ФОРМИРОВАНИЕ ТРАФИКА КАК МЕТОД БОРЬБЫ С ПЕРЕГРУЗКАМИ В СЕТЯХ С КОММУТАЦИЕЙ ПАКЕТОВ

Маркин Сергей Алексеевич
Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации

Аннотация
С развитием и расширения сетей с коммутацией пакетов, увеличился объем трафика, поступающий в данную сеть, что приводит к её перегрузке. Для борьбы с перегрузкой в сети связи с коммутацией пакетов, используют множество методов и механизмов. Приведены причины появления перегрузки в сетях связи с коммутацией пакетов. В данной статье предоставлена информация об одном из методов борьбы с перегрузками в сетях с коммутацией пакетов, а именно метод формирование трафика или "Traffic Shaping". Рассматривается принцип работы механизма формирования трафика по алгоритму дырявого ведра или "Leaky bucket". На основе данного алгоритма администратор сети может управлять поступающими потоками трафика в сеть связи с коммутацией пакетов. В данной статье представлена информация о разновидностях метода формирование трафика в сетях связи с коммутацией пакетов. Произведено сравнения принципа работы формирователя трафика и ограничителя трафика. Изображены принципы работы данных методов, а также сделаны выводы по использованию данного метода.

Ключевые слова: , , , , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Маркин С.А. Формирование трафика как метод борьбы с перегрузками в сетях с коммутацией пакетов // Современные научные исследования и инновации. 2022. № 1 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2022/01/97540 (дата обращения: 21.05.2024).

Из-за бурного развития сетей связи с коммутацией пакетов увеличивается объем передаваемой информации, что часто приводит к перегрузкам сети, возникают большие задержки, потери пакетов, что недопустимо по качеству обслуживания QoS (англ. Quality of services). При аренде каналов связи с оператором связи заключается соглашение об уровне предоставления услуги. В сетях с коммутацией пакетов такой договор называют  SLA (англ. Service Level Agreement) – это формальный договор между заказчиком услуги и её поставщиком, содержащий описание услуги, права и обязанности сторон и, самое главное, согласованный уровень качества предоставления данной услуги.

Что же такое перегрузка сети? Перегрузка сети – это такое состояние сети, при котором основные показатели QoS начинают быстро ухудшаться. Перегрузки возникают по разным причинам:

  • резкое увеличение входного трафика;
  • блокировка оконечного приемного оборудования;
  • небольшой объем буфера памяти сетевых устройств;
  • низкая производительность сетевых устройств;
  • неправильная работа или поломка сетевого оборудования.

Для предотвращения перегрузок в сети и обеспечения пользователя требуемым качеством обслуживания, используют простые механизмы управления ресурсами. В данной статье будет рассмотрен один из таких механизмов – механизм формирования трафика (Traffic Shaping – «шейпер»).

Traffic Shaping используется для оптимизации производительности сети путем определения приоритета определенных потоков трафика и обеспечения того, чтобы скорость трафика не превышала предел пропускной способности. Помимо пропускной способности на качество сети связи влияют три основных фактора: задержка, джиттер и потери. Шейпер пытается предотвратить задержку, дрожание и потерю путем управления размером пакета и использования алгоритма дырявого ведра (Leaky Bucket) для сглаживания скорости вывода по крайней мер на восьми временных интервалах. Формирование трафика может происходить только для пакетов, которые покидают интерфейс, а не поступают в интерфейс. Сетевое устройство может использовать несколько различных методов для идентификации приложения, которому принадлежит IP-пакет, выходящий из интерфейса. На основе этой информации интерфейс может отбрасывать или удерживать эти конкретные пакеты во временной очереди до тех пор, пока не будет достигнут определенный предел пропускной способности. Traffic Shaping использует алгоритм дырявого ведра, чтобы в конечном итоге освободить задержанные пакеты для доставки. Хотя это может увеличить задержку, обычно это более эффективно по сравнению с отбрасыванием пакетов.

На рисунке 1 а) изображено ведро, которое является буфером с заданным объемом, на дне ведра отверстие определенного размера, которое передает пакеты с постоянной скоростью. Задержку, которую вносит шейпер зависит от объема ведра, пропускной способности отверстия и уровня заполнения. Если трафик поступает со скоростью ниже указанной, то он будет передаваться в обычном режиме. Если же скорость поступления трафика больше, скорости передачи, то пакеты трафика будут задерживаться и храниться в буфере до тех пор, пока не будет отправлен без превышения лимита, что изображено на рисунке 1 б). При заполнении буфера, поступающие пакеты отбрасываются, что изображено на рисунке 1 в).


Рисунок 1. а) буфер, с заданной скоростью передачи; б) реализация алгоритма Leaky Bucket при скорости поступающего трафика меньше заданной; в) реализация алгоритма Leaky Bucket при скорости поступающего трафика больше заданной.

К методам формирования трафика можно относят: формирование общего трафика, формирование трафика с ретрансляцией кадров, формирование трафика на основе классов.[3] Рассмотрим каждый из этих методов отдельно.

Формирование общего трафика GTS (англ. General Traffic Shapinhg). Этот метод поддерживает формирование трафика для большинства типов данных мультимедиа и инкапсуляции на маршрутизаторе. GTS будет:

  • выполнять формирование трафика для каждого интерфейса и использовать списки управления доступом, чтобы выбрать, какой трафик формировать;
  • динамически адаптироваться к доступной полосе пропускания путем интеграции форм и явных уведомлений о перегрузке с определенной скоростью;
  • реагировать на функции протокола резервирования ресурсов RSVP, которые передаются по статически настроенным постоянным виртуальным каналам асинхронного режима передачи (ATM).

Формирование трафика с ретрансляцией кадров FRTS (англ. Frame Relay Traffic Shaping)Подобно GTS, FRTS устраняет узкие места, возникающие в сетях с высокоскоростными соединениями на центральном узле и низкими скоростями на узлах, подчиненных центральному узлу.

Формирование трафика на основе классов. Этот метод позволяет пользователям настраивать формирование трафика для каждого класса трафика, то есть формирование может быть определено для одной или нескольких категорий данных. Формирование на основе классов также позволяет пользователям оптимизировать доступную полосу пропускания, задав среднюю или пиковую скорость для формирования. Это позволит отправлять больше данных, чем настроенная скорость, если полоса пропускания доступна. Наконец, метод формирования на основе классов позволяет пользователям создавать иерархическую структуру политик сети.

Часто механизмы Traffic Shaping и Traffic Policing (контроль трафика) путают. Traffic Policing работает пачками, отмечая или отбрасывая избыточный трафик только тогда, когда скорость трафика достигает максимальной скорости, настроенной в системе. Другими словами, контроль трафика срезает пики скорости, которые превышают допустимую скорость передачи. Принцип работы Traffic Policing представлен на рисунке 2. Формирователь трафика или Traffic Shaping сглаживает данные пики и на выходе в сеть получается постоянная скорость передачи данных, что продемонстрированно на рисунке 3.


Рисунок 2. Принцип работы Traffic Policing.


Рисунок 3. Принцип работы Traffic Shaping.

Данные графики показывают отличие работы двух методов борьбы с перегрузкой, в настоящее время используют Traffic Shaping, либо же модификации Traffic Policing.

Traffic Shaping важен, когда сетевые восходящие каналы перегружены данными, отправляемыми с интерфейса в сеть. Без формирователя трафика любой избыточный трафик, который не может быть отправлен из интерфейса, будет либо отброшен, либо помещен в очередь, что может вызвать задержки для всех пакетов. Это приводит к снижению производительности для приложении, которым критичны данные задержки. Использование данного механизма позволяет администраторам указывать определенные приложения и услуги, которые считаются менее важными, и, следовательно, создает трафики, который могут быть отброщены или задержаны в первую очередь. Тем самым добиваясь качества обслуживания QoS.


Библиографический список
  1. T Moors, N Clarke, G Mercankosk. Implementing Traffic Shaping//IEEE Computer Society Press: Local Computer Networks, 19th Conference On, 1994. С. 307-314.
  2. G Kesidis, K Chakraborty, L Tassiulas. Формирование трафика для системы потерь // IEEE Communications Letters 4 (12), 2001, С. 417-419.
  3. O Aduragbemi, A Oludele, D Omotosho. Использование алгоритма формирование трафика для повышения эффективности управления перегрузками//Research Journal of Mathematics and Computer Science, 2021. – URL: https://www.researchgate.net/publication/349637307_Utilizing_Traffic-Shaping_Algorithms_for_Congestion_Control_Efficiency_1
  4. R Jain. Контроль перегрузки в компьютерных сетях: тенденции и проблемы//IEEE Network 4(3), 1990. С. 24-30.


Все статьи автора «Маркин Сергей Алексеевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация