Управление перегрузками и очередями

Перегрузки возникают в случае переполнения выходных буферов оборудования, передающего трафика. Основная причина вызвана тем, что скорость входящего потока превышает скорость исходящего потока, то есть несогласованностью скоростей на интерфейсах. Управление пропускной способностью в случае перегрузки осуществляется с помощью реализации механизма обслуживания очереди. Пакеты помещаются в очередь, которая обслуживается по определенному алгоритму. Фактически, управление перегрузками - это определение порядка выбора пакетов из очереди на основе приоритетов.

В компьютерных сетях используются следующие алгоритмы управления очередями:

· алгоритм FIFO (First In – First Out);

· приоритетное обслуживание (Priority Queuing);

· настраиваемые очереди (Custom Queuing);

· взвешенное справедливое обслуживание (Weighted Fair Queuing WFQ).

Суть алгоритма FIFO состоит в следующем. В случае перегрузки пакеты помещаются в очередь, а если перегрузка устраняется, пакеты передаются на выход в том порядке, в котором поступили. Достоинство данного алгоритма в простоте его реализации. Вместе с тем алгоритм FIFO имеет огромный недостаток – невозможность приоритетной обработки пакетов.

Механизм приоритетного обслуживания предусматривает разделение сетевого трафика на небольшое число классов с заданными приоритетами.

В пакете IP предусмотрено трехразрядное поле ToS (Type of Service). На рисунке 9.1 приведен пример использования четырех уровней приоритетов – высокого, среднего, нормального и низкого; для каждого из которых имеется своя очередь. Пакеты с более низким уровнем приоритета будут обслуживаться только тогда, когда очередь с большим приоритетом пуста. Обычно по умолчанию всем очередям выделяют буферы одинаковой длины.

Данный алгоритм применяется в том случае, когда в сети имеется трафик, требующий малых задержек, но его интенсивность невелика, например, голосовой трафик.

Рисунок 9.1

Алгоритм взвешенных очередей разработан для того, чтобы для всех классов трафика можно предоставить определенное минимальное значение пропускной способности. Алгоритм, в котором вес класса трафика может назначаться администратором, называется настраиваемой очередью. На рисунке 9.2 сетевые устройства поддерживают 4 очереди, им соответствует 10, 40, 20, 30 % пропускные способности.

Очереди обслуживаются последовательно и циклически. В каждом цикле из соответствующей очереди выбирается число байт, соответствующее весу очереди. В результате каждому классу трафика предоставляются гарантированные значения пропускных способностей.

Взвешенное справедливое обслуживание – это комбинированное решение. Наиболее распространенная схема предусматривает существование одной очереди, которая обслуживается раньше всех. Эта очередь предназначена для системных решений или наиболее критичных и требовательных приложений. Остальные очереди просматриваются последовательно в соответствии с алгоритмом взвешенного обслуживания аналогично предыдущего решения.

Рисунок 9.2

Производители сетевого оборудования дополняют данный алгоритм некоторыми полезными решениями, например, в маршрутизаторах компании CISCO предусмотрено решение, основанное на классах.

Обслуживание очередей на основе классов CBWFQ (Class Based Weighted Fair Queuing). Весь трафик разбивается на 64 класса на основании учета следующих параметров: входного интерфейса, списка доступа (Access List), метки MPLS. Общая пропускная способность выходного интерфейса распределяется по классам. Выделенную каждому классу полосу пропускания можно задать либо в абсолютном выражении (Кбит/с), или в процентах. Пакеты, не попавшие в классы, попадают в класс по умолчанию, который может получить оставшуюся долю полосы пропускания.

Обслуживание очередей с низкой задержкой LLQ (Low Latency Queuing) применяется для чувствительных к задержкам пакетов, например голосового трафика.