Механізми обмеження та вирівнювання трафіку

Размещено на http://www.allbest.ru/

17

МЕХАНІЗМИ ОБМЕЖЕННЯ ТА ВИРІВНЮВАННЯ ТРАФІКА

1. Механізм обмеження швидкості CB-policing

CB-policing, як і будь-який механізм обмеження трафіка, призначений для встановлення відповідності трафіка, що надходить, профілю, який обумовлено в контракті. За результатами вимірювань параметрів трафіка механізм обмеження швидкості може :

- передати пакет;

- відкинути пакет;

- змінити маркування пакета.

CB-policing базується на використанні алгоритму «кошика маркерів». Якщо виникає задача встановлення відповідності трафіка до контракту, то можна використовувати одинокий «кошик», який розділяє трафік на дві категорії: conforming (такий, що відповідає контрактові) і exceeding (такий, що не відповідає контрактові). Однак CB-policing використовує для класифікації трафіка три категорії:

- Conform: потік даних відповідає обумовленій швидкості передачі (зелене світло);

- Exceed: припустимі сплески середньої величини (жовте світло);

- Violate: не допускається передача даних вище цього ліміту (червоне світло).

З цією метою CB-policing використовує подвійний «кошик маркерів», названий також «триколірним» обмежником (three-color), на відміну від двоколірного (two-color) при використанні одинокого «кошика».

Механізм CB-policing описаний у документах RFC 2697 «A Single-rate Three Color Marker» і RFC 2698 «A Dual-rate Three-Color Marker», з яких перший присвячений одношвидкісному триколірному обмеженню, а другий - двошвидкісному триколірному обмеженню. Двошвидкісне обмеження припускає відстеження обмежником двох різних швидкостей: узгодженої швидкості CIR і пікової швидкості (Peak Information Rate, PIR), у той час як одношвидкісний обмежник відслідковує тільки одну швидкість CIR.

Розглянемо роботу CB-policing (RFC 2697) (рис. 1). CB-policing використовує два «кошика маркерів», обсяг одного B_c, іншого - B_e. У зв'язку з тим, що ці «кошики» не мають офіційної назви, назвемо їх B_c- і B_e-«кошиками». Першим заповнюється «кошик» B_c , швидкість надходження в нього маркерів дорівнює CIR. Коли B_c-«кошик» цілком заповнений, надлишкові маркери не відкидаються, а надходять у «кошик» B_e. Маркер відкидається тільки в тому випадку, якщо обидва «кошики» наповнені.

Алгоритм роботи подвійного «кошика» маркерів (RFC 2697) такий: (рис. 1).

1. Якщо довжина пакета, що надходить, у байтах менша або дорівнює поточній кількості маркерів у B_c- «кошику», то пакет класифікується як такий, що відповідає контракту (Conform). З B_c-«кошика» вилучаються маркери в кількості, що дорівнює довжині пакета в байтах і виконується дія, яка описана в контракті як узгоджена (Conform action).

2. Якщо довжина оброблюваного пакета в байтах перевищує , але не перевищує кількості маркерів , що знаходяться в «кошику» B_e, то пакет класифікується як припустимий сплеск (Exceed). З «кошика» B_e вилучаються маркери в кількості, що дорівнює довжині пакета в байтах і виконується дія по обробці розширеного сплеску (Exceed action).

3. Якщо не виконуються умови 1 і 2, пакет вважається таким, що не задовольняє контрактові (Violate). У цьому випадку вміст обох «кошиків» не зменшується, а по відношенню до пакета починається дія за переповненням (Violate action).

Рисунок 1. Алгоритм роботи одношвидкісного обмежника з використанням двох «кошиків маркерів» (RFC 2697).

У RFC 2698 описаний механізм CB-policing, що підтримує дві швидкості: узгоджену CIR і пікову PIR, PIR>CIR. Пакети, що надходять зі швидкістю меншою CIR, вважаються такими, що узгоджені з контрактом (Conform), зі швидкістю, перевищуючою CIR, але меншою PIR - такими, що перевищують межі контракту (Exceed), і зі швидкістю, більшою PIR, - такими, що порушують контракт (Violate).

В основі механізму CB-policing (RFC 2698) так само лежить алгоритм подвійного «кошика маркерів», розміри кошиків дорівнюють і (рис. 2). Однак ці «кошики» заповнюються маркерами незалежно один від одного, один зі швидкістю CIR, інший - PIR. Якщо раніше у -«кошик» маркери могли потрапити тільки в період низької активності трафіка, коли маркери накопичувалися в «кошику» , то тепер заповнення «кошика» не залежить від активності трафіка. Наприклад, при початково порожніх «кошиках» через час =100 мс при CIR=128 кбіт/с, PIR=256 кбіт/с поточна кількість маркерів у «кошиках» складе

і .

Алгоритм роботи двошвидкісного механізму CB-policing (RFC 2698) такий (рис. 2).

1. Якщо довжина пакета, що надходить, у байтах не перевищує поточну кількість маркерів у B_c- кошику , то пакет класифікується як такий, що відповідає контрактові (Conform). З B_c-«кошика» вилучаються маркери в кількості, що дорівнює довжині пакета в байтах і виконується дія, яка описана в контракті як узгоджена (Conform action). CB-policing так само видаляє маркерів з «кошика» B_e.

2. Якщо пакет, що надходить, не задовольняє умові 1 і його довжина в байтах не перевищує кількості маркерів , що знаходяться в «кошику» B_e, то пакет класифікується як припустимий сплеск (Exceed). З «кошика» B_e вилучаються маркери в кількості, що дорівнює довжині пакета в байтах і виконується дія по обробці розширеного сплеску (Exceed action).

3. Якщо при надходженні пакета не виконуються умови 1 і 2, пакет вважається таким, що не відповідає контрактові (Violate). У цьому випадку вміст обох «кошиків» не зменшується, а по відношенню до пакета починається дія за переповненням (Violate action).

Рисунок 2. Алгоритм роботи двошвидкісного обмежника з використанням двох «кошиків маркерів» (RFC 2698).

У таблиці 1 наведене узагальнення за всіма трьома варіантами механізму CB-policing: одношвидкісний двоколірний, одношвидкісний триколірний і двошвидкісний триколірний.

2. Механізм узгодження швидкості доступу CAR

cb policing traffic shaping трафік

Функція обмеження трафіка в рамках IP-мереж забезпечується механізмом узгодження швидкості доступу (Committed Access Rate,CAR). У цілому механізм CAR реалізує дві основні функції: маркування пакетів шляхом встановлення значення поля IP-пріоритету й обмеження інтенсивності трафіка. Дії механізму стосовно трафіка (як вхідного, так і вихідного) пов'язані з такими обов'язковими компонентами (рис. 3):

1. Специфікації відповідності трафіку (умова збігу трафіка);

2. Інструменти вимірювання трафіка;

3. Політика дії.

Рисунок 3. Компоненти механізму CAR.

Специфікації відповідності трафіку дозволяють виділити з загального потоку трафіка пакети, що мають бути оброблені за допомогою механізму CAR. Існують чотири способи складання специфікації:

* умова збігу трафіка охоплює всі пакети;

* пакети відбираються на підставі значення поля IP-пріоритету з використанням списків доступу, які обмежують інтенсивність трафіка;

* пакети відбираються на підставі МАС-адреси з використанням списків доступу, які обмежують інтенсивність трафіка;

* пакети відбираються з використанням стандартних або розширених списків доступу на основі IP-адреси.

Списки доступу, що обмежують інтенсивність трафіка, були спеціально створені з метою забезпечення можливості відокремлення пакетів на підставі значення поля IP-пріоритету та МАС-адреси.

Відокремлені пакети проходять через вимірювач трафіка, яким у CAR є алгоритм «кошика маркерів». На рис. 3.3 наведена реалізація схеми «кошика маркерів» у загальному вигляді. У рамках механізму CAR зберігається загальна ідея алгоритму з тією відмінністю, що , інтенсивність надходження маркерів у «кошик» , розмір маркера байт. Останнє означає, що для кожного пакета, який оброблююється відповідно до механізму CAR, з «кошика» вилучається кількість маркерів, що дорівнює розміру пакета в байтах. Якщо для обслуговування пакета в «кошику» мається достатня кількість маркерів, пакет передається. Якщо ж розмір у байтах пакета, що надійшов, більше, ніж поточна кількість доступних маркерів, враховується розширений розмір сплеску (). Тут існує два варіанти:

- стандартний «кошик маркерів», ;

- «кошик маркерів» з можливістю екстреного збільшення розміру сплеску, .

У першому випадку можливість екстреного збільшення розміру сплеску не підтримується і нестача маркерів призводить до відкидання пакета. В другому випадку існує можливість «позичити» відсутні маркери.

Для описання «кошика маркерів» з можливістю екстреного збільшення розміру сплеску вводиться два додаткових терміни - поточний борг (actual debt - ) і накопичений борг (compounded debt - ). Поточним боргом є кількість маркерів, запозичених у даний момент часу. Зменшення поточного боргу відбувається за рахунок накопичення маркерів.

Накопичений борг є сумою поточних боргів усіх пакетів, для передачі яких слід було позичити маркери з моменту останнього відкидання пакета.

На рис. 4 наведений спрощений алгоритм, що описує дії механізму CAR при надходженні нового пакета довжиною байт. Якщо кількості наявних у «кошику маркерів» досить, тобто , то виконується узгоджена дія (Conform action), наприклад, передача пакета. Якщо ж кількості доступних маркерів не досить, то починається процес запозичення маркерів. У цьому випадку оцінюється кількість відсутніх маркерів , розраховуються нові значення поточного і накопиченого боргів, при цьому враховуються маркери, які тільки-но надійшли:

; ,

де - кількість маркерів, що тільки-но надійшли в «кошик».

Надалі оновлені значення і порівнюються з величиною розширеного розміру сплеску. Якщо не перевищує , то пакет передається (Conform action). Якщо ж поточний борг перевищує розширену межу ( ), то виконується дія по переповненню (Exceed action) - відкидання пакета. Це продовжується доти, доки значення не повернеться в припустимі межі (за рахунок надходження нових маркерів). Якщо накопичений борг перевищить розмір розширеного сплеску ( ), то пакет відкидається, а значення накопиченого боргу стає . Зверніть увагу, що при відкиданні скидається в нуль тільки значення , а значення не змінюється. Наступному пакету, для передачі якого необхідно запозичити маркери, ставиться у відповідність нове значення накопиченого боргу - .

Потреба у використанні «кошика» з можливістю екстреного збільшення розміру сплеску обумовлюється такою досить небажаною властивістю стандартного «кошика маркерів», як «відкидання хвоста» (tail-drop). «Кошик маркерів» з можливістю екстреного збільшення розміру сплеску забезпечує поступове відкидання пакетів, що більш характерно для алгоритму довільного раннього виявлення (Random Early Detection, RED).

Рисунок 4. Спрощений алгоритм роботи CAR.

Розглянемо приклад роботи механізму CAR. Припустимо, що швидкість надходження маркерів складає 100 маркерів за одиничний інтервал часу, =400 байт, =200 байт, швидкість надходження даних 200 байт за одиничний інтервал часу. Динаміка значень поточного і накопиченого боргу показана в таблиці 2.

Як видно з табл. 2, після другого часового інтервалу потік перевищує величину узгодженого сплеску і з третього часового інтервалу починається процес запозичення маркерів.

Таблиця 2. Динаміка змін значень поточних і накопиченого боргів (інтервал 1-5).

На п'ятому часовому інтервалі відбувається відкидання пакета, тому що нове значення накопиченого боргу (600) перевищує величину розширеного розміру сплеску (400). Коли відбувається втрата пакета, значення накопиченого боргу скидається в 0, при цьому поточний борг дорівнює 200. Значення 300 і 600 були тимчасовими і не запам'ятовуються у випадку втрати пакета. Підсумкові значення величин і такі (табл. 3). Процес запозичення маркерів починається знову на шостому часовому інтервалі.

Таблиця 3. Динаміка змін значень поточних і накопиченого боргів (інтервал 5-7).

На шостому часовому інтервалі відбувається відкидання пакета і величини і приймають такі значення (табл. 4).

Таблиця 4. Динаміка змін значень поточних і накопиченого боргів (інтервал 7).

Слід зазначити, що коли пакет відкидається через нестачу маркерів (тобто коли кількість доступних маркерів менша розміру пакета в байтах), «кошик» не спустошується (іншими словами, відкидання пакетів не призводить до зменшення межі сплеску або межі інтенсивності трафіка).

Зверніть увагу, що узгоджена швидкість передачі даних (CIR) - це величина, яка вимірюється в байтах у секунду. У свою чергу сплеск трафіка виражається в байтах. Поточний розмір сплеску зберігається в лічильнику сплеску. Значення лічильника сплеску може бути як менше, так і більше, ніж узгоджений розмір сплеску (). Коли значення лічильника сплеску перевищує , воно дорівнює сумі узгодженого розміру сплеску і поточного боргу =. У момент надходження нового пакета значення лічильника сплеску оновлюється, як показано на рис. 5.

Рисунок 5. Вибір дії механізму CAR на підставі значення лічильника сплеску.

У випадку, коли значення лічильника сплеску знаходиться між узгодженим і розширеним розмірами сплеску, імовірність дії за переповненням можна приблизно розрахувати за формулою:

.

Дія за переповненням (Exceed action) та узгоджена дія (Conform action), які застосовуються по відношенню до пакета після його обробки відповідно до алгоритму, наведеному на рис. 4, є елементами політики дій (рис. 3). У загальному випадку значення цих дій можуть бути такими:

* передати пакет;

* відкинути пакет;

* продовжити (continue) (перейти до наступного за списком оператора);

* установити значення поля IP-пріоритету і передати пакет;

* установити значення поля IP-пріоритету і продовжити перегляд списку операторів;

* установити значення поля QoS-групи і передати пакет;

* установити значення поля QoS-групи і продовжити перегляд списку операторів.

3. Механізм вирівнювання трафіка Traffic Shaping

Задача вирівнювання трафіка в мережах пакетної комутації розв'язується за допомогою однойменного механізму Traffic Shaping (TS). Відповідно до механізму TS інтенсивність пульсуючого трафіка вирівнюється до узгодженої швидкості передачі інформації (CIR) шляхом постановки в чергу (буферизації) пакетів, інтенсивність передачі яких перевищила середнє значення. Буферизовані пакети передаються з накопиченням достатньої кількості маркерів (рис. 6). Як інструмент дозування трафіка механізм TS використовує «кошик маркерів», який застосовується для перевірки пакетів, що надходять, на відповідність заданому профілю. В цілому загальна ідея алгоритму «кошика маркерів» (рис.3) зберігається, однак присутні деякі відмінності (рис.7).

Рисунок 6. Операційна модель механізму вирівнювання трафіка.

Рисунок 7. Алгоритм «кошика маркерів» для вирівнювання трафіка.

Результати роботи механізму TS наведені на рис. 8. Допустимо, що при швидкості доступу 128 кбіт/с узгоджена швидкість CIR складає 64 кбіт/с (рис. 8, а). На рис. 8, а передбачається використання «кошика маркерів» без можливості розширеного сплеску ( =0). Часовий інтервал Т обраний 125 мс, що відповідає настройкам за замовчуванням у більшості механізмів вирівнювання трафіка. Протягом цього часового інтервалу виділяються періоди активності (передачі даних) і мовчання, співвідношення тривалості яких і дає результуючу швидкість CIR. У даному прикладі для того, щоб отримати CIR=64 кбіт/с, маршрутизатор має передавати пакети протягом половини інтервалу Т. У даному випадку розмір узгодженого сплеску =8000 біт, для передачі трафіка такого обсягу необхідно мс, що складає від інтервалу Т.

Механізм TS має можливість передати протягом одного часового інтервалу Т обсяг даних, що перевищує на величину розширеного сплеску . Ідея базується на тому, що трафік має нерівномірний характер, у ньому є сплески і паузи. І в перший після паузи інтервал Т можна передати в лінію не , а ( + ) біт. На рис. 8, б Т=125 мс, CIR=64 кбіт/с, =8000 біт, =8000 біт. Протягом першого після паузи інтервалу Т в вихідну лінію передається + =8000+8000=16000 біт, а в кожному наступному, доки не накопичаться маркери, не більше =8000 біт. Тобто протягом перших мс швидкість на виході дорівнює швидкості доступу, однак потім TS штучно знижує швидкість передачі до CIR=64 кбіт/с.

Рисунок 8. Приклад результатів роботи механізму вирівнювання трафіка.

Практичні реалізації механізму TS можуть розрізнятися як за режимом виконання - у розподіленому режимі (Distributed TS, DTS) або на центральному процесорі маршрутизатора (General TS, GTS), так і за механізмами формування й обслуговування черг. Розподілена (DTS) і централізована (GTS) версії механізму вирівнювання трафіка відрізняються тим, що перша виконується в розподіленому режимі процесором інтерфейсних плат VIP (Versatile Interface Processor - універсальний інтерфейсний процесор Cisco), а не на центральному процесорі маршрутизатора, як GTS. Відзначимо, що інтерфейсні плати VIP присутні не у всіх маршрутизаторах, а лише в деяких моделях, наприклад, Cisco серії 7500.

Механізм TS може бути сконфігурований для різних інтерфейсів, у тому числі в адаптивному режимі на інтерфейсі Frame Relay - FRTS. У цьому режимі механізм вирівнювання трафіку визначає доступну смугу пропускання на підставі об'єднання значення поля BECN/FECN (Backward Explicit Congestion Notification - зворотне явне повідомлення про перевантаження; Forward Explicit Congestion Notification- пряме явне повідомлення про перевантаження) і біта DE. Вирівнювання трафіка застосовується до кожного DLCI. Відзначимо, що значення поля BECN/FECN розуміють і DTS, і GTS.

Існує різновид механізму вирівнювання трафіка під назвою Class-Based Shaping, є GTS, сконфігурований не на основі списків доступу, а на основі класів трафіка. У даному різновиді пікова швидкість визначається як .

Размещено на Allbest.ru