Управление трафиком

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. Как показано на рис. 7.16, концепция выбора самого короткого пути, к сожалению, не может привести к эффективной передаче потоков.

увеличить изображение
Рис. 7.16. Отображение трафика на топологию сети

В этом примере возникают требования передачи трафика между источниками 1, 2 и 3 к пункту назначения 8. При использовании маршрутизации по принципу самого короткого пути линия связи, соединяющая узлы 4 и 8, имеет высокую нагрузку, в то время как другие линии связи загружены мало. рис. 7.16б показывает пример лучшего распределения трафика, где он распределен по сети так, чтобы потоки, создающие опасность перегрузки на критическом направлении между узлом 4 и узлом 8, были удалены.

Вопросы проектирования трафика обширны и сложны. Вообще, эффективная разработка трафика - знание его характеристик. Ниже рассмотрим простую методику, которая не использует характеристик трафика и предназначена только для сетей, ориентированных на пакетную коммутацию.

Предположим, что заявка на передачу трафика требует пропускной способности B между данным источником и пунктом назначения. Сначала алгоритм сокращает любую линию связи сети, которая имеет пропускную способность меньше, чем B. Затем алгоритм выполняет самую короткую маршрутизацию по принципу выбора самого короткого пути между данным источником и пунктом назначения. Рассмотрим пример, показанный на рис. 7.16. Предположим, что надо установить три пути: узел 1 к узлу 8 (путь 1), узел 2 к узлу 8 (путь 2), и узел 3 к узлу 8 (путь 3). Предположим, что пропускная способность, которая требуется для каждого пути, - B, и каждая линия связи имеет пропускную способность B. Первоначально самый короткий путь 1 может быть выбран по маршруту 1-4-8. Выбор этого маршрута исключает из поиска линии 1-4 и 4-8. Следующий путь 2 выбирает наикратчайший путь 2-4-5-8 в уже усеченной топологии. Теперь из поиска исключаются линии 2-4, 4-5 и 5-8. Путь 3 использует снова усеченную топологию и выбирает наикратчайший путь 3-6-7-8.

Маршрутизация по самому короткому пути не всегда приводит к желательному результату. Рассмотрим теперь случай, где пути устанавливаются в соответствии со следующей заявкой: путь 2, путь 1 и путь 3.

Читатель может проверить, что путь 2 выберет маршрут 2-4-8, а путь 1 выберет маршрут 1-4-6-7-8. В этом случае путь 3 не может быть успешно установлен. Этот пример показывает, что последовательность выбора пути играет при маршрутизации по принципу самого короткого пути важную роль в возможном размещении пути. Оптимальное размещение пути должно было бы рассмотреть все возможные заявки на имеющиеся пути, поступившие в одно и то же время, так, чтобы оптимизация могла быть сделана глобально.

Краткие итоги

• Управление трафиком можно классифицировать по трем уровням: управление пакетами; управление трафиком; управление потоком.
• Управление пакетами в основном выполняет следующие работы: организацию очередей пакетов, планирование передачи пакетов в коммутаторах, маршрутизаторах и мультиплексорах.
• 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.
• При дисциплине обслуживания с использованием заголовка очереди отдельные буферы обслуживают различные классы обслуживания, имеющие различный приоритет (отметку коэффициента потери ячеек - CLP).
• Дисциплина обслуживания с сортировкой очереди включает сортировку пакетов в буфере согласно приоритетной метке, отражающей безотлагательность, с которой каждый пакет должен быть передан.
• Равнодоступная дисциплина очереди обеспечивает равноправный доступ к пропускной способности канала. В идеальной ситуации пропускная способность передачи разделена одинаково среди всех непустых буферов.
• Взвешенная равнодоступная очередь (Weighted Fair Queuing - WFQ) используется в том случае, когда имеются пользователи с различными требованиями. Как и в предыдущем случае, для потока каждого пользователя выделяется свой буфер, но каждый буфер имеет вес, который определяет долю участия в разделении производительности линии.
• Цель управления трафиком на уровне потока состоит в том, чтобы управлять потоками трафика и поддерживать работу (управляемая кривая) при наличии перегрузки. Поэтому этот процесс можно назвать управлением перегрузками.
• Алгоритмы управления перегрузкой можно распределить по двум классам: управление с явными потерями (open-loop control) и управление с повторной передачей (closed loop control).
• Управление с явными потерями работает по следующему принципу: если качество обслуживания нельзя гарантировать, сеть отклоняет предложенный трафик прежде, чем вводить пакеты в сеть. Функция, которая принимает решение принять или отклонять новый трафик, названа "управление доступом".
• Управление с повторной передачей реагирует на перегрузку, когда она уже возникает или собирается возникнуть, регулируя трафик согласно состоянию сети.
• Как только поток принят объектом управления доступом, качество должно поддерживаться в течение времени существования потока. Процесс наблюдения за трафиком называется охраной. Большинство устройств, осуществляющих охрану, используют принцип "дырявого ведра".
• Формирование трафика означает процесс изменения потока для гарантий его конформности. Формирование трафика может быть реализовано несколькими методами.

Задачи и упражнения

1. Какие аспекты управления нагрузкой ATM изменятся, если соединения ATM принадлежат одному из ограниченных классов и если качество обслуживания гарантируется не на индивидуальные соединения, а на класс в целом? Могут иметь значение виртуальные пути (VPs) в обеспечении качества обслуживания этих классов?
2. Объясните, как архитектура ATM облегчает создание множественных виртуальных сетей, которые сосуществуют по той же самой физической инфраструктуре сети ATM, но могут использоваться, как будто они являются отдельными независимыми сетями.
3. Пусть величина шага наполнения ведра I=4, глубина L+I=10, скорость вытекания С=1 пакет в один момент времени T=2 время в числе интервалов, между двумя поступлениями. Составить таблицу, иллюстрирующую диаграмму работы "дырявого ведра" (аналогичную таблице 7.1).