Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Однако даже если нагрузка несколько меньше теоретической емкости, все равно могут образовываться очереди и возникать задержки. Рассмотрим ситуацию, в которой пакеты прибывают нерегулярно со средней скоростью прибытия X пакетов в секунду. Пакеты имеют случайную длину и могут передаваться по каналу со средней скоростью обслуживания ц пакетов в секунду. Предположим, что как скорость прибытия, так и скорость обслуживания имеют пуассоновское распределение (такие системы называются системами массового обслуживания M/M/1, где «М» означает «марковский процесс», который в данном случае является еще и пуассоновским). Тогда, используя теорию массового обслуживания, можно доказать, что средняя задержка T, присущая пакету, равна

где — коэффициент использования центрального процессора. Первый со

множитель — это задержка при отсутствии конкуренции. Второй сомножитель представляет собой дополнительную задержку, возникающую благодаря конкурентной борьбе с другими потоками. Например, если 950 000 пакетов/с, а ц = 1 000 000 пакетов/с, тогда р = 0,95 и средняя задержка каждого пакета составляет 20 мкс вместо 1 мкс. Эти подсчеты учитывают и задержку доставки, и задержку обработки: при малом трафике отношение Если на пути потока стоят, скажем,

30 маршрутизаторов, то одна только задержка обслуживания составит 600 мкс.

Один из методов соотнесения характеристик потока и ресурсов маршрутизатора, необходимых для выполнения гарантий пропускной способности и времени задержки, был предложен Parekh и Gallagher (1993, 1994). Согласно этому методу, отправитель должен сформировать трафик с помощью маркерных ведер (R, B), а маршрутизаторы должны использовать взвешенное справедливое обслуживание. Каждому потоку присваивается вес W, достаточный для того, чтобы опустошить маркерное ведро со скоростью R (рис. 5.29). Если, например, скорость потока составляет 1 Мбит/с, а мощности маршрутизатора и исходящей связи равны 1 Гбит/с, вес потока должен превышать одну тысячную от общей суммы весов всех потоков этого маршрутизатора для исходящей связи. Это обеспечит потоку минимальную пропускную способность. Если поток не может получить необходимую ему скорость, он не будет допущен в сеть.

Рис. 5.29.Гарантии пропускной способности и задержки с использованием маркерных ведер и взвешенного справедливого обслуживания

Наибольшее время ожидания в очереди для данного потока является функцией максимальной емкости маркерного ведра. При равномерном трафике пакеты проходят через маршрутизатор с той же скоростью, с которой прибывают. При этом не происходит никаких задержек (не считая эффектов пакетирования). С другой стороны, если трафик передается пачками, то пачка максимального размера, B, может прибыть на маршрутизатор целиком. Тогда максимальная задержка, D, будет равна времени прохождения пакета через маршрутизатор при фиксированной пропускной способности, или B/R (опять же, не считая эффектов пакетирования). Если этот показатель слишком высокий, поток может запросить большую пропускную способность.

Такие гарантии являются достаточно строгими: маркерные ведра ограничивают неравномерность трафика, а справедливое обслуживание изолирует пропускную способность, выделяемую для разных потоков. Это значит, что гарантии пропускной способности и задержки для потока будут выполнены, даже если другие потоки будут копить трафик и отправлять его одновременно.

Более того, результат не зависит от количества маршрутизаторов в узлах пути и от топологии сети. Каждый поток получает свою минимальную пропускную способность благодаря тому, что она зарезервирована на каждом маршрутизаторе. Более тонко дело обстоит с максимальной задержкой. В наихудшем случае, если крупный объем трафика поступит на первый маршрутизатор и будет соревноваться с трафиком других потоков, максимальная задержка будет равна D . Однако после этого трафик станет более равномерным, и поэтому на следующих маршрутизаторах такой задержки уже не будет. В результате общая задержка в очереди не будет превышать D .

5.4.5. Интегральное обслуживание

В 1995-1997 годах проблемная группа проектирования сети Интернет (IETF) прилагала множество усилий по продвижению архитектуры потокового мультимедиа. В результате появилось две дюжины документов RFC, начинающихся с префикса RFC и включающих порядковые номера 2205-2212. Общее название этих трудов — потоковые алгоритмы или интегральное обслуживание (integrated services). Предлагаемая технология предназначена как для одноадресных, так и для многоадресных приложений. Примером первых может быть видеоклип на сайте новостей, доставляемый в виде потока пользователю, пожелавшему посмотреть его. Пример вторых — набор станций цифрового телевидения, осуществляющих широковещательное распространение своих программ в виде потоков IP-пакетов. Данной услугой может пользоваться большое число абонентов, расположенных в разных географических точках. Ниже мы более подробно рассмотрим многоадресную рассылку, поскольку одноадресная передача — это лишь особый случай многоадресной.

Во многих приложениях с многоадресной маршрутизацией группы пользователей могут меняться динамически. Например, люди могут подключаться к участию в видеоконференциях, но со временем это занятие им надоедает и они переключаются на мыльные оперы или спортивные каналы. В данном случае стратегия предварительного резервирования пропускной способности не совсем подходит, потому что при этом каждому источнику пришлось бы запоминать все изменения в составе аудитории. В системах, предназначенных для передачи телевизионного сигнала миллионам абонентов, такой подход и вовсе не годится.

RSVP — протокол резервирования ресурсов

Главная составляющая архитектуры интегрального обслуживания, открытая для пользователей сети, называется протоколом резервирования ресурсов (RSVP —

Resource reSerVation Protocol). Он описывается в документах RFC 2205-2210. Как следует из названия, протокол предназначен для резервирования ресурсов; другие протоколы применяются для описания передачи данных. RSVP позволяет нескольким отправителям посылать данные нескольким группам абонентов, разрешает отдельным получателям переключать каналы и оптимизирует использование пропускной способности, в то же время устраняя возникновение перегрузки.