Оценка потерь при работе протокола ip поверх atm

Достаточно интересен вопрос об эффективности работы протокола IP в сетях ATM. В качестве критерия эффективности можно выбрать отношение количества ячеек, необходимых для передачи полезного IP-трафика, к общему числу ячеек.

Потеря производительности сети ATM при работе с протоколом IP может происходить за счет увеличения объема передаваемой информации. После рас­пределения полезной информации по ячейкам (48 байт) появляются одна или несколько дополнительных ячеек, содержащих служебную информацию, сфор­мированную на уровне адаптации AAL5. Чем короче IP-дейтаграмма, тем чаще будут генерироваться дополнительные служебные ячейки.

Под служебной информацией понимаются заголовки TCP, IP и заголовки идентификации данных определенных протоколов (LLC/SNAP). Кроме того, служебной информацией считаются дополнительные байты (от 0 до 47), служа­щие для выравнивания кадра уровня AAL5 до 53 байт. На рис. 16.15 показана последовательность формирования информационных и служебных ячеек ATM.

Очевидно, что чем меньше размер передаваемой IP-дейтаграммы, тем менее эффективна ее передача. Теоретически, если все ячейки несут полезную инфор­мацию и нет дополнительных ячеек со служебной информацией, эффективность IP-трафика определяется только структурой самой ячейки и равна 90.5 % (100 % (48/53)). Практически такая эффективность достигнута быть не может, но при передаче IP-дейтаграмм большой длины влиянием ячеек со служебной инфор­мацией можно пренебречь. На рис. 16.16 показана эффективность передачи дей­таграмм в зависимости от их размера.

Приведенные выше рассуждения дополним следующим фактом. При исполь­зовании стандарта SONET на физическом уровне и технологии ATM в качестве спецификации второго уровня при IP-трафике теряется 10 % пропускной спо­собности сети.

В табл. 16.5 показана пропускная способность, остающаяся после добавления к потоку данных служебной информации различных уровней. Каждая строка в табл. 16.5 указывает пропускную способность, доступную соответствующему уровню или протоколу. Например, во второй строке в табл. 16.5 записано «До­ступна уровню ATM». Соответствующее число показывает пропускную способность, доступную этому уровню в модели ATM. Она получается из пропускной способности канала связи после вычета накладных расходов физического уров­ня (в случае использования технологии SONET). Как видно из таблицы, очень важным параметром является размер MTU (576 байт относится к взаимодейст­вию между подсетями, 9180 байт предложено для передачи IP поверх ATM, 65 527 — максимальное значение для IP поверх ATM).

Таблица 16.5. Доступная пропускная способность

Канал связи/Характеристика	ОС-Зс			ОС-12С
Скорость канала связи	155.520			622.080
Доступна уровню ATM	149.760			600.768
Доступна уровню адаптации ATM	135.632			544.092
Размер MTU	576	9180	65527	576	9180	65527
Доступна для инкапсуляции LLC/SNAP	126.937	135.220	135.563	509.214	542.439	543.818
Доступна протоколу IP	125.198	135.102	135.547	502.239	541.966	543.752
Доступна транспортному протоколу	120.851	134.808	135.506	484.800	540.786	543.586
Доступна приложению UDP	119.112	134.690	135.489	477.824	540.313	543.519
Доступна приложению RTP	117.374	134.572	135.472	470.849	539.841	543.453
Доступна приложению TCP	116.504	134.513	135.464	467.361	539.305	543.420

В табл. 16.6 показано, какой процент пропускной способности канала зани­мает служебная информация (размер MTU минимален и равен 576; применяет­ся технология SONET). В табл. 16.6 во втором столбце показана (в процентах от скорости канала связи) оставшаяся пропускная способность, доступная тому или иному уровню, а в третьем столбце — пропускная способность в процентах, требующаяся на каждом уровне для предоставления полной пропускной способ­ности необходимой, для приложений. Иными словами, для того чтобы предоста­вить приложению исходную пропускную способность канала связи, требуется обеспечить определенный (больший, с учетом накладных расходов) процент от этой пропускной способности на каждом уровне.

Таблица 16.6. Процент расходования пропускной способности

Уровень	% от исходной скорости канала связи	% пропускной способности, необходимый для работы приложений
Физический	100	135
ATM	96	130
Адаптации ATM	87	118
LLC/SNAP	80	109
IP	79	107
TCP	76	103
Приложение	74	100

В табл. 16.7 показаны (в процентах) накладные расходы для того или иного уровня или протокола.

Таблица 16.7. Накладные расходы

Уровень/протокол	Накладные расходы
SONET OC-Зс	3.70% .
SONET OC-l2c	3.43%
ATM	9.43%
ALL 5	6.41%
LLC/SNAP	1.37%
IP	3.47%
UDP	1.44%
RTF	2.88 %
TCP	3.60%

Рассмотренный выше подход к оценке эффективности не учитывает тип тра­фика. Например, в некоторых ячейках могут передаваться служебные данные сетевого или вышележащих уровней. Поэтому следует оценить среднее количес­тво ячеек, требующихся для передачи дейтаграммы.

В общем случае схема расчетов следующая. На первом шаге определяется параметр (Е), оценивающий количество ячеек, требующихся для передачи каж­дых 100 обычных ТСР→1Р или UDP→IP пакетов. На втором шаге рассчитыва­ется средний размер пакета для данного трафика (А). И на последнем шаге определяется эффективность использования ячеек (U) — процент ячеек, ис­пользующихся для полезного IP-трафика. Этот параметр можно рассчитать по следующей формуле:

U-100% А/(53 Е).

Параметры U и Е отражают различного рода накладные расходы сети ATM при IP-трафике.

Исследования показали, что при посылке пустых пакетов (то есть пакетов без данных) ТСР→IР коэффициент U примерно равен 37 %. В этом случае реально передаются байты заголовков протоколов, которые занимают 2 ячейки (Е=200, U=100%-40/(53-200)=37.7%). Это значение можно считать наихудшим. Наилуч­шее теоретически возможное значение Е составляет 90.5 % (дейтаграммы разме­ром 64 Кбайт). Реально же наблюдается следующая картина: только порядка 87 % пропускной способности канала связи доступны приложениям, работающим в среде «IP поверх ATM». Как видно из приведенных таблиц, большинство наклад­ных расходов вносится на нижних уровнях (уровню адаптации ATM доступно чуть более 87 %), а размер передаваемых единиц данных имеет большее влия­ние, чем выбор того или иного транспортного протокола.