Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Шейпинг трафика и его политика не так существенны для однорангового обмена и передач других типов, где используется вся доступная пропускная способность. Но они имеют важное значение для данных в реальном времени (например, при аудио- и видеосоединениях), обладающих строгими требованиями к QoS. Нам уже знаком один способ ограничения объема данных, отправляемого приложениями, — раздвижное окно. С помощью одного параметра он определяет, сколько данных передается в конкретный момент времени, что косвенно сдерживает скорость. Теперь мы обратимся к более общим методам описания трафика и рассмотрим алгоритмы дырявого и маркерного ведра. Хотя эти методы немного отличаются друг от друга, они дают одинаковый результат.
Представьте себе ведро с маленьким отверстием в донышке, как показано на илл. 5.23 (б). Независимо от скорости, с которой вода наливается в ведро, выходной поток обладает постоянной скоростью R, когда в ведре есть вода, и нулевой скоростью, когда оно пустое. Кроме того, когда ведро наполняется и вода занимает весь объем B, вся лишняя вода выливается через край и теряется.
Илл. 5.23. (а) Формирование пакетов. (б) Алгоритм дырявого ведра. (в) Алгоритм маркерного ведра
С помощью такого ведра можно формировать или приводить в порядок пакеты, поступающие в сеть (илл. 5.23 (а)). Принцип следующий: каждый хост соединяется с сетью через интерфейс, содержащий «дырявое ведро». Чтобы пакет можно было отправить в сеть, в ведре должно быть достаточно места для воды. Если в момент поступления пакета ведро заполнено, пакет либо помещается в очередь до тех пор, пока в ведре не освободится достаточно места, либо отвергается. Первый вариант встречается, когда формирование трафика производится операционной системой хоста. Второй — когда проверка трафика, поступающего в сеть, осуществляется аппаратными средствами в сетевом интерфейсе интернет-провайдера. Этот метод был предложен Тернером (Turner, 1986) и называется алгоритмом дырявого ведра (leaky bucket algorithm).
То же самое можно представить по-другому: в виде ведра, которое в данный момент наполняется (см. илл. 5.23 (в)). Вода вытекает из крана со скоростью R, а объем ведра, как и в предыдущем случае, равен B. Чтобы отправить пакет, необходимо, чтобы из ведра можно было вылить воду (или маркеры — так обычно называют содержимое ведра), а не налить ее туда. В ведре может содержаться ограниченное число маркеров (не более B); если ведро пустое, для отправки пакета необходимо подождать, пока не появятся новые маркеры. Данный метод называется алгоритмом маркерного ведра (token bucket algorithm).
Алгоритмы дырявого и маркерного ведра ограничивают постоянную скорость потока, при этом пропуская кратковременные всплески трафика (также ограниченные максимальным значением) без искусственных задержек. Чтобы снизить нагрузку на сеть, шейпер «дырявого ведра» сглаживает крупные всплески трафика. Представьте компьютер, который производит данные со скоростью 1000 Мбит/с (125 млн байт в секунду); первая связь сети работает на той же скорости. Хост генерирует схему трафика, показанную на илл. 5.24 (а). Эта схема является неравномерной. Средняя скорость составляет 200 Мбит/с, хотя хост отправляет пиковый объем трафика в 16 000 Кбайт на максимальной скорости 1000 Мбит/с (за 1/8 с).
Илл. 5.24. (а) Трафик, передаваемый хостом. (б) Исходящий трафик, сформированный с помощью маркерного ведра со скоростью 200 Мбит/с и емкостью 9600 Кбайт. (в) Та же скорость, емкость 0 Кбайт. (г) Уровень маркерного ведра при формировании трафика со скоростью 200 Мбит/с и емкостью 16 000 Кбайт. (д) Та же скорость, емкость 9600 Кбайт. (е) Та же скорость, емкость 0 Кбайт
Теперь предположим, что маршрутизаторы могут принимать данные на максимальной скорости только в течение небольших временных интервалов — до тех пор, пока буфер не заполнится. Размер буфера составляет 9600 Кбайт — это меньше объема пикового трафика. При долгих интервалах маршрутизаторы лучше всего работают, если скорость не превышает 200 Мбит/с (именно такая пропускная способность указана в соглашении с клиентом). Из этого следует, что если для передачи используется эта схема, часть трафика будет удалена, так как не поместится в буферы маршрутизаторов.
Чтобы избежать потери пакетов, можно сформировать трафик на хосте по методу маркерного ведра. Если скорость R равна 200 Мбит/с, а емкость B равна 9600 Кбайт, трафик находится в пределах возможностей сети. Исходящий трафик такого маркерного ведра показан на илл. 5.24 (б). Хост может передавать на максимальной скорости 1000 Мбит/с в течение небольшого промежутка времени — до тех пор, пока ведро не опустеет. Затем он должен будет снизить скорость до 200 Мбит/с и отправить оставшуюся часть трафика. Суть в том, чтобы растянуть время передачи пикового трафика (пачки пакетов), если сеть не в состоянии обработать его в один прием. Уровень маркерного ведра показан на илл. 5.24 (д). Вначале ведро наполнено, но после первой порции трафика оно становится пустым. Когда уровень достигает нуля, новые пакеты могут передаваться только с той скоростью, с какой в буфер поступают маркеры; отправка крупных объемов трафика невозможна, пока ведро снова не будет полным. Оно постепенно наполняется, когда трафик не приходит, и остается пустым, пока данные приходят со скоростью его заполнения.
Чтобы трафик был равномерным, его можно сформировать. На илл. 5.24 (в) показан исходящий трафик маркерного ведра со скоростью 200 Мбит/с и емкостью 0. Это крайний случай — трафик полностью выровнен. Крупные пачки не принимаются; трафик приходит с постоянной скоростью. Уровень воды в ведре, соответственно, всегда равен нулю (см. илл. 5.24 (е)). Трафик помещается в очередь хоста, и в каждый момент времени какой-то пакет ожидает отправки.
Наконец, на илл. 5.24 (д) показан уровень маркерного ведра со скоростью R = 200 Мбит/с и емкостью B = 16 000 Кбайт. Это самое маленькое маркерное ведро, через которое данные проходят без изменений. Маршрутизатор может использовать его для проверки трафика, передаваемого хостом. Такое ведро можно расположить на одном из концов сети; если трафик будет соответствовать маркерному ведру, указанному в SLA, он сможет пройти через ведро. Если же хост будет отправлять данные слишком быстро или неравномерно, вода в маркерном ведре закончится и сеть узнает о том, что трафик не соответствует условиям договора. Далее в зависимости от конфигурации сети лишние пакеты будут либо удалены, либо помечены как низкоприоритетные. В нашем примере ведро пустеет лишь на короткое время — после пикового трафика. После этого
