3.4.2 Управление сетевым трафиком – цель и механизмы
Цель управления трафиком не сводится только к предупреждению перегрузок сети. В общем случае ее можно определить как достижение эффективного использования и справедливого распределения ресурсов сети (пропускной способности линий связи, процессорного времени, буферов узлов коммутации). Эффективное использование означает, что пропускная способность каналов связи используется почти полностью, буферы коммутирующих устройств не переполнены и требования к качеству транспортировки информационных потоков удовлетворяются. Справедливость распределения ресурсов определить сложнее. Одним из вариантов может быть следующее: «Справедливое распределение ресурсов сети оптимизирует качество передачи потоков данных всех сетевых приложений». Совершенно очевидно, что реализация этого принципа требует строгого определения понятий качества передачи потоков и задания критерия оптимизации. Эти вопросы являются предметом проектирования конкретных сетей.
Средства достижения «справедливого» распределения и эффективного использования ресурсов» весьма разнообразны и включают в себя резервирование сетевых ресурсов для обслуживания определенных потоков, управление очередями в УК и управление потоками. Ведущую роль в этой триаде играет управление потоками. В сетях с коммутацией пакетов эффективная система управления потоками жизненно необходима, а ее элементы присутствуют на разных уровнях стека протоколов.
На сетевом, транспортном и вышележащих уровнях стека протоколов могут применяться методы локального и глобального управления потоками. Локальное управление позволяет предотвращать перегрузки в местах их возникновения. Такое управление требует обмена служебной информацией между соседними узлами коммутации, что усложняет их программное обеспечение и увеличивает служебный сетевой трафик. Тем не менее, методы локального управления широко используется в различных сетях, а для канальных протоколов - они единственно возможные.
Глобальное управление предполагает либо ограничение числа блоков данных, поступающих в сеть с данным потоком в единицу времени вне зависимости от состояния сети, либо ограничение интенсивности входящего потока только при возникновении перегрузок, либо комбинацию этих методов. Достоинством глобального управления является минимальное участие в этом процессе собственно сетевых узлов коммутации.
Ограничение общего числа блоков данных, поступающих в сеть в единицу времени, может быть достигнуто выделением каждому потоку определенной квоты его интенсивности. Определение величины такой квоты и оценка ее приемлемости как для приложения, так и для сети представляет довольно непростую задачу, что и ограничивает возможности применения этого метода. Квотирование чаще всего реализуется генерацией специальных служебных кадров (токенов, маркеров), каждый из которых является разрешением передачи одного блока данных. Поступающий в сеть блок данных потока уносит с собой один токен; если данные есть, а свободных токенов нет, то кадры (пакеты) этого потока в сеть не поступают.
Более гибким методом предупреждения перегрузок является управление интенсивностью трафика отдельных потоков на основании сигналов обратной связи от сети и приемника. Собственно интенсивность потока при этом регулируется узлом-источником, например, изменением его окна передачи. Как сетевой узел, так и приемник, испытывая перегрузку, могут отправить передатчику узла-источника специальное сообщение, содержащее требование уменьшить окно передачи, вплоть до значения Ws=0, при котором передача данных прекращается. Однако сетевые узлы далеко не всегда отправляют сообщения о перегрузках передатчику (стараются не загружать сеть служебными сообщениями), а получатель может и не подозревать о возникновении локальных перегрузок в сети. Но отправитель, если он использует подтверждаемый сервис, способен обнаружить такую перегрузку зафиксировав чрезмерную задержку подтверждений доставки своих блоков данных или рост уровня их потерь, т.е. рост числа повторных передач. Таким образом, можно регулировать величину окна передачи, используя в качестве управляющего сигнала специальные сообщения сети и приемника, величину времени полного оборота и факт потери блоков данных.