Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

соединениям равных долей пропускной способности — непростая задача, так как разные соединения будут использовать различные пути, каждый со своей пропускной способностью. В этом случае один из потоков может замедлиться на входящем канале и получить меньшую долю исходящего канала по сравнению с другими потоками. Уменьшение пропускной способности для этих потоков лишь замедлит их работу, но не исправит ситуацию с «застрявшим» потоком.

Часто в сетях удобнее использовать равнодоступность по максиминному критерию (max-min fairness). Это значит, что увеличение пропускной способности одного потока невозможно без ее уменьшения для какого-либо другого потока с меньшей или равной пропускной способностью. Иными словами, от увеличения пропускной способности потока страдают менее «обеспеченные» потоки.

Рассмотрим пример. На илл. 6.20 показано распределение пропускной способности по максиминному критерию в сети с четырьмя потоками: A, B, C и D. Все каналы между маршрутизаторами имеют одинаковую пропускную способность, принятую за 1 (хотя на практике она обычно разная). На пропускную способность канала R4–R5, расположенного слева внизу, претендуют три потока. Поэтому каждый из них получает по 1/3. Оставшийся поток A конкурирует с B на участке R2–R3. Поскольку для B уже выделена 1/3 емкости канала, A получает оставшееся количество, 2/3. Как видно из рисунка, на остальных каналах часть ресурсов не используется. Но их нельзя отдать какому-либо потоку, не снизив пропускную способность другого, более медленного. К примеру, если на участке R2–R3 выделить больше емкости потоку B, то A достанется меньше. Это логично, поскольку на данный момент у A пропускной способности больше. А чтобы обеспечить большую емкость канала для B, ее придется снизить для C или D (или для обоих), и тогда она станет меньше пропускной способности B. Данное распределение соответствует максиминному критерию.

Илл. 6.20. Распределение пропускной способности по максиминному критерию для четырех потоков

Такое распределение пропускной способности можно вычислить на основе данных обо всей сети. Чтобы представить это наглядно, предположим, что скорость всех потоков медленно возрастает, начиная от 0. Как только один из потоков достигает узкого места, его скорость перестает расти. Скорость остальных потоков продолжает увеличиваться (при этом доступная пропускная способность делится поровну), пока каждый из них не дойдет до своего узкого места.

Третий вопрос, возникающий при обсуждении равнодоступности, — на каком уровне ее рассматривать? Сеть может быть справедливой на уровне соединений, соединений между парой хостов или всех соединений одного хоста. Этой проблемы мы касались, когда говорили о взвешенном справедливом обслуживании (см. раздел 5.4): выяснилось, что с каждым из этих вариантов связаны определенные трудности. К примеру, если считать равноправными все хосты, активно работающий сервер будет получать не больше ресурсов, чем обычный мобильный телефон; если же таковыми считать все соединения, хостам выгодно открывать дополнительные линии. На этот вопрос нет однозначного ответа, и равнодоступность часто реализуется на уровне соединений, однако она совсем не обязана быть идеальной. В первую очередь важно, чтобы ни одно соединение не осталось без пропускной способности. На самом деле протокол TCP позволяет создавать множественные соединения, что вызывает еще более жесткую конкуренцию. Эта тактика подходит для особенно ресурсоемких приложений. Например, ее использует BitTorrent для однорангового совместного использования файлов.

Конвергенция

И наконец, алгоритм контроля перегрузки должен быстро конвергировать, то есть достигать результата — справедливого и эффективного распределения пропускной способности. При обсуждении выбора рабочего режима мы исходили из того, что сетевая среда является статической. Однако на практике соединения то появляются, то исчезают, а пропускная способность, необходимая каждому отдельному соединению, может измениться, например, если пользователь долго просматривает веб-страницу, а затем вдруг начинает загрузку большого видеофайла.

Из-за непостоянства требований к сети идеальный рабочий режим все время меняется. Хороший алгоритм контроля перегрузки должен быстро приводить к идеальному рабочему режиму и следить за его изменением с течением времени. Если алгоритм отрабатывает слишком медленно, он не успевает за сменой рабочего режима. Если он нестабилен, он может не привести к нужной точке или будет долго колебаться вокруг нее.

На илл. 6.21 показан пример распределения пропускной способности, которая меняется со временем и быстро сходится. Изначально поток 1 получает всю емкость канала. Через секунду начинает работать поток 2. Ему тоже нужна пропускная способность. Поэтому распределение быстро меняется таким образом, чтобы оба потока получали по 1/2. Еще через три секунды появляется третий поток. Но он использует только 20 % пропускной способности — меньше, чем то, что ему полагается исходя из принципа равнодоступности (1/3). Потоки 1 и 2 быстро реагируют на изменение ситуации, и каждый из них получает 40 %. На 9-й секунде второй поток отключается, а третий продолжает работать без изменений. Поток 1 быстро занимает 80 % ресурса. В каждый момент времени суммарная пропускная способность приблизительно равна 100 %, то есть возможности сети используются полностью; при этом все конкурирующие потоки находятся в равных условиях (но не используют больше пропускной способности, чем им нужно).

Илл. 6.21. Изменение распределения пропускной способности с течением времени

6.3.2. Регулирование скорости отправки

Теперь самое время перейти к основному вопросу: как регулировать скорость отправки, чтобы получить необходимую пропускную способность? Скорость отправки может зависеть от двух факторов. Первый фактор — управление потоком данных, которое требуется, если буфер получателя обладает недостаточной емкостью. Второй — перегрузка, которую нужно учитывать при недостаточной пропускной способности сети. На илл. 6.22 эта проблема представлена на примере водопровода.

На илл. 6.22 (а) мы видим толстую трубу, ведущую к получателю с небольшой емкостью. Это тот случай, когда ограничительным фактором является управление потоком. Пока отправитель не передает больше воды, чем может поместиться в ведро, вода не будет проливаться. На илл. 6.22 (б) ограничительным фактором является не емкость ведра, а пропускная способность сети. Если из крана в воронку вода будет литься слишком быстро, то уровень воды в воронке начнет подниматься, и в конце концов часть воды может перелиться через край.

Отправителю эти примеры могут показаться похожими, так как в обоих случаях в результате слишком быстрой передачи данных теряются пакеты. Но эти ситуации происходят по разным причинам и требуют разных решений. Об одном из них — управлении потоком с помощью окна переменного размера — мы уже говорили. Теперь рассмотрим другой подход, связанный с контролем перегрузки. На практике может возникнуть любая из этих проблем, и транспортный протокол должен включать реализацию обоих решений.

То, как транспортный протокол должен регулировать скорость отправки, зависит от формы обратной связи в сети. Различные сетевые уровни могут использовать обратную