Управление потоком (количеством пакетов) и управление перегрузками

Управление потоком. Под управлением потоком понимается согласование передающих и приемных устройств по быстродействию, т. е. регулирование скорости передачи пакетов с передающей стороны или транзитного узла коммутации в соответствии с емкостью буфера приемного устройства.

Скорость передачи в сети с коммутацией пакетов определяется внутренними ресурсами сети, например емкостью буферов, пропускной способностью каналов, а также объемами данных, обрабатываемыми процессорами узлов коммутации. Если данные (пакеты), посылаемые передающей стороной, превышают возможности приема, то некоторая часть потока не сможет разместиться в буфере приемного устройства.

Следовательно, та часть пакетов, для которых отсутствует подтверждение правильной передачи, будет пересылаться вторично. Это ведет к увеличению объемов обработки для передающей стороны, к необходимости увеличения пропускной способности тракта передачи, а в итоге— к росту накладных расходов. Таким образом, цель управления потоком заключается в регулировании скорости передачи данных передающей стороны в соответствии с возможностями приемной стороны и в повышении эффективности использования ресурсов. Рассмотрим ряд случаев, когда подобное управление потоком оказывается необходимым, а также поясним, за счет чего достигается эффективность такого управления.

Случай 1. Быстродействие канала связи для приемного терминала меньше, чем для передающего

При непрерывной пересылке пакетов с той же скоростью, с которой они поступают на передающее устройство, на входе канала связи приемной стороны растет число ожидающих пакетов. При большом скоплении таких пакетов среднее время пребывания в буфере возрастает, эффективность передачи снижается, а производительность этой части сети падает. Следовательно, при соответствующей настройке скорости передачи пакетов с учетом емкости буфера приемного устройства можно повысить эффективность передачи.

Случай 2. Увеличение нагрузки в сети

Коммутация пакетов может рассматриваться как обработка без ожидания (в масштабах сети) и как обработка с ожиданием (для отдельных участков внутри сети). В случае обработки без ожидания при выборе оборудования сети ориентируются на максимальные нагрузки, тогда как при обработке с ожиданием можно сократить часть оборудования. При этом возможно сглаживание графика. На рис. 2.24 показан пример такого сглаживания. В связи с увеличением времени доставки пакетов при сокращении части оборудования необходимо, чтобы суммарное время задержки для системы обработки не превышало заданных пределов.

Для сообщения передающей стороне о возможностях приемной в настоящее время используются такие методы, как

• метод WABT (wait before transmission): передающая сторона может посылать сигналы до получения от приемной стороны требования о прекращении передачи;
• метод QA (go ahead): передающая сторона может пересылать пакеты лишь после получения соответствующей санкции приемной стороны. В этом случае число пакетов, пересылаемых передающей стороной за один цикл, определяется заранее либо

Временные колебания потоков пакетов и сглаживание графика.
Рис. 2.24. Временные колебания потоков пакетов и сглаживание графика.

• метод PERMIT

: в отличие от предшествующих методов, в которых управление буфером в момент приема пакетов основано на принятии компромиссного решения, в данном методе буфер резервируется лишь на определенную часть от общего числа переданных пакетов. Поэтому пакеты для предварительного резервирования буфера на приемной стороне принимаются всегда.
Так как размер окна корректируется после подтверждения приема, то предлагаемый в рекомендациях X. 25 метод управления окном одновременно считается и методом GA. Если желательно непрерывное подтверждение приема, то управление потоком можно осуществить с помощью метода WABT. На рис. 2.25 показаны различия этих методов. В методе PERMIT буфер резервируется заранее и притом только для определенной передачи, поэтому эффективность буфера низкая и производительность сети невысокая. Высокая эффективность передачи при использовании метода WABT позволяет добиться высокой производительности сети.

Управление перегрузками.

При управлении потоком объемы пересылаемых пакетов регулируются лишь для одной передачи. Тем не менее для экономичной работы оборудования буфер на приемной стороне используется для всех передач, а размещение оборудования в сети планируется с учетом некоторых потерь, т. е. с учетом вероятности того, что в момент приема пакетов буфер не готов к работе. Таким образом, несмотря на то что задание нормального режима каждой передачи предполагает регулирование величин потоков, в некоторых случаях емкость какого-то приемного устройства может оказаться недо статочной. Если передающей стороне сообщить о превышении возможности приема, то из-за аннулированной нагрузки может ухудшиться производительность сети. Обработка, включающая в себя поиск таких состояний, передачу соответствующих извещений передающим устройствам и блокировку выдачи пакетов с последних, называется управлением перегрузками.

Другими словами, управление потоком преследует цель повысить эффективность используемых ресурсов сети путем регулирования объемов потоков одного виртуального канала в зависимости от числа сообщений, приходящихся на один терминал. Управление перегрузками, напротив, преследует цель предупредить снижение эффективности при превышении нагрузки терминалов с точки зрения всех ресурсов устройств коммутации или сети.

Параметрами, по которым осуществляется управление перегрузками в устройствах коммутации пакетов, являются производительность процессора узла коммутации, емкость буфера и пропускная способность выходного канала. При поиске скоплений пакетов производятся измерения фактической продолжительности обработки каждым процессором узла коммутации в единицу времени, а также емкости свободных буферов. Кроме того, измеряются времена задержки каналов в соответствии с таблицей ограничения нагрузки. Во всех случаях проверяется, превышают или нет измеренные величины регламентированные значения. Если такие превышения имеют место, начинают функционировать алгоритмы управления перегрузками. Соответствующими локальными устройствами сети рассылаются управ-

Методы управления потоком.
а                         о Рис. 2.25. Методы управления потоком.

а—метод WABT (с использованием окна W = 7). При использовании этого метода возможна непрерывная передача пакетов, а подтверждающие ответы отсылаются между посылками; б — метод GA. Этот метод предполагает, что каждая следующая передача начинается лишь после получения соответствующей санкции приемной стороны.
ляющие пакеты, содержащие инструкции по ликвидации скоплений.

При управлении потоком одним из основных управляющих параметров является число виртуальных каналов. При этом для нормального режима заранее определяются маршруты всех пакетов, осуществляющих управление. При управлении перегрузками маршруты управляющих пакетов определить намного сложнее, так как перегрузки в одном пункте сети вызываются различными причинами. Для защиты от перегрузок могут потребоваться специфические управляющие пакеты с различными, вообще говоря, маршрутами. Выбрать последние в некоторых ситуациях можно с помощью имитационного моделирования потоков в сети.

Сложность управления перегрузками определяется тем, что не всегда экономически целесообразно устанавливать причину и источник перегрузки. Даже если поиск источника перегрузок иногда производится, то не всегда можно определить, явится ли найденный источник причиной перегрузок в будущем. В остальном проблемы управления потоком и перегрузками достаточно близкие, поэтому в том и другом случае используются аналогичные методы. Так, например, метод WABT является наиболее экономичным. При обнаружении перегрузки информацию можно передавать (а) всем устройствам коммутации внутри сети; (б) источнику посылки пакетов, прибывших после обнаружения перегрузки; (в) соседним узлам коммутации, что соответствует различным способам управления перегрузками.

После возникновения перегрузки на входе сети целесообразно задержать поступление нагрузки. Если же затормозить трафик внутри сети, он может начать блуждать по обходным путям, не приближаясь к объекту назначения. В результате время пребывания пакетов в сети возрастает и, следовательно. коэффициент использования буфера уменьшается. Поэтому способ (б) применяется лишь на начальной стадии перегрузки и только для транзитного графика.

При использовании способа (б) нагрузка устройств коммутации оказывается большой из-за многочисленных управляющих сигналов, которые необходимо переслать, и, кроме того, возрастает трафик в момент перегрузки. Это может повлечь за собой увеличение графика в каналах, и без того в этот момент нагруженных. Однако при реализации способа (б) можно в одном управляющем сигнале совместить функции управления потоком и управления перегрузками, поэтому отпадает необходимость генерирования и пересылки дополнительных сигналов. При использовании способа (а) число управляющих сигналов будет пропорционально числу устройств коммутации в сети. В случае (а) ограничение ввода в сеть нового графика позволяет применять для передачи информацию о перегрузках устройства коммутации на входе сети, не увеличивая перегруженный трафик. Таким образом, в крупномасштабных сетях целесообразным считается способ (а), в небольших сетях—либо способ (а), либо (б) в зависимости от загрузки устройств коммутации.