Компьютерные сети. 6-е изд.

Конечно, при отсутствии определенного стимула все будут помечать свои пакеты не иначе как ОЧЕНЬ ВАЖНО — НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ НЕ ВЫБРАСЫВАТЬ. Предотвращение неоправданного использования таких меток часто достигается за счет сетевых ресурсов и денежных средств. Например, сеть может разрешить отправителям пересылать пакеты с большей скоростью, чем указано в договоре на предоставление услуг, если пакет будет помечаться как низкоприоритетный. Такая стратегия весьма удачна, поскольку более эффективно распределяет свободные ресурсы: хостам разрешено пользоваться ими, пока это никому не мешает, но это право за ними не закреплено.

Формирование трафика

Чтобы гарантировать пользователю определенную производительность, сеть должна знать примерный объем трафика. В телефонных сетях его оценить легко: обычный звонок (в несжатом формате) требует скорости 64 Кбит/с и одного 8-битного отсчета каждые 125 мкс. Однако в сетях передачи данных трафик неравномерен (bursty). Он может быть неоднородным по трем причинам: непостоянная скорость передачи (например, при видеоконференциях со сжатием), взаимодействие пользователя и приложения (например, просмотр новой веб-страницы) и переключение компьютера между задачами. С неравномерным трафиком работать гораздо сложнее, чем с постоянным, так как при этом может произойти переполнение буферов и, как следствие, утеря пакетов.

Шейпинг трафика (traffic shaping) — способ регулировки средней скорости и равномерности потока входных данных. Приложения должны иметь возможность передавать тот трафик, который им нужен (включая неравномерный); при этом нужен простой и удобный способ описания возможных схем трафика. Когда устанавливается поток, пользователь и сеть (то есть клиент и оператор связи) договариваются об определенной схеме (то есть форме) трафика для данного потока. В результате клиент сообщает провайдеру: «Мой график передачи будет выглядеть следующим образом. Сможете ли вы это обеспечить?»

Иногда такой договор называется соглашением об уровне обслуживания (SLA, Service Level Agreement), особенно если в нем оговариваются комплексные потоки и длительные периоды времени (например, весь трафик для данного клиента). До тех пор пока клиент выполняет свою часть условий соглашения и передает пакеты в пределах установленного графика, провайдер обязуется доставлять их в определенный срок.

Шейпинг трафика снижает перегрузку и таким образом помогает сети выполнять свои обязательства. Но чтобы это работало, необходимо ответить на вопрос: как провайдер узнает о том, что клиент соблюдает соглашение, и что делать, если клиент нарушит договор. Пакеты, отправка которых выходит за рамки условий, могут удаляться или помечаться как низкоприоритетные. Наблюдение за потоком трафика называется политикой трафика (traffic policing).

Шейпинг трафика и его политика не так существенны для однорангового обмена и передач других типов, где используется вся доступная пропускная способность. Но они имеют важное значение для данных в реальном времени (например, при аудио- и видеосоединениях), обладающих строгими требованиями к QoS. Нам уже знаком один способ ограничения объема данных, отправляемого приложениями, — раздвижное окно. С помощью одного параметра он определяет, сколько данных передается в конкретный момент времени, что косвенно сдерживает скорость. Теперь мы обратимся к более общим методам описания трафика и рассмотрим алгоритмы дырявого и маркерного ведра. Хотя эти методы немного отличаются друг от друга, они дают одинаковый результат.

Представьте себе ведро с маленьким отверстием в донышке, как показано на илл. 5.23 (б). Независимо от скорости, с которой вода наливается в ведро, выходной поток обладает постоянной скоростью R, когда в ведре есть вода, и нулевой скоростью, когда оно пустое. Кроме того, когда ведро наполняется и вода занимает весь объем B, вся лишняя вода выливается через край и теряется.

Илл. 5.23. (а) Формирование пакетов. (б) Алгоритм дырявого ведра. (в) Алгоритм маркерного ведра

С помощью такого ведра можно формировать или приводить в порядок пакеты, поступающие в сеть (илл. 5.23 (а)). Принцип следующий: каждый хост соединяется с сетью через интерфейс, содержащий «дырявое ведро». Чтобы пакет можно было отправить в сеть, в ведре должно быть достаточно места для воды. Если в момент поступления пакета ведро заполнено, пакет либо помещается в очередь до тех пор, пока в ведре не освободится достаточно места, либо отвергается. Первый вариант встречается, когда формирование трафика производится операционной системой хоста. Второй — когда проверка трафика, поступающего в сеть, осуществляется аппаратными средствами в сетевом интерфейсе интернет-провайдера. Этот метод был предложен Тернером (Turner, 1986) и называется алгоритмом дырявого ведра (leaky bucket algorithm).