9.5.4 Контроль конфликтов (столкновений) и защита от перегрузки

Перегрузки в широкополосных сетях определяют статус сетевых элементов (коммутаторов, концентраторов, линий передачи) в их возможностях по перегрузочному трафику или контролю ресурсов перегрузки. Сеть может гарантировать заранее оговоренное качество сервиса уже существующих соединений и запросов на новые соединения.

Перегрузки могут служить причиной непредсказуемых статистических флуктуаций потоков трафика или ошибок перегрузки в сети. Например, пользователь или пользователи могут затребовать большие ресурсы, чем необходимые на время соединения заранее оговоренной системе.

Известны несколько методов контроля конфликтов и защиты от перегрузок в сети АТМ:

Большие буферы способны выдерживать высокие перегрузки и переложить задачи восстановления потерянных блоков данных на выше лежащие протоколы. Однако этот метод малоэффективен для повышения производительности сети.

Кредитная схема предусматривает управление потоком ячеек на каждом участке каждого виртуального соединения (рисунок 9.13). На принимающих портах коммутаторов АТМ под конкретные виртуальные соединения резервируются определенные объемы буферной памяти.

В кредитной схеме передатчик трафика получает кредит на передачу определенного числа ячеек, которую можно осуществить без ожидания управляющей информации. Это число ячеек опреде-ляется объемом выделенных буферов.

Рисунок 9.13. Кредитная схема управления потоком ячеек

При возникновении перегрузки и переполнения буферной памяти одного из коммутаторов он посылает управляющее сообщение с требованием прекратить передачу данных по перегруженному соединению. Тот прекращает передачу и начинает накапливать данные в своем буфере. В кредитной схеме каждое виртуальное соединение должно снабжаться буфером.

Достоинства кредитной схемы:

Недостатки кредитной схемы:

Скоростные схемы с обратной связью подразделяются на следующие виды:

Принцип работы в схеме FECN поясняется рисунком 9.14.

Схема предусматривает использование обратной связи для информирования источника о том, с какой скоростью в данный момент он может передавать ячейки по каждому виртуальному со-единению. Когда коммутатор АТМ испытывает перегрузки, он выставляет в проходящих через него ячейках бит FECN (в поле РТ заголовка ячейки), информируя приемник о перегрузке по конкретным соединениям. Приемник направляет сообщение о перегрузках источнику трафика, который, в свою очередь, принимает решение о снижении трафика.

Рисунок 9.14. Принцип работы схемы FECN

Рисунок 9.15. Принцип работы схемы BECN

По аналогичному принципу работает схема BECN. Однако в этой схеме информацию о перегрузке направляет источнику коммутатор, испытывающий перегрузку (рисунок 9.15).

Преимущество схемы BECN в быстрой реакции на перегрузки. Недостаток этой схемы – необходимость «обучения» коммутатора посылать ячейки управления в проходящий поток данных.

Кроме того, обе рассмотренные схемы FECN и BECN страдают от попадания ячеек управления в перегруженные потоки, что затрудняет эффективное регулирование трафика. Могут возникнуть аварийные ситуации, когда ячейки управления не достигнут источника.

В схемах FECN и BECN коммутатор АТМ считается перегруженным, если очередь ячеек на обслуживание (коммутацию, маршрутизацию, мультиплексирование, концентрацию) превышает оп-ределенное значение (порог). Получив информацию о перегрузке, передатчик должен снижать трафик. Снижение происходит до тех пор, пока не прекратится поступление информации о перегрузках в пределах определенного временного интервала. После этого интервала передатчик начинает увеличение трафика. Недостатки рассмотренных схем в определенной мере компенсированы другими схемами управления перегрузками: PRCA и EPRCA.

Алгоритм пропорционального управления, разработанный АТМ-Форумом, PRCA основан на положительной обратной связи. В этой схеме источник трафика увеличивает скорость только по получению разрешения приемника. В противном случае передатчик обязан последовательно снижать скорость передачи ячеек. Алгоритм PRCA работает следующим образом. В первой и в N-ой ячейках передаваемых источником, бит в поле РТ установлен в 0, а в остальных в 1. Интервал N задается административно и определяет время реакции на перегрузку. Если приемник не перегружен, то в ответ на каждую ячейку с EFCI = 0 он посылает в передатчик ячейку управления ресурсом RM, разрешающую увеличение скорости. Коммутатор, испытывающий перегрузку, имеет право изменить бит EFCI = 1, запрещая тем самым приемнику генерировать ячейки управления ресурсами RM, или же просто удаляет ячейки RM, передаваемые по каналу к источнику трафика (рисунок 9.16).

Рисунок 9.16. Поток ячеек по схеме PRCA

В обоих случаях источник будет вынужден снижать скорость передачи до тех пор, пока не получит хотя бы одну ячейку RM с 0.

Недостаток схемы PRCA состоит в том, что при прохождении потока через несколько перегруженных участков число ячеек в нем с битами EFCI = 1 будет значительно больше числа таких ячеек в других, не использующих этот алгоритм потоках. Поэтому доступная данному потоку скорость тоже будет существенно ниже.

Алгоритм схемы EPRCA избавлен от проблем схемы PRCA. В этой схеме источник посылает все информационные ячейки с байтом EFCI = 0. Через N таких ячеек посылается ячейка управления ресурсом RM, содержащая значение желаемой максимальной (PCR) и текущей скорости передачи (ACR – Allowed Cell Rate). Испытывающий перегрузку коммутатор подсчитывает свое значение скорости ACR, которое зависит от объема трафика, и выставляет в проходящую ячейку RM. Получив эту ячейку, приемник отправляет ее обратно передатчику, а тот корректирует свою скорость (рисунок 9.17).

Таким образом, проходя по кругу, ячейки RM «сообщают» информацию о наличии ресурсов по всем участкам сети и возвращаются обратно к источнику со значением наименьших доступных скоростей для каждого виртуального соединения.

В завершении необходимо отметить, что использование схем управления перегрузками позволяет избавиться от проблем конфликтов в сети АТМ и защитить трафик от сбрасывания. При выборе сетевых решений и коммутационного оборудования необходимо обязательно уделять внимание технологиям защиты трафика.