времена задержек.

Контроль перегрузок - очень трудная проблема, и предложено много алгоритмов управления перегрузкой. Можно классифицировать алгоритмы управления перегрузкой нескольким способами. Самый логичный подход идентифицирует два широких класса:

- управление с явными потерями (open-loop control);

- управление с повторной передачей (closed loop control).

Управление с явными потерями препятствует возникновению перегрузки, контролируя, что трафик, сгенерированный источником, не ухудшит характеристики до уровня ниже заданного качества обслуживания.

Если нельзя гарантировать качество обслуживания, сеть отклоняет предложенный трафик прежде, чем вводить пакеты в сеть. Функция, которая принимает решение принять или отклонить новый трафик, названа "управление доступом". С другой стороны, управление с повторной передачей реагирует на перегрузку, когда она уже возникает или собирается возникнуть, регулируя трафик согласно состоянию сети.

Управление трафиком на уровне объединенных потоков

На уровне объединенных потоков управление трафиком имеет дело с разнообразными потоками. Этот уровень работает в течение относительно долгого времени - от нескольких минут до нескольких дней. Управление трафиком на уровне объединенных потоков часто называют проектированием трафика (traffic engineering). Главная цель проектирования трафика: распределить объединенные потоки по сети так, чтобы эффективно использовать ее ресурсы. При маршрутизации выбор самого короткого пути позволяет доставлять трафик наиболее быстро к пункту назначения.


Управление доступом

Управление доступом было первоначально разработано для сетей пакетной коммутации с виртуальными каналами, таких как ATM, но потом было распространено для дейтаграммных сетей. Управление доступом в ATM работает на уровне соединений, поэтому оно было названо управлением доступом к соединению (Call Admission Control - CAC). Управление доступом в дейтаграммной сети имеет смысл, только если пакеты данного потока следуют одним и тем же путем.

Управление доступом - это сетевая функция, которая вычисляет ресурсы сети (например, ширину полосы и буферную память), необходимые новому потоку. Она определяет, имеются ли такие ресурсы по пути, который нужно пройти соединению. Поэтому источник, инициирующий новый поток, должен сначала получить разрешение от объекта, управляющего доступом, который решает, может ли быть поток принят или отклонен. Если качество обслуживания нового потока удовлетворительно и не нарушает качество обслуживания уже существующих потоков, тогда поток принимается, в противном случае поток получает отказ в обслуживании. Качество обслуживания может выражаться в терминах максимальной задержки, вероятности потери, разброса в задержке или в других доступных измерению характеристиках.

Для определения возможности выполнения показателей качества обслуживания объект, управляющий доступом, должен знать параметры трафика и требуемое качество обслуживания, заданное контрактом между источником потока и сетью. Параметры, описывающие поток трафика, которые позволяют вычислить готовность сети обеспечить заданное качество обслуживания, включают в себя: пиковую скорость (бит/c или байт/c); среднюю скорость (бит/c или байт/c); максимальный размер пачки (бит, байт или секунды).

Пиковая скорость определяет максимальную скорость, с которой источник может генерировать пакеты. Средняя скорость определяет аналогичный параметр источника. Максимальный размер пачки определяет промежуток времени, когда источник будет генерировать трафик на пиковой скорости. рис. 3 показывает пример потока трафика, который генерируется источником, показывает пиковую и среднюю скорость. Основываясь на параметрах трафика и требуемом качестве обслуживания, управление доступом может вычислить, какая нужна производительность и располагает ли сеть такими резервами для нового потока. Показатели производительности вообще лежат между средней и пиковой скоростями и называются действующей производительностью.


Литература

1. Кожанов Ю.Ф Интерфейсы и протоколы сетей следующего поколения СПб.: Альфарет, 2006, 218 с

2. Семенов Ю.А. Алгоритмы телекоммуникационных сетей. Часть 1. Алгоритмы и протоколы каналов и сетей передачи данных, 2007


--Анна Касинова и Кристина Чешенко

Просмотры
Инструменты

Besucherzahler russian mail order brides
счетчик посещений
Rambler's Top100
Лингафонные кабинеты  Интерактивные доски  Интерактивная приставка Mimio Teach