Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Защита от перегрузок в сетях ATM

О. М. Алленов

Эффективные способы защиты от перегрузок в сетях АТМ продолжают оставаться предметом интенсивных исследований сетевых специалистов во всем мире, особенно сейчас, на пороге появления высокопроизводительных гигабитных сетей. Ведь сколько не увеличивай пропускную способность физических каналов связи, но без эффективных механизмов управления перегрузками и трафиком в целом фактическая скорость передачи пользовательских данных может остаться на очень низком уровне.

Среди существующих технологий передачи информации особое внимание сегодня уделяется технологии ATM. Она обеспечивает скоростной "транспорт" для широкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания (ISDN) и позволяет эффективно мультиплексировать различные типы трафика с совершенно разными характеристиками. Однако с внедрением технологии АТМ появляются и новые проблемы, в том числе связанные с защитой от перегрузок в сетях связи. Именно стандартизация механизмов управления перегрузками вызывает многочисленные дебаты в рамках Форума ATM.

Основным вопросом при выборе алгоритмов, позволяющих управлять перегрузками и в конечном счете обеспечить защиту сети от них, является определение типа трафика. При передаче трафика по сетям ATM существенно его деление на два основных типа: критичный к временныўм задержкам, например видео или речевой, и некритичный к таковым, например трафик ЛВС.

Критичный к временныўм задержкам трафик, переносимый с помощью служб постоянной (CBR) или переменной (VBR) скорости передачи битов, требует от сети гарантированного качества обслуживания. Для трафика CBR задаются такие основные параметры, как максимальная (пиковая) скорость передачи (PCR) и допустимый разброс значений временныўх задержек (CDVT). В дополнение к этому для трафика VBR необходимо определить среднюю скорость передачи (SCR) и число ячеек, которые могут быть переданы на максимальной скорости (MBS). Для трафика VBR и CBR управление перегрузками осуществляется в основном путем резервирования полосы пропускания для постоянных виртуальных соединений или с помощью механизма Connection Admission Control (CAC), для коммутируемых виртуальных соединений. Если сеть ATM не в состоянии предоставить качество обслуживания, требуемое в запросе на установление соединения, то последнее просто не будет установлено.

Вместе с тем существенная часть приложений, работающих через сеть ATM, не в состоянии спрогнозировать характеристики своего собственного трафика. В этом случае не может быть и речи о предъявлении приложением каких-либо требований к качеству обслуживания в сети ATM. Для передачи генерируемого такими приложениями трафика в ATM предусмотрены службы неспецифицированной (UBR) и доступной (ABR) скорости передачи битов. Служба UBR не осуществляет никаких функций по управлению перегрузками: просто абонент сети ATM выдает столько трафика, сколько у него имеется в данный момент, а сеть ATM передает столько, сколько может, без каких-либо гарантий и уведомлений о потерях. Такой алгоритм передачи иногда называют "высылай и молись" (send & pray). В отличие от UBR служба ABR обладает механизмами контроля за перегрузками - механизмами, которые позволяют динамически информировать оконечное оборудование о наличии в сети свободных ресурсов. Эти механизмы и будут рассмотрены ниже.

Вообще говоря, существует несколько способов защиты от перегрузок. Один из наиболее очевидных - создать большие буферы, способные выдержать высочайшие перегрузки, и переложить задачу восстановления потерянных блоков данных на вышележащие протоколы. Но, как показывает практика, такой способ не является самым эффективным с точки зрения повышения производительности сети.

Мы остановимся подробнее на других, наиболее перспективных, по мнению автора, способах управления перегрузками. Они основаны на передаче между узлами сети служебной информации об их состоянии, наличии свободной полосы пропускания и т. д. Для обмена подобной информацией используются специальные управляющие ячейки или специальные поля в заголовках информационных ячеек. В настоящее время такие способы управления перегрузками базируются на принципе обратной связи и, согласно классификации Форума ATM, осуществляются по кредитной и скоростным схемам.

Кредитная схема

Эта схема предусматривает управление потоком на каждом участке каждого виртуального соединения (рис. 1). На принимающих портах коммутаторов ATM под конкретное виртуальное соединение резервируются определенные объемы буферной памяти. Таким образом, источник трафика как бы получает кредит на передачу определенного числа ячеек, которую он может осуществить не дожидаясь какой-либо управляющей информации. Это число ячеек определяется объемами выделенных буферов. При возникновении перегрузки и переполнении буферной памяти одного из коммутаторов он посылает управляющее сообщение на предыдущий коммутатор с требованием прекратить передачу данных по "перегруженному" соединению. Тот прекращает передачу и начинает накапливать поступающие данные в своем буфере. Это продолжается до тех пор, пока не исчезнет перегрузка на первом участке и коммутатор не пришлет разрешение на возобновление передачи. Важно отметить, что при такой схеме управления перегрузками для каждого виртуального соединения должен быть выделен индивидуальный буфер.

Рис. 1. Принцип работы кредитной схемы

Кредитная схема управления перегрузками может предотвратить потерю ячеек, что очень важно для работы некоторых приложений. Она позволяет максимально эффективно использовать полосу пропускания канала и, кроме того, дает возможность проходящим по одному физическому каналу виртуальным соединениям работать на разных скоростях.

Однако рассмотренная схема не снискала популярности, так как ее применение требует серьезной доработки оборудования ATM с целью поддержки индивидуальных буферов и сложных алгоритмов динамического расчета буферного пространства при установлении коммутируемых виртуальных соединений (SVC). Кредитная схема не была одобрена Форумом ATM и не вошла в стандарты по управлению трафиком.

Скоростные схемы

Существует несколько скоростных схем управления перегрузками и все они предусматривают использование обратной связи для информирования источника о том, с какой скоростью в данный момент он может передавать ячейки по каждому виртуальному соединению.

FECN и BECN

FECN (Forward Explicit Congestion Notification) - одна из скоростных схем управления перегрузками, использующая отрицательную обратную связь. Когда коммутатор ATM испытывает перегрузку, он выставляет в проходящих через него ячейках бит EFCI (находится в поле PTI заголовка ячейки), информируя тем самым приемник о перегрузке по конкретному виртуальному соединению. Получив сообщение о перегрузке, приемник направляет эту информацию источнику трафика.

В свою очередь источник принимает решение о снижении скорости передачи по "перегруженному" виртуальному соединению.

Рис. 2 иллюстрирует принцип работы схемы FECN. Испытывающий перегрузку коммутатор устанавливает во всех ячейках, проходящих по виртуальному соединению VC1, биты EFCI равными единице и тем самым информирует приемник о перегрузке по этому соединению. Получив данную информацию, приемник, чтобы проинформировать источник трафика о перегрузке, высылает ему специализированные ячейки управления ресурсами RM (Resource Management). Получив ячейки RM, источник начинает снижать скорость передачи по соединению VC1.

Рис. 2. Принцип работы схемы FECN

По аналогичному принципу работает и схема BECN (Backward Explicit Congestion Notification), но в ней предусмотрено, чтобы информацию о перегрузке направлял источнику трафика непосредственно сам испытывающий ее коммутатор (рис. 3). Очевидным преимуществом схемы BECN является более быстрая и, следовательно, более эффективная реакция на перегрузку. Но с другой стороны, при использовании этой схемы каждый транзитный коммутатор ATM должен уметь генерировать ячейки RM и вставлять их в проходящий поток данных.

Рис. 3. Принцип работы схемы BECN

В схемах FECN и BECN коммутатор ATM считается перегруженным, если очередь ячеек на обслуживание (коммутацию) превысит определенное пороговое значение. Получив информацию о перегрузке, источник должен начать снижение скорости передачи трафика, направляемого через перегруженный участок сети. Это снижение происходит до тех пор, пока продолжает поступать информация о перегрузке. Как только появление ячеек RM с информацией о перегрузке прекратится и они не будут поступать в течение определенного интервала времени, источник может начать увеличение скорости передачи вплоть до ее максимального значения (PCR).

Если ячейки RM, направляющиеся к источнику трафика с информацией о перегрузке, сами попадают в перегруженный поток, то, вполне возможно, они никогда не смогут доставить эту информацию. Кроме того, сильно перегруженный коммутатор ATM может быть не в состоянии не только обслуживать транзитный трафик, но и генерировать ячейки RM. В обеих ситуациях сеть будет лишена информации о перегрузках. Это может усугубить положение дел в сети, ведь при отсутствии ячеек RM источник трафика начнет увеличивать скорость передачи, приближая ее к максимальной (PCR).

Таким образом, при использовании схем FECN и BECN появляется потенциальная возможность возникновения аварийной ситуации. Поэтому Форум ATM разработал более устойчивые схемы, например схему, основанную на алгоритме пропорционального управления скоростью (Proportional Rate Control Algorithm - PRCA).

PRCA

В отличие от предыдущих схем алгоритм PRCA основан на принципе положительной обратной связи, что позволяет избежать описанных выше проблем. При использовании PRCA источник трафика увеличивает скорость передачи только тогда, когда получает разрешение на это от приемника. В противном случае, т. е. при отсутствии такого разрешения, источник обязан последовательно снижать скорость пропорционально числу передаваемых ячеек.

Алгоритм PRCA работает следующим образом. В первой и в каждой N-й передаваемой источником ячейках бит EFCI устанавливается равным нулю, а в остальных ячейках - единице. Интервал N задается административно и определяет время реакции на перегрузку. Если приемник не перегружен, то в ответ на каждую ячейку с EFCI=0 он направляет источнику ячейку RM, разрешающую увеличить скорость передачи. Источник вправе увеличивать скорость только при получении такой ячейки. Испытывающий перегрузку коммутатор ATM может устанавливать бит EFCI равным единице (в ячейках, где он был равен нулю), запрещая тем самым приемнику генерировать ячейки RM, или же просто удалять ячейки RM, передаваемые по перегруженному каналу в направлении к источнику. В обоих случаях источник будет вынужден постепенно снижать скорость передачи до тех пор, пока не получит хотя бы одну ячейку RM.

С алгоритмом PRCA связана очевидная проблема. Она заключается в том, что при прохождении потока через несколько перегруженных участков число ячеек в нем с EFCI=1 будет значительно больше числа ячеек с EFCI=1 в других, не использующих этот алгоритм потоках. Следовательно, доступная данному потоку скорость ACR (Allowed Cell Rate) будет значительно ниже скоростей, доступных другим потокам. Даже если PRCA используют все потоки, то те из них, что прошли через разное число перегруженных участков, все равно будут иметь разную плотность битов EFCI=1, а следовательно, и разную доступную скорость.

Подобных проблем не возникает при использовании алгоритма EPRCA (Enhanced PRCA). В этом случае источник трафика посылает все информационные ячейки с битом EFCI, равным нулю. Через каждые N таких ячеек источник посылает ячейку RM, содержащую значения желаемой (обычно равна PCR) и текущей (ACR) скорости передачи (рис. 4). Испытывающий перегрузку коммутатор ATM подсчитывает свое значение скорости ACR (ACR*), которое зависит от того, какой объем трафика он может обработать в данный момент, и вставляет это значение в проходящую через него ячейку RM. Получив эту ячейку, приемник отправляет ее обратно источнику, а тот корректирует свою скорость в соответствии с новым значением скорости ACR*. Таким образом, проходя по кругу, ячейка RM "собирает" информацию о наличии ресурсов со всех промежуточных коммутаторов и возвращается обратно к источнику со значением наименьшей доступной скорости для данного виртуального соединения (см. рис. 4).

Рис. 4. Принцип работы схемы ERPCA

Алгоритм EPRCA, как и алгоритм PRCA, обязывает источник трафика снижать скорость передачи при отсутствии ячеек RM, что избавляет сеть от возможных перегрузок, связанных с потерей этих ячеек. Он не имеет недостатков PRCA, так как скорость передачи трафика от источника не зависит от числа ячеек с EFCI=1, а задается в явном виде при передаче управляющей ячейки RM. Алгоритм EPRCA включен в принятый Форумом ATM стандарт ATM Traffic Management.

Итак, мы рассмотрели схемы управления перегрузками, которые могут быть использованы при передаче трафика типа ABR. Следует отметить, что эти схемы - всего лишь "вершина огромного айсберга", таящего в себе всю сложность и комплексность механизмов управления трафиком ATM.





  
5 '1998
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• IP-телефония: битва еще впереди

локальные сети

• Коммутаторы с автоматической установкой скорости портов

• Построение отказоустойчивых локальных сетей

• Дороги, которые мы выбираем

• Абонентский оптоволоконный канал

• Кабельные системы для скоростной передачи данных

• Интеграция с Unix: клиенты и серверы NFS для Windows NT

• Windows NT: взлет или падение?

• Технология Fibre Channel: возможности и проблемы внедрения

корпоративные сети

• Работа с персоналом при внедрении корпоративных информационных систем

• Определение масштаба систем удаленного доступа

• RMON2: сетевой уровень и выше

интернет и интрасети

• Интернет-магазины на CeBIT'98

услуги сетей связи

• Услуги сетей VSAT в России

• TMN в конце туннеля

• Возрождение интереса к аналоговым измерениям в абонентских каналах

• Новые технологии для новых сетей

• Практические аспекты построения корпоративных сетей Frame Relay (часть I)

• Устройства FRAD: данные и речь по одному каналу

• Защита от перегрузок в сетях АТМ

системы учрежденческой связи

• Принципы выбора УПАТС (часть I)

защита данных

• Защита флангов с помощью RADIUS и TACACS+

бизнес

• О русских терминах в области СКС

новые продукты

• Эффективность Frame Relay и качество TDM - в одном канале; WebTracker как средство кадровой политики; Весенние модели Allied Telesyn; Новинки от SMC на CeBIT'98;

только на сервере

• Серверы удаленного доступа масштаба предприятия



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх