Контрол на задръстванията, Компютърни мрежи

Дори когато комутаторът не блокира, няма гаранция, че той ще обработва трафика на рамки, насочени към неговите портове във всички случаи. Неблокиращите превключватели също могат да изпитват задръствания и изпускане на кадри поради вътрешно препълване на буфера.

Причината за задръстванията обикновено не се крие във факта, че комутаторът няма достатъчно капацитет за обслужване на кадрови потоци, а в ограничената честотна лента на конкретен изходящ порт, която се определя от параметрите на протокола. С други думи, без значение колко мощен е превключвателят, винаги ще има разпределение на кадровите потоци, което ще доведе до претоварване на превключвателя поради ограничената производителност на изходния порт на превключвателя.

Появата на такива претоварвания е цената за отказ от използване на алгоритъма за достъп до споделената среда, тъй като в дуплексния режим на работа на портовете се губи контролът върху потока от кадри, насочени от крайните възли към мрежата, се справят със задръстванията, без да разполагат с никакви средства за "забавяне" на потока от кадри.

По този начин, ако входният трафик е неравномерно разпределен между изходните портове, лесно е да си представим ситуация, при която трафик с общ среден интензитет, по-голям от максимума на протокола, ще бъде насочен към всеки изходен порт на комутатора. На фиг. 1 показва точно такава ситуация, когато поток от кадри се изпраща към порт 3 на Ethernet комутатора от портове 1, 2, 4 и 6Размер 64 байта с обща скорост от 22 100 кадъра в секунда. Спомнете си, че максималната честота на кадрите на Ethernet сегмент е 14 880. Естествено, когато кадрите влизат в буфера на порта с 22 100 кадъра в секунда и напускат с 14 880 кадъра в секунда, тогава вътрешният буфер на изходния порт започва постоянно да се запълва със сурови кадри.

Ориз. 1 Препълване на буфера на порта поради нестабилност на трафика

В горния пример е лесно да се изчисли, че при размер на буфера от 100 KB, буферът ще бъде напълно запълнен за 0,22 секунди след началото на работа в такъв интензивен режим. Увеличаването на размера на буфера до 1 MB ще увеличи времето за запълване на буфера до 2,2 секунди, което също е неприемливо. Проблемът може да бъде решен с помощта на инструменти за контрол на задръстванията.

Както знаем, има различни средства за контрол на задръстванията: опашка в комутатори, обратна връзка, резервиране на честотна лента. Въз основа на тези инструменти можете да създадете ефективна система за поддръжка на QoS индикатори за трафик от различни класове.

Спецификацията 802.3 въвежда нов подслой в стека на Ethernet протокола, контролния подслой на MAC слоя. Той се намира над MAC слоя и не е задължителен (Фигура 2).

Ориз. 2. Подслой за управление на MAC слой

Кадърът на контролния подслой се различава от кадрите с потребителски данни по това, че полето тип винаги съдържа шестнадесетичната стойност 88-08. Форматът на рамката на контролния подслой е проектиран за универсална употреба, така че е доста сложен (фиг. 3).

Ориз. 3. Контролен формат на рамката на подслоя

Шестнадесетичният код 00-01 е посочен в полето за код на операцията на контролния подслой, защото,както вече беше отбелязано, досега е дефинирана само една операция от контролното подниво - тя се нарича PAUSE (пауза) и има шестнадесетичен код 00-01.

Полето за параметър на контролния подслой указва времето, за което възелът, който е получил такъв код, трябва да спре да предава кадри към възела, изпратил кадъра с операцията PAUSE. Времето се измерва в 512 битови интервали на конкретно изпълнение на Ethernet, обхватът на възможните опции за спиране е 0-65535.

Както се вижда от описанието, този механизъм за обратна връзка принадлежи към тип 2 в съответствие с класификацията. Неговата специфика се състои в това, че предвижда само една операция - спиране за определено време. Обикновено в механизми от този тип се използват две операции - спиране и възобновяване на предаването на рамката. Проблемът, илюстриран на фиг. 1 може да бъде решен по друг начин: с помощта на така наречения магистрален или uplink порт. Магистърските портове в Ethernet комутаторите са следващите портове в скоростната йерархия след портовете, предназначени за свързване на потребители. Например, ако комутаторът има 12 10Mbps Ethernet порта, тогава магистралният порт трябва да е Fast Ethernet порт, за да бъде достатъчно бърз, за да пренесе до 10 потока от портовете нагоре. Обикновено нискоскоростните комутационни портове се използват за свързване към потребителски компютри, а магистралните портове се използват за свързване или на сървъра, до който потребителите имат достъп, или на комутатор от по-високо ниво в йерархията. На фиг. Фигура 4 показва пример на комутатор, който има 24 100 Mbps Fast Ethernet порта, към които са свързани потребителски компютри, и един 1000 Mbps Gigabit Ethernet порт, към койтосървър.

С тази конфигурация на комутатора шансът за претоварване на портовете е значително намален в сравнение със случая, когато всички портове поддържат една и съща скорост. Въпреки че възможността за претоварване все още съществува, тя изисква повече от 10 потребители да комуникират със сървъра едновременно със средна скорост, близка до максималната им скорост на връзка - и такова събитие е малко вероятно.

Ориз. 4. Превключване на работна група

От горния пример може да се види, че вероятността от претоварване на портовете на комутаторите зависи от разпределението на трафика между неговите портове, освен това е ясно, че дори при добро съответствие между скоростта на порта и най-вероятното разпределение на трафика е невъзможно напълно да се премахнат претоварванията.

Следователно, в общия случай, за да се намалят загубите на кадри поради претоварване, трябва да се използват и двата метода: избор на скорост на порта за най-вероятното разпределение на трафика в мрежата и протокол 802.3x за намаляване на скоростта на източника на трафик в случаите, когато възникне задръстване.