Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Маршрутизаторы, использующие случайное раннее обнаружение, выигрывают в производительности перед маршрутизаторами, удаляющими пакеты при заполнении буфера, хотя иногда они требуют правильной настройки. Например, оптимальное число пакетов, которые необходимо удалить, зависит от числа отправителей, которых требуется оповестить о перегрузке. Однако по возможности лучше всего использовать явные уведомления о перегрузке. Они работают точно так же, но передают сообщения в явном виде, а не косвенно через утерю пакета; случайное раннее обнаружение используется в тех случаях, когда хосты не принимают явные уведомления.

5.4. Качество обслуживания

Методы, рассмотренные нами выше, направлены на уменьшение перегрузок и повышение производительности в сетях передачи данных. Однако существуют приложения (и клиенты), требующие от сети более строгих гарантий производительности, чем «лучшее, что можно сделать в данных условиях». В частности, для работы мультимедийных приложений часто необходимы минимальная пропускная способность и максимальное время задержки. В этом разделе мы продолжим изучение параметров производительности сетей, но больший упор сделаем на методах обеспечения высокого качества обслуживания, соответствующего требованиям конкретных приложений. Это та область, в которой Интернет сейчас стремительно развивается.

Одно из наиболее простых решений для предоставления высокого качества обслуживания заключается в создании сети с пропускной способностью, позволяющей передавать любые объемы трафика. Этот метод называется избыточным обеспечением ( overprovisioning). Такая сеть будет осуществлять трафик приложений без существенных потерь, а при условии хорошей схемы маршрутизации пакеты будут доставляться с низкой задержкой. Этим ограничиваются преимущества такого алгоритма с точки зрения производительности. Можно сказать, что телефонная сеть является системой с избыточным обеспечением. Довольно редко бывает, чтобы вы подняли трубку и не услышали гудка. Дело в том, что в систему заложена настолько большая пропускная способность, что превысить ее оказывается тяжело.

Проблема здесь одна: такое решение обходится очень дорого. По сути, проблема легко решается за счет финансовых затрат. Благодаря механизмам обеспечения качественного обслуживания сеть с меньшей пропускной способностью может удовлетворить требованиям приложения при низких затратах. Более того, избыточное обеспечение основывается на данных об ожидаемом трафике. Ситуация кардинально меняется, если схема трафика слишком сильно отличается от предполагаемой. Благодаря механизмам обеспечения качества обслуживания сеть может выполнить свои обязательства даже при резком увеличении объема трафика за счет отклонения некоторых запросов.

Чтобы обеспечить качество обслуживания, необходимо обратить внимание на следующие вопросы.

1. Что приложениям нужно от сети.

2. Как регулировать трафик, поступающий в сеть.

3. Как зарезервировать ресурсы на маршрутизаторах, необходимые для обеспечения

производительности.

4. Может ли сеть принять больший объем трафика.

Ни один метод не в состоянии эффективно решить все эти проблемы. Поэтому для сетевого (и транспортного) уровня разработано множество различных методов. На практике для обеспечения качества обслуживания используются их комбинации. Поэтому мы рассмотрим два варианта, использующихся в сети Интернет: интегральное обслуживание и дифференцированное обслуживание.

5.4.1. Требования приложений

Последовательность пакетов, передающихся от источника к приемнику, называется потоком(Clark, 1988) ( flow). При этом в сетях, ориентированных на соединение, поток могут составлять все пакеты соединения, а в сетях без установления соединения — все пакеты, отправленные от одного процесса к другому. Каждому потоку требуются определенные условия, которые можно охарактеризовать следующими четырьмя основными параметрами: пропускная способность, задержка, флуктуация и потери. Все вместе они формируют то, что называется качеством обслуживания( QoS— Quality of Service), необходимым потоку.

Некоторые часто используемые приложения и их требования к сети приведены в табл. 5.2. Следует отметить, что требования к сети являются менее жесткими, чем требования приложений, так как в некоторых случаях приложение может само улучшить уровень обслуживания, предоставленный сетью. В частности, для надежной передачи файлов сеть не обязана работать без потерь; кроме того, время задержки не должно быть одинаковым при передаче пакетов для аудио и видео. Потери можно компенсировать за счет повторной передачи, а для сглаживания флуктуаций можно сохранять пакеты в буфере получателя. Но при слишком низкой пропускной способности или слишком большой задержке приложения оказываются бессильны.

Таблица 5.2.Строгость требований некоторых приложений к качеству обслуживания

Приложение

Пропускная

способность

(bandwidth)

Задержка

(delay)

Флуктуации

(jitter)

Потери

(loss)

Электронная почта

Низкая

Низкая

Слабая

Средняя

Передача файлов

Высокая

Низкая

Слабая

Средняя

Веб-доступ

Средняя

Средняя

Слабая

Средняя

Удаленный доступ

Низкая

Средняя

Средняя

Средняя

Аудио по заказу

Низкая

Низкая

Сильная

Низкая

Видео по заказу

Высокая

Низкая

Сильная

Низкая

Телефония

Низкая

Высокая

Сильная

Низкая

Видеоконференции

Высокая

Высокая

Сильная

Низкая

Приложения могут иметь различные потребности в пропускной способности: для электронной почты, аудио в различных форматах и удаленного доступа необходима небольшая пропускная способность, тогда как передача файлов и видео в различных форматах требуют большой пропускной способности.

С задержкой дело обстоит иначе. Приложения, занимающиеся передачей файлов, включая электронную почту и видео, не чувствительны к задержкам. Даже если все пакеты будут доставляться с задержкой в несколько секунд, ничего страшного не произойдет. Однако интерактивные приложения — например, обеспечивающие веб-доступ или удаленный доступ — к задержкам более критичны. Что касается приложений, работающих в реальном масштабе времени, их требования к задержкам очень строги. Если при телефонном разговоре все слова собеседников будут приходить с большой задержкой, пользователи сочтут такую связь неприемлемой. С другой стороны, проигрывание видео- или аудиофайлов, хранящихся на сервере, допускает наличие некоторой задержки.