Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Крайне важен в гигабитных сетях формат пакета. В заголовке должно быть как можно меньше полей — это позволит снизить время его обработки. Сами поля должны быть достаточно большими, чтобы нести в себе как можно больше полезной (служебной) информации. Кроме того, они не должны пересекать границы слов, тогда их будет проще обработать. В данном контексте под «достаточно большим» подразумевается такой размер, который исключает возникновение проблем зацикливания порядковых номеров при нахождении в сети старых пакетов, учитывает отсутствие у получателя возможности объявить реально доступный размер окна из-за слишком малого служебного поля размера окна и т. д.

Максимальный размер поля данных должен быть достаточно большим, чтобы снизить накладные расходы, возникающие за счет программного обеспечения, и обеспечить возможность эффективной работы сети. Размер пакета 1500 байт слишком мал для гигабитных сетей, поэтому гигабитная сеть Ethernet позволяет передавать сверхдлинные кадры размером до 9 Кбайт, а IPv6 поддерживает джамбограммы размером более 64 Кбайт.

Рассмотрим теперь вопрос обратной связи в высокоскоростных протоколах. Из-за относительно длинного цикла задержки желателен отказ от обратной связи: на оповещение отправителя уходит слишком много времени. Один пример обратной связи — управление скоростью передачи с помощью протокола скользящего окна. Чтобы избежать долгих задержек, связанных с передачей получателем информации о состоянии окна отправителю, лучше использовать протокол, основанный на скорости. В таком протоколе отправитель может посылать не быстрее, чем с некоторой скоростью, с которой получатель заранее согласился.

Второй пример обратной связи — алгоритм медленного старта, разработанный Джекобсоном. Этот алгоритм проводит многочисленные пробы, пытаясь определить пропускную способность сети. В высокоскоростных сетях на проведение пяти-шести проб для определения ответной реакции сети тратится огромное количество сетевых ресурсов. Более эффективная схема состоит в резервировании ресурсов отправителем, получателем и сетью в момент установки соединения. Кроме того, заблаговременное резервирование ресурсов позволяет несколько снизить эффект неравномерности доставки (джиттер). Короче говоря, повышение скоростей передачи в сетях неумолимо заставляет разработчиков выбирать ориентированную на соединение (или близкую к этому) схему работы сети.

Еще одно полезное свойство протокола — возможность посылать нормальное количество данных вместе с запросом соединения. При этом можно сэкономить время одного запроса и ответа.

6.7. Сети, устойчивые к задержкам

Последний раздел мы посвятим новому виду транспорта, который, возможно, когда-нибудь станет важной частью Интернета. TCP и большинство других транспортных протоколов исходят из предположения о том, что между отправителем и получателем постоянно существует рабочий путь; в противном случае протокол дает сбой, и пакеты не доставляются. В некоторых сетях сквозной путь часто отсутствует. В качестве примера можно привести космическую сеть, в которой спутники LEO( Low-Earth Orbit, низкая околоземная орбита) попеременно находятся в зоне и вне зоны досягаемости наземных станций. Каждый конкретный спутник может установить связь с данной наземной станцией только в определенное время, а два спутника никогда не могут установить связь друг с другом даже через наземную станцию, так как один из них всегда находится вне зоны досягаемости этой станции. Другие примеры касаются подводных лодок, автобусов, мобильных телефонов и других устройств, оснащенных компьютерами, для которых связь является непостоянной из-за перемещений или экстремальных условий.

Тем не менее передача данных возможна и в сетях с непостоянной связью: эти данные могут задерживаться на узлах до тех пор, пока не появится рабочее соединение. Такой метод называется коммутацией сообщений. Сети, сконструированные по такому принципу, называются сетями, устойчивыми к задержкам( DTN, Delay-Tolerant Network), или распадоустойчивыми сетями( Disruption-Tolerant Network, DTN).

Работа над DTN началась в 2002 году, когда комиссией IETF была создана специальная исследовательская группа. Необходимость создания сетей, устойчивых к задержкам, возникла в неожиданном месте: при попытках отправлять пакеты в космосе. Космические сети вынуждены иметь дело с непостоянной связью и очень длинными задержками. Кевин Фолл заметил, что идеи, применимые к таким межпланетным интерсетям, вполне подойдут и для земных сетей, в которых непостоянная связь между узлами является обычным делом (Fall, 2003). Эта модель является обобщением Интернета, в котором при коммуникации возможны задержки и временное хранение данных.

Передача данных скорее похожа на доставку почтовой системой или по электронной почте, чем на коммутацию пакетов на маршрутизаторах 2.

С 2002 года архитектура DTN была доработана, и сфера применения модели DTN расширилась. Представьте себе, к примеру, терабайтные массивы данных, полученных в результате экспериментов, из СМИ или с помощью веб-сервисов, которые необходимо передать в центры сбора данных, расположенные по всему миру. Операторам удобнее отправлять такой трафик во внепиковое время, чтобы использовать пропускную способность, за которую они заплатили, но которая не используется, и они готовы к определенным задержкам. Это напоминает резервное копирование, которое выполняется по ночам, когда другие приложения используют сеть не так активно. Если мы имеем дело с глобальными сервисами, проблема состоит в том, что в разных уголках мира внепиковое время разное. Периоды внепиковой пропускной способности могут почти не пересекаться, если центры сбора данных находятся, к примеру, в Перте и Бостоне (когда в одном из этих городов день, в другом — ночь).

Однако модели DTN предусматривают возможность хранения данных и большие задержки. С помощью такой модели массив данных можно сначала передать из Бостона в Амстердам во внепиковое время (так как время в них различается всего на 6 часов). Далее данные будут храниться в Амстердаме до того момента, когда их можно будет передать в Перт, используя внепиковую пропускную способность. В работе (Laoutaris и др., 2009) было установлено, что такая модель способна обеспечить хорошую пропускную способность при незначительных затратах, и эта пропускная способность часто вдвое превышает показатели обычной сквозной модели.

Далее мы рассмотрим архитектуру и протоколы DTN, разработанные IETF.

6.7.1. Архитектура DTN

Модель DTN предлагает отказаться от одного из предположений, на которых основан современный Интернет. Оно звучит так: в течение всего сеанса связи существует сквозной путь между отправителем и получателем. Когда это не так, обычные Интернет-протоколы не работают. Сети, устойчивые к задержкам, обходят проблему отсутствия сквозного пути с помощью архитектуры, основанной на коммутации сообщений (рис. 6.50). Кроме того, они приспособлены к передаче данных по каналам с низкой надежностью и большими задержками. Эта архитектура определена в RFC 4838.