Сеть с коммутацией пакетов Интернет предназначена для обслуживания различных типов услуг (видео, речь, данные). Для реализации каждой услуги необходимо выделить определенный сетевой ресурс - производительность управляющих устройств, полосу передачи канала связи и т.д. Для понимания возникновения дефицита канальных ресурсов рассмотрим типовую схему обслуживания услуг маршрутизаторов (рис. 1).
Рис. 1. Схема обслуживания вызовов маршрутизатором
Каждая услуга характеризуется своей полосой передачи bw (Band Width) и длиной пакета LEN. Услуга порождает поток пакетов (вызовов). На каждый из n входов (интерфейсов) сетевого маршрутизатора поступает множество пакетов, принадлежащим разным услугам. Каждый пакет может потребовать соединения с одним или несколькими из М выходов (интерфейсов) маршрутизатора. Если в момент поступления пакета имеется свободный требуемый выход, то пакет обслуживается немедленно, в противном случае он обслуживается в порядке очереди. Дефицит канальных ресурсов возникает в моменты времени, когда несколько одновременно поступивших пакетов требуют соединения с одним и тем же выходом маршрутизатора, имеющего конечную скорость передачи VEL.
Традиционно в Интернет существует единственный способ распределения
ресурсов - “с наибольшими усилиями” (Best Effort), заключающийся в принципе “первый пришел - первый обслужен” (First In - First Out, FIFO). Такой алгоритм обслуживания хорошо работает, если приложения терпимы к задержкам пакетов из-за образования очередей или в случае, если сетевые
ресурсы намного превышают потребности поступающих вызовов. Например, если имеются высокопроизводительное управляющее устройство и сверхскоростные каналы связи, то аппаратная задержка и время занятия канала связи для передачи пакета ничтожно и очереди в маршрутизаторе не возникают. Такая ситуация показана на рис. 2а, когда на один выход (Вых) поступают пакеты от трех входов (Вх.1, Вх.2, Вх.З). Однако, запросы реально поступающих вызовов сопоставимы с возможностями канальных ресурсов, а иногда значительно их превышают. На рис. 26 показана та же ситуация при использовании каналов связи с малой скоростью.
Видно, что использование низкоскоростных каналов приводит к значительному джиттеру всех потоков, что совершенно неприемлемо для таких приложений, как передача речи. Следовательно, проблема состоит в том, чтобы создать такой порядок обслуживания потоков, чтобы приложения, чувствительные к задержкам, имели большую пропускную способность за счет снижения пропускной способности других приложений, терпимых к задержкам. Это достигается введением специальных механизмов: дозирования и выравнивания трафика; предотвращения перегрузки сети; обслуживания очередей на основе приоритетов.
Рис. 2. Диаграмма обслуживания пакетов алгоритмом FIFO на а) высокоскоростных и б)низкоскоростных каналах
Для обнаружения перегрузки на интерфейсе маршрутизатору необходимо иметь численные значения среднего размера очереди Bmid и вероятности отбрасывания пакета prob.
Средний размер очереди вычисляется по формуле
Bmid= 
(1-)+ 
*
Где 
-измеренный предыдущий размер очереди, Вп - измеренный текущий размер очереди, п - весовой коэффициент, определяемый администратором. Большое значение n приводит к доминированию предыдущего среднего значения очереди, малое - к доминированию текущего размера очереди. Эмпирически найдено наиболее приемлемое значение п=9.
Вероятность отбрасывания пакета вычисляется по формуле
Prob= 
где Bmid - вычисленный выше средний размер очереди, Втах - конфигурируемое администратором значение длины очереди буфера, с которого начинает действовать алгоритм RED. В - конфигурируемое администратором максимальное значение очереди.
При малом значении очереди (Bmid> Bmax) отбрасывание пакетов не происходит, при превышении средней длины очереди допустимого значения (Bmax< Bmid<B) вероятность отбрасывания пакетов линейно возрастает, а при достижении очереди своего максимального значения (Bmid=B) отбрасываются все вновь поступившие пакеты.
Задание 6.
Измеренный предыдущий размер очереди Bn-1 = Y3, измеренный текущий размер очереди Bn=Y4, конфигурируемое администратором значение Bmax = Y2+10, B =Y2+50. Найти вероятность отбрасывания пакета из очереди prob.
Bn-1 = 96;
Bn = 97;
Bmax = Y2+10=91+10=101;
B =Y2+50=91+50=141;
Bmin= Bn-1(1-2-n)+ Bn*2-n=96*(1-2-9) +97*2-9=96,001;
prod= Bmin- Bmax / B- Bmax=96,001-101/141-101=-0,124
Отбрасывание пакетов не происходит.
Классификатор пакетов (Packet Classifier) выполняет две функции: распознавание пакета и его маркировку (присвоение пакету определенного приоритета или класса). Он устанавливается в каждом пограничном маршрутизаторе. Функция распознавания зависит от пяти параметров - IP-адреса источника, IР-адреса назначения, порта источника, порта назначения, поля протокола IP-пакета (ICMP, TСР, UDP) В зависимости от принятого механизма обеспечения качества обслуживания пакет маркируется путем
установки поля IP-приоритета (биты 0-2 в поле TOS заголовка IР-пакета);
установки кода дифференцированной услуги (Differentiated Services Code Point, DSCP) взамен поля TOS в заголовке пакета;
внесения внутренней записи о принадлежности пакета к QoS-группе.
Планировщик очередей (Packet Scheduler) может использовать один из ниже перечисленных механизмов обслуживания очереди: взвешенного справедливого обслуживания потока (Weighted Fair Queuing, WFQ), взвешенного справедливого обслуживания классов (Class-Based Weighted Fair Queuing, CBWFQ), относительного приоритета (Priority Queue, PQ).
Задание 7.
Для класса А выделено Y1% полосы, а оставшаяся полоса – для класса В. Максимальная длина пакета 512 байт. Сколько байт будет считано из очереди за один цикл для каждого класса?
Решение
A=19%
B=81%
q1=19%/81%*512=120,1байт.
q2=81%/81%*512=512 байт.
