16.2.Борьба с перегрузками
В классическом полудуплексном режиме у коммутатора имеется возможность воздействовать на конечный узел с помощью алгоритма доступа к среде, который соседний узел обязан отрабатывать. Применяются два основных способа управления потоком кадров — обратное давление на конечный узел и агрессивный захват среды.
Метод обратного давления (backpressure) состоит в создании искусственных коллизий в сегменте, который чересчур интенсивно посылает кадры в коммутатор. Для этого коммутатор обычно использует jam-последовательность, отправляемую на выход порта, к которому подключен сегмент (или узел), чтобы приостановить его активность.
Другой метод «торможения» обычно применяется в том случае, когда соседом является конечный узел. Метод основан на так называемом агрессивном захвате среды либо после окончания передачи очередного кадра, либо после коллизии. Эти два случая иллюстрирует рис. 16.2.
Рисунок 16.2. Агрессивное поведение порта коммутатора при перегрузках
В первом случае (рис. 16.2, а) коммутатор окончил передачу очередного кадра и вместо технологической паузы в 9,6 мкс сделал паузу в 9,1 мкс после чего начал передачу нового кадра. Компьютер не смог захватить среду, так как он выдержал стандартную паузу в 9,6 мкс и обнаружил после этого, что среда уже занята.
Во втором случае (рис. 16.2, б) кадры коммутатора и компьютера столкнулись, то есть была зафиксирована коллизия. Так как компьютер сделал паузу после коллизии в 51,2 мкс, как это положено по стандарту (интервал отсрочки равен 512 битовых интервалов), а коммутатор — 50 мкс, то и в этом случае компьютеру не удалось передать свой кадр.
Коммутатор может пользоваться этим механизмом адаптивно, увеличивая степень своей агрессивности по мере необходимости.
Многие производители путем сочетания этих двух методов реализуют достаточно тонкие механизмы управления потоком кадров при перегрузках.
Простой отказ от поддержки алгоритма доступа к разделяемой среде без какой-либо модификации протокола ведет к повышению вероятности потерь кадров коммутаторами, так как при этом теряется контроль за потоками кадров, направляемых конечными узлами в сеть. При переходе на полнодуплексный режим узлу разрешается отправлять кадры в коммутатор всегда, когда это ему нужно, поэтому коммутаторы сети могут в этом режиме сталкиваться с перегрузками, не имея при этом никаких средств «притормаживания» потока кадров.
Причина перегрузок обычно кроется в ограниченной пропускной способности отдельного выходного порта, которая определяется параметрами протокола.
Поэтому, если входной трафик неравномерно распределяется между выходными портами, легко представить ситуацию, когда в какой-либо выходной порт коммутатора будет направляться трафик с суммарной средней интенсивностью большей, чем протокольный максимум. На рис. 16.3 показана как раз такая ситуация, когда в порт 3 коммутатора Ethernet направляется от портов 1, 2, 4 и 6 поток кадров размером в 64 байт с суммарной интенсивностью в 22 100 кадров в секунду. Вспомним, что максимальная скорость в кадрах в секунду для сегмента Ethernet составляет 14 880. Естественно, что когда кадры поступают в буфер порта со скоростью 22 100 кадров в секунду, а уходят со скоростью 14 880 кадров в секунду, то внутренний буфер выходного порта начинает неуклонно заполняться необработанными кадрами.
Нетрудно подсчитать, что при размере буфера в 100 Кбайт в приведенном примере полное заполнение буфера произойдет через 0,22 с после начала работы в таком интенсивном режиме. Увеличение буфера до 1 Мбайт даст увеличение времени заполнения буфера до 2,2 с, что также неприемлемо. Проблему можно решить с помощью средств контроля перегрузки.
Рисунок 16.3. Переполнение буфера при несбалансированности трафика
Как мы знаем, существуют различные типы средств контроля перегрузки: управление очередями в коммутаторах, обратная связь, резервирование пропускной способности. На основе этих средств можно создать эффективную систему поддержки показателей QoS для трафика разных классов.
Механизм обратной связи был стандартизован для сетей Ethernet в марте 1997 года как спецификация IEEE 802.3x. Механизм обратной связи 802.3х используется только в дуплексном режиме работы портов коммутатора. Этот механизм очень важен для коммутаторов локальных сетей, так как он позволяет уменьшить потери кадров из-за переполнения буферов независимо от того, обеспечивает сеть дифференцированную поддержку показателей QoS для разных типов трафика или же предоставляет базовый сервис по доставке с максимальными усилиями («по возможности»).
Спецификация 802.3х вводит новый подуровень в стеке протоколов Ethernet — подуровень управления уровня MAC. Он располагается над уровнем MAC и является необязательным (рис. 16.4).
Рисунок 16.4. Подуровень управления уровня MAC
Кадры этого подуровня могут использоваться в различных целях, но пока в стандартах Ethernet для них определена только одна задача — приостановка передачи кадров другими узлами на определенное время.
Кадр подуровня управления отличается от кадров пользовательских данных тем, что в поле длины/типа всегда содержится шестнадцатеричное значение 88-08. Формат кадра подуровня управления рассчитан на универсальное применение, поэтому он достаточно сложен (рис. 16.5).
В качестве адреса назначения можно использовать зарезервированное для этой цели значение группового адреса 01-80-С2-00-00-01. Это удобно в том случае, когда соседний узел также является коммутатором (так как порты коммутатора не имеют уникальных МАС-адресов). Если сосед — конечный узел, можно также использовать уникальный МАС-адрес.
В поле кода операции подуровня управления указывается шестнадцатеричный код 00-01, поскольку, как уже было отмечено, пока определена только одна операция подуровня управления, она называется PAUSE (пауза) и имеет шестнадцатеричный код 00-01.
Рисунок 16.5. Формат кадра подуровни управления
В поле параметров подуровня управления указывается время, на которое узел, получивший такой код, должен прекратить передачу кадров узлу, отправившему кадр с операцией PAUSE. Время измеряется в 512 битовых интервалах конкретной реализации Ethernet, диапазон возможных вариантов приостановки равен 0-65535.
Как видно из описания, этот механизм обратной связи относится к типу 2. Специфика его состоит в том, что в нем предусмотрена только одна операция — приостановка на определенное время. Обычно же в механизмах этого типа используются две операции — приостановка и возобновление передачи кадров. Именно так этот механизм реализован в одном из наиболее старых протоколов сетей с коммутацией пакетов — протоколе сети Х.25 под названием LAP-B.
- Конспект лекций
- 6.050903 “Телекомуникации”
- 1. Эволюция компьютерных систем и сетей
- 1.1. Мультипрограммирование
- 1.2.Многотерминальные системы – прообраз сети
- 1.3.Первые сети – глобальные
- 1.4. Мини-компьютеры – предвестники локальных сетей
- 1.5. Появление стандартных технологий локальных сетей
- 2. Основные проблемы построения компьютерных сетей
- 2.1. Связь компьютера с периферийными устройствами
- 2.2. Связь двух компьютеров
- 2.3. Клиент, редиректор и сервер
- 3. Топология физических связей
- 3.1. Типы конфигураций связи компьютеров
- 4. Адресация узлов сети
- 5. Коммутация
- 5.1.Определение информационных потоков
- 5.2.Маршрутизация
- 5.3.Продвижение данных
- 5.4.Мультиплексирование и демультиплексирование
- 5.5. Разделяемая среда передачи данных
- 5.6. Типы коммутации
- 6. Декомпозиция задач сетевого взаимодействия
- 6.1. Многоуровневый подход
- 6.2. Протокол. Интерфейс. Стек протоколов
- 7. Модель взаимодействия открытых систем - osi
- 7.1. Общая характеристика модели osi
- 7.2. Уровни модели osi
- 8. Структура стандартов ieee
- 9. Протокол llc
- 9.1. Три типа процедур уровня llc
- 9.2. Структура кадров llc
- 10. Технология ethernet
- 10.1. Адресация в сетях Ethernet
- 00-E0-14-00-00-00
- 01-00-0C-cc-cc-cc
- 10.2. Метод доступа csma/cd
- 10.3. Форматы кадров технологии Ethernet
- 10.4. Спецификации физической среды Ethernet
- 10.5. Методика расчета конфигурации сети Ethernet
- 11.Технология 100vg-AnyLan
- 11.1. Общая характеристика технологии 100vg-AnyLan
- 11.2. Структура сети 100vg-AnyLan
- 11.3. Стек протоколов технологии 100vg-AnyLan
- 11.4. Функции уровня mac
- 11.5. Функции уровня pmi
- 11.6. Функции уровня pmd
- 12. Технология fast ehternet
- 12.1. Создание стандарта Fast Ethernet
- 12.2. Структура физического уровня и его связь с mac-подуровнем
- 12.3. Физический уровень 100Base-fx - многомодовое оптоволокно
- 12.4. Физический уровень 100Base-tх - двухпарная витая пара
- 12.5.Физический уровень 100Base-t4 - четырехпарная витая пара
- 12.6. Правила построения сегментов Fast Ethernet при использовании повторителей класса I и класса II
- 13. Технология gigabite ehternet
- 13.1. Хронология разработки стандарта
- 13.2. Архитектура стандарта Gigabit Ethernet
- 13.3. Интерфейс 1000Base-X
- 13.4. Интерфейс 1000Base-t
- 13.5. Уровень mac
- 14. Беспроводные локальные сети (Wi-Fi)
- 14.1. Стек протоколов ieee 802.11
- Технология уширения спектра
- Скорость 1 Мбит/с
- Скорость 2 Мбит/с
- Cck-последовательности
- Двоичное пакетное сверточное кодирование pbcc
- Ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием
- 14.2.Топологии локальных сетей стандарта 802.11
- 15. Структуризация локальных сетей
- 15.1. Причины структуризации локальных сетей
- 15.2. Физическая структуризация локальной сети
- 15.3.Логическая структуризация сети на разделяемой среде
- 15.4. Алгоритм прозрачного моста ieee 802.1d
- 15.5. Топологические ограничения коммутаторов в локальных сетях
- 16. Дуплексные протоколы локальных сетей
- 16.1. Изменения в работе мас-уровня в дуплексном режиме
- 16.2.Борьба с перегрузками
- 17. Виртуальные локальные сети
- 17.1. Назначение виртуальных сетей
- 17.2. Создание виртуальных сетей на базе одного коммутатора
- 17.3. Создание виртуальных сетей на базе нескольких коммутаторов
- 18. Основные задачи оптимизации сетей передачи данных
- 18.1. Критерии эффективности работы сети
- 18.2. Показатели надежности и отказоустойчивости
- 19. Параметры оптимизации транспортной подсистемы
- 19.1. Влияние на производительность сети типа коммуникационного протокола и его параметров
- 19.2. Влияние на производительность алгоритма доступа к разделяемой среде и коэффициента использования
- 19.3. Влияние размера кадра и пакета на производительность сети
- 19.4. Назначение максимального размера кадра в гетерогенной сети
- 19.5. Время жизни пакета
- 19.6. Параметры квитирования
- 19.7. Сравнение сетевых технологий по производительности: Ethernet, TokenRing, fddi, 100vg-AnyLan, FastEthernet, atm
- 19.8. Сравнение протоколов ip, ipx и NetBios по производительности
- 19.9. Влияние широковещательного служебного трафика на производительность сети
- 19.9.1. Назначение широковещательного трафика
- 19.9.2. Поддержка широковещательного трафика на канальном уровне
- 19.9.3. Широковещательный шторм
- 19.9.4. Поддержка широковещательного трафика на сетевом уровне
- 19.9.5. Виды широковещательного трафика
- 6.050903 “Телекомуникации”