31.Алгоритмы управления очередями.

Основу средств поддержки QoS в сетевых элементах составляют очереди и алгоритмы обработки этих очередей. Эти механизмы используются в любом сетевом устройстве, которое работает на основе механизма коммутации пакетов, — в маршрутизаторе, в коммутаторе локальной или глобальной сети, в конечном узле (исключение составляют только повторители, которые пакетов не различают, а работают на уровне потоков битов).

Если причиной перегрузки является процессорный блок сетевого устройства, то для временного хранения необработанных пакетов используется входная очередь, то есть очередь, связанная с входным интерфейсом. В том же случае, когда причина перегрузки заключается в ограниченной скорости выходного интерфейса (а она всегда ограничена скоростью поддерживаемого протокола), то пакеты временно хранятся в выходной очереди.

1)Главным по степени влияния на возникновение очередей фактором является коэффициент нагрузки устройства (utilization) — отношение средней интенсивности входного трафика устройства к средней интенсивности продвижения пакетов на выходной интерфейс.

Если коэффициент нагрузки больше единицы, значит, интенсивность входного трафика постоянно выше, чем интенсивность продвижения пакетов на выходной интерфейс. Поэтому очередь в устройстве существует всегда, и ее длина стремилась бы к бесконечности, если бы не конечный размер буфера, отведенного под хранение пакетов, стоящих в очереди. Но и в том случае, когда коэффициент нагрузки меньше единицы, очередь тоже может существовать, более того, иметь достаточно значительную среднюю длину.

2)Вариация интервалов поступления пакетов является вторым фактором, влияющим на поведение очередей.

При пульсирующем характере многих типов трафика компьютерных сетей, когда коэффициент пульсаций равен 100:1 или более, очереди могут быть значительными. Если же эта вариация отсутствует, то есть пакеты прибывают строго через определенные промежутки времени, как это происходит у трафика типа равномерного потока, то очередь при коэффициенте загрузки, меньшем 1, не возникает.

Последствием возникновения очередей является ухудшение качества обслуживания трафика. Образуются задержки передачи пакетов, носящие к тому же непостоянный характер, а это значит, что растут вариации задержек. Кроме того, при длительных пульсациях очереди могут возрастать настолько, что пакеты не помещаются в буферную память сетевых устройств и теряются.

Чаще всего в маршрутизаторах и коммутаторах применяются следующие алгоритмы обработки очередей:

• традиционный алгоритм FIFO;

• приоритетное обслуживание (Priority Queing), которое также называют «подавляющим»;

• взвешенное обслуживание (Weighted Queing, WQ).

Каждый алгоритм разрабатывался для решения определенных задач и специфическим образом воздействует на качество обслуживания различных типов трафика в сети. Возможно и комбинированное применение этих алгоритмов.

1)Традиционный алгоритм fifo

Принцип традиционного алгоритма FIFO состоит в том, что в случае перегрузки пакеты помещаются в очередь, а при прекращении перегрузки передаются на выход в том порядке, в котором поступили, то есть «первым пришел — первым ушел» (First In — First Out, FIFO). Во всех устройствах с коммутацией пакетов — это алгоритм обработки очередей по умолчанию. Достоинством его является простота реализации и отсутствие потребности в конфигурировании. Однако он имеет и коренной недостаток — невозможность дифференцированной обработки пакетов различных потоков. Все пакеты стоят в общей очереди на равных основаниях — и пакеты чувствительного к задержкам голосового трафика, и пакеты нечувствительного к задержкам, но очень интенсивного трафика резервного копирования, длительные пульсации которого могут надолго задержать голосовой пакет.

Очереди FIFO необходимы для нормальной работы сетевых устройств, но они недостаточны для поддержки дифференцированного качества обслуживания.