Управление трафиком

Формирование потоков

Когда источник пытается передать поток пакетов, он может не знать точно, как выглядит его поток. Если источник хочет иметь гарантию, что генерируемый им поток конформный для оборудования дырявого ведра, он должен в первую очередь изменить поток. Формирование трафика означает процесс изменения потока для гарантий его конформности. Как показано на рис. 7.12, обычно устройства для формирования трафика устанавливаются на узле только перед тем, как трафик покидает сеть (исходящий узел), в то время как устройства охраны размещаются на узлах, получающих трафик от других узлов (входящие узлы).

увеличить изображение
Рис. 7.12. Типовое расположение устройств охраны и формирования трафика

Формирование трафика может быть реализовано многими методами. Формирование трафика с использованием принципа дырявого ведра - очень простое устройство. Оно показано на рис. 7.13.

увеличить изображение
Рис. 7.13. Формирователь трафика по принципу дырявого ведра

Буфер используется для накопления временных всплесков пакетов в потоке. Размер буфера зависит от максимальной пачки, пакеты которой могут быть накоплены и могут быть удалены, когда буфер полон. Устройство охраны проверяет и передает каждый пакет во время его прохождения. Устройство формирования трафика обычно вносит задержку тех пакетов, которые поступили раньше, чем это диктуется расписанием, и это требует буферной памяти для таких пакетов.

Формирователь трафика по принципу дырявого ведра, описанный выше, очень ограничен, поскольку его скорость на выходе, если буфер не пуст, является постоянной. Многие приложения вырабатывают трафик с переменной скоростью. Если такой трафик проходит через рассматриваемый формирователь, задержка прохождения через буфер излишне велика. Возвращаясь еще раз к формированию, заметим, что трафик, за которым наблюдает охрана, не должен быть ровным, чтобы быть конформным. Охрана позволяет пропустить некоторые пачки в трафике, пока они находятся в определенных пределах.

Более реалистичный формирователь, называемый формирователем допустимого трафика по принципу ведра (token bucket traffic shaper), регулирует только неконформные пакеты. Пакеты, которые определены как конформные, пропускаются без задержки. На рис. 7.13 показано допустимое ведро, полученное расширением дырявого ведра. Метки генерируются периодически с постоянной скоростью и накапливаются в ведре меток. Если ведро меток полное, прибывающие метки отклоняются. Пакет от буфера может быть выведен, если в буфере меток есть метка. Если буфер меток пуст, прибывающие пакеты ждут в пакетном буфере. Поэтому можно представить себе, что метка - это разрешение на передачу.

Представим, что буфер имеет задел пакетов, когда ведро меток пусто. Этот задел пакетов ждет новых меток, которые должны быть сгенерированы, прежде чем пакеты будут переданы. Поскольку метки прибывают периодически, эти пакеты передаются тоже периодически со скоростью поступления меток Здесь поведение ведра меток похоже на поведение формирователя на принципе дырявого ведра.

Теперь рассмотрим случай, когда ведро меток не пусто. Пакеты передаются по мере своего пребывания без ожидания в буфере, пока имеются метки для прибывающих пакетов. Таким образом, пачечный трафик сохраняется. Однако если пакеты продолжают прибывать, в конечном итоге ведро меток опустеет и пакеты начнут выходить периодически. Размер буфера меток существенно зависит от ожидаемой величины всплеска трафика. Когда эта зависимость равна нулю, формирователь буфера меток превращается в формирователь трафика по принципу дырявое ведро.

Гарантии качества обслуживания и расписание обслуживания

Коммутаторы и маршрутизаторы в сети пакетной коммутации поглощают флюктуации трафика. Пакет, который ставится на ожидание в буфер, может быть включен в расписание передачи различными методами. Рассмотрим методы, основанные на применении буфера меток и на расписании с равнодоступной очередью.

Пусть - размер буфера в байтах и пусть - скорость меток, выраженная в байт/c. Тогда период за период - максимальный трафик, проходящий через формирователь, может быть байт. Предположим, что имеются две очереди для обслуживания этого потока, показанные на рис. 7.14. На этом рисунке байт/c - линейная скорость при условии, что .

увеличить изображение
Рис. 7.14. Задержка в сформированном с помощью буфера меток трафике

На рис. 7.14 а показано расположение буферов очередей, а на рис. 7.14б - занятость буфера как функция времени. Предположим, что буфер меток позволяет принять всплеск байт, и эти байты будут накоплены к моменту . После этого формирователь, использующий метки, позволяет передавать информацию со скоростью байт/с, и передача проходит на скорости мультиплексора байт/с. Тогда занятость буфера будет уменьшаться согласно формуле байт/с. Важно заметить, что занятие буфера всегда меньше байт. Отметим также, что занятость буфера дает возможность определить задержку в данный момент. Эта задержка будет зависеть от числа байт, которые необходимо передать переданным байтом. Поэтому задержка определяется выражением .

Предположим, формирователь с метками применяется для мультиплексора с равнодоступной взвешенной очередью. Предположим также, что вес для потока гарантирует получение не менее байт/с. Из этого следует, что поток от формирователя с метками будет иметь задержку более в секунду.

В общем случае задержка при формирователе с использованием меток определяется неравенством:

где

- задержка в секундах;

- максимальный размер пакета в потоке;

- максимальный размер пакета в сети;

- число переприемных участков;

- линейная скорость передачи в соединении .

Этот результат при ограничении обеспечивает условие для установления соединения по сети пакетной коммутации, при котором гарантирована доставка пакета за определенное время.