Реферати українською » Информатика, программирование » Засоби Управління перевантаження и політики відкідання пакетів


Реферат Засоби Управління перевантаження и політики відкідання пакетів

>ЗАСОБИУПРАВЛІННЯПЕРЕВАНТАЖЕННЯМИ ІПОЛІТИКИВІДКИДАННЯПАКЕТІВ


>Вступ

>Механізмизапобіганняперевантаженню йрізні політикивідкиданняпакетівпризначені наосновіаналізумережноготрафікавідслідковувативузькімісця вмережі й недопускативиникнення нацихділянкахперевантажень. Уумовахперевантаженняцімеханізмизабезпечують лишепільговуобробкупріоритетноготрафіка. Алі напрактиці частовиникаєситуація, що пакет,якийтільки-нонадійшов,необхіднопоставити учергу, що ужедосягла свого максимальногорозміру. Урезультатідеякіпакетислідвідкинути. Унайпростішомувипадкузастосовується політика ">відкидання хвоста" (>taildrop),відповідно доякоївідкидаютьсяпакети, котрітільки-нонадійшли.

Однак політика ">відкидання хвоста"призводить довиникненняефектуглобальноїсинхронізації –одночасного (синхронного) перезапускуалгоритмівповільного стартумножиниТСР-джерел.Крімнебажаноїзмінирозмірівчерги,цейефектздатнийтакожпризвести дозростанняджитера,затримкипакетівтрафіка йзниженняпродуктивностівсієїмережі.Більшефективнимиємеханізми превентивногоуправлінняперевантаженнями, до які належатиалгоритмиRED й йогомодифікаціїWRED йDWRED.


1. АлгоритмдовільногоранньоговиявленняRED

Алгоритмдовільногоранньоговиявлення (>RandomEarlyDetection –>RED)є алгоритмом активногоуправліннячергою ймаєістотніпереваги впорівнянні ізтрадиційниммеханізмом ">відкидання хвоста".МеханізмREDвикористовуєпревентивнийпідхід дозапобіганняперевантаженнюмережі тазамістьочікуванняфактичногопереповненнячерги, як при ">відкиданні хвоста",REDпочинаєвідкидатипакети ізненульовоюімовірністю, колисереднійрозмірчергиперевищитьпевнемінімальнеграничнезначення.Імовірніснийпідхід довідкиданняпакетівдозволяє бутивпевненими до того, щомеханізмREDвідкинепакетиусьоголишедекількохдовільнообранихпотоків, тім самимдозволяючиуникнутиефектуглобальноїсинхронізації.

>МеханізмранньогодовільноговиявленняREDнацілений на:

•мінімізаціюджитеразатримкипакетів шляхом контролю засереднімрозміромчерги;

•запобіганняефектуглобальноїсинхронізаціїТСР-трафіка;

• забезпеченнянеупередженогообслуговуваннятрафіка, щохарактеризуєтьсякороткочаснимисплесками;

•строгеобмеження максимальногосередньогорозміручерги (шляхомуведення максимального порога).

>Головна позначкамеханізмуREDполягає вмінімізаціїсередньогорозміручерги, авиходить, йрезультуючоїзатримкипакетівтрафіка.

У рамкахмеханізмуREDуводиться рядпараметрів:

• –мінімальнеграничнезначеннярозміручерги, приперевищенніякогочергоюпочинається процесвідкиданняпакетів.Найменшезначення, щорекомендується,пакетів;

• –максимальнеграничнезначення, приперевищенніякоговідкидаються усіпакети, котрітільки-нонадійшли.Значення, щорекомендується, ;

• –цеекспонентнийваговийкоефіцієнт,якийбере доля вобчисленнісередньогорозміручерги йвизначаєвідноснийвнесокпопередньогосереднього й поточногорозміручерги (>миттєвийрозмір) уновийсереднійрозмірчерги, щообчислюється заформулою

, (1)

дерекомендованезначення =9;

• –знаменникграничноїімовірності (>markprobabilitydenominator),якийвизначаєімовірністьвідкиданняпакетів придосягненнісереднімрозміромчерги максимального межовогозначення . Узагальномувипадку

, (2)

дерекомендованезначення =10.

Приреалізації алгоритмуRED узалежності відспіввідношеньсередньоїдовжиничерги йвведенихграничнихзначеньможливі триситуації (табл. 1). На рис. 1 наведеньхарактерний длямеханізмуREDграфікзалежностіімовірностівідкиданняпакетів відсередньогорозміручерги .

>Таблиця 1 –ДіїмеханізмуRED

>Умова дія

<

>Пакети невідкидаються (=0).

<<

>Частинапакетіввідкидається.Імовірністьвідкидання прямопропорційназбільшеннюсередньогорозміручерги відмінімального до максимального межовогозначення (змінюється від 0 до ).

>

>Усіновіпакетивідкидаються (=1).

Малюнок 1 –Графікзалежностіімовірностівідкиданняпакетів ( ) длямеханізмуRED

>Якщо жсереднійрозмірчергидосить невеликий йзнаходитьсянижчемінімального межовогозначення,механізмRED нездатний забезпечитиістотнихпереваги впорівнянні ізтрадиційнимимеханізмамиуправліннячергами. Зіншого боці, при затяжномуперіодіперевантаженнямережіповедінкамеханізмуRED, Незважаючи надовгучергу йвисокемаксимальнеграничнезначення,аналогічнаповедінцікласичногомеханізму ">відкидання хвоста". Отже,основнепризначеннямеханізмуREDполягає взгладжуваннісплесківтрафіка йпопередженнітривалогоперевантаженнямережі задопомогоюповідомленняджерелтрафіка пронеобхідністьзниженняінтенсивностіпередачіінформації.Якщоджерелавиявлятьздатність довзаємодії іодночаснозменшатьінтенсивністьпереданоготрафіка,цедопоможезапобігтиперевантаженнюмережі. Уіншомувипадкусереднійрозмірчергидосить скородосягне максимального межовогозначення, щопризведе довідкидання всіхпакетів, котрінадходять.

>ФактичномеханізмдовільногоранньоговиявленняREDбазується наобчисленнісередньогорозміручерги , щовизначаєприпустимийрівеньсплескутрафіку вчерзі, таобчисленніімовірностівідкиданняпакетів , Якавизначає частотувідкиданняпакетів длязаданогосередньогорозміручерги.Звернітьувагу, що привизначенніімовірностівідкиданняпакетівмеханізмREDобчислює непоточний, аекспонентнозваженийсереднійрозмірчерги (1).ВикористаннямеханізмомREDсередньогорозміручерги обумовленепрагненнямреагувати лише надовготривалеперевантаженнямережі, а чи не накороткочаснісплескитрафіка.

>Під годинурозрахункудоситьважливимєправильнийвибірваговогокоефіцієнта .Збільшенняекспонентноговаговогокоефіцієнтапризведе додомінуванняпопередньогосередньогорозміручерги надїїпоточнимрозміром васпектіобчислення новогосередньогорозміручерги .Навпаки,зменшенняекспонентноговаговогокоефіцієнтаприведе дозростаннязначущості поточногорозміручерги приобчисленніїї новогосередньогорозміру.

>Нижче наведена формула длярозрахункуекспонентноговаговогокоефіцієнта:

, (3)

де У –смугапропусканнявихідного каналупередачіінформації в пакетахрозміром MTUбайтів.

Ос-кількице не так накінцевий результат,кращевикористовуватизначення MTU, якудорівнює 1500 байт, для всіхканалівпередачіінформаціїнавіть у томувипадку,якщодійснезначення MTUдорівнює 4470 байт.

>Наприклад, для каналуDS3 (45Мбіт/с) У = (45Мбіт/с / 8) / 1500 = 3750. Отже,експонентнийваговийкоефіцієнт .

>Мінімальне ймаксимальнеграничнізначення можнавстановитирівними0,03В і 0,1Ввідповідно.Знаменникграничноїімовірності при цьому вартоустановитирівним 1.

У табл. 2 наведенорекомендованізначенняпараметрівмеханізму дляліній зв'язкуDS1,DS3,ОСЗ йОС12. ПривикористаннімеханізмуWREDцізначенняєрекомендованимизначеннями длятрафікаIP-пріоритету 0.

>Таблиця 2 –РекомендованізначенняпараметрівмеханізмуRED длярізнихліній зв'язку

>Швидкістьпередачі влінії зв'язку >Експонентнийваговийкоефіцієнт >Мінімальнеграничнезначення >Максимальнеграничнезначення >Знаменникграничноїімовірності
>DS1 4 4 13 1
>DS3 9 112 375 1
>ОСЗ 10 388 1292 1
>ОС12 12 1550 5167 1

2.Зважений алгоритмдовільногоранньоговиявленняWRED

>Зважений алгоритмдовільногоранньоговиявлення (>WeightedRandomEarlyDetection,WRED)ємодифікацією алгоритмуRED йнадаєрізнірівніобслуговування напідставізначення поляIP-пріоритету. Цездійснюється шляхомнастроюванняокремо для шкірногорівняпріоритету такихпараметрівмеханізмуRED як , , та, як результат,імовірностівідкиданняпакетів .Іншими словами,механізмWREDзабезпечує болееінтенсивневідкиданнянизькопріоритетнихпакетів йменшінтенсивневідкиданнявисокопріоритетних.Стандартнемінімальнеграничнезначення длятрафікапріоритету 0складає половину максимального межовогозначення (рис. 2). Дляпорівняння на рис. 2 наведеньтакожпрофільWRED длятрафіка із IPпріоритетом 3.


Малюнок 2 –ПрофіліWRED длятрафіка ізIP-пріоритетами 0 й 3

>ЗначенняпараметрівWRED, щовикористовуються зазамовчуванням у продуктах Cisco,наведені в табл. 3, 4.Звернітьувагу, щомінімальнеграничнезначення длявисокопріоритетноготрафікамає бути більше, ніжмінімальнеграничнезначення длянизькопріоритетноготрафіка. Ценеобхідно для забезпеченнястрогоїчерговостівідкиданняпакетів,відповідно доякоїпершимивідкидаютьсянизькопріоритетніпакети.

>Таблиця 3 –Профілі Cisco дляWRED наосновіпріоритетів, котрівикористовуються зазамовчуванням

>IP-пріоритет

>Мінімальнеграничне

>значення,

>Максимальнеграничне

>значення,

>Знаменникграничноїімовірності,

>Максимальний відсотоквідкинутихпакетів,

0 20 40 10 10%
1 22 40 10 10%
2 24 40 10 10%
3 26 40 10 10%
4 28 40 10 10%
5 31 40 10 10%
6 33 40 10 10%
7 35 40 10 10%
RSVP 37 40 10 10%

>Таблиця 4 –Профілі Cisco дляWRED наосновіDSCP, котрівикористовуються зазамовчуванням

>DSCP

>Мінімальнеграничнезначення,

>Максимальнеграничнезначення,

>Знаменникграничноїімовірності,

>Максимальний відсотоквідкинутихпакетів,

>AF11,AF21,AF31,AF41 33 40 10 10%
>AF12,AF22,AF32,AF42 28 40 10 10%
>AF13,AF23,AF33,AF43 24 40 10 10%
>EF 37 40 10 10%

АлгоритмWRED можнареалізувати як на центральномупроцесорі маршрутизатора, то й врозподіленомурежимі. Колі алгоритмWREDвиконується на центральномупроцесорі маршрутизатора, товінзастосовується довихідноїчергиінтерфейса, аграничнізначеннявизначаються в так:

, ,

де –розмірвихідноїчергиутримання.

3. АлгоритмWRED наоснові потоку (>flowWRED)

АлгоритмWRED наоснові потоку (>flowWRED)ємодифікацією алгоритмуWRED, щопередбачаєштрафуванняпотоків, котрізаймаютьнадмірнучасткуресурсів. Цезв'язано із тім, що под годинуперевантаженнямережінеадаптивні потоки (>UDP-трафік)передаютьдані ізнабагатобільшоюінтенсивністю, ніж потоки, щоволодіютьздатністю доадаптації (>TCP-трафік). Зметою забезпеченнярівномірногообслуговуванняактивнихпотоківтрафікамеханізмWREDкласифікуєусіпакети вчерзі взалежності відїхньогопріоритету й потокутрафіка, доякого смердоті належати.Крім цого,WREDпідтримуєінформацію про стан всіхактивнихпотоків (>activeflows),тобтопотоків,хоча б один пакет якіпоставлений наобробку вяку-небудь ізчерг.Інформація про станактивнихпотоківвикористовується длявизначеннясправедливоїчасткивиділенихпотоковіресурсівчерги, авиявлення йштрафуванняпотоків, щовіднімаютьнадмірно великийобсягресурсів.ЩобмеханізмWREDадекватнішереагував насплескипотоківтрафіка,необхіднозбільшитисправедливучасткуресурсів для шкірного потоку шляхомзастосування так званогокоефіцієнтамасштабування.Справедливачасткаресурсівчерги, котравиділяється активному -му потоку – безурахуваннякоефіцієнтамасштабуванняобчислюється як

, (4)

ізурахуваннямкоефіцієнтамасштабування

. (5)

Тут –розмірчерги потоку ; –кількістьактивнихпотоків.

>Потік,вимогиякогоперевищуютьсправедливучасткуресурсів ізурахуваннямкоефіцієнтамасштабування,штрафується шляхом збільшенняненульовоїімовірностівідкидання для всіх новихпакетів цого потоку.

як прикладрозглянемо дії, щозастосовуютьсямеханізмомWRED наоснові потоку повідношенню дотільки-нопоставленого вчергу пакета. Привизначенніімовірностівідкидання пакетамеханізмWRED наоснові потокувраховує якзначення поляIP-пріоритету пакета, то йінформацію про станактивнихпотоків.ВідIP-пріоритету пакетазалежатьсконфігуровані (чистандартні)мінімальне ймаксимальнеграничнізначення.Якщосереднійрозмірчергинижчемінімального межовогозначення , тоімовірністьвідкидання пакетавстановлюєтьсярівною нулю (>цей пакет не якщовідкинутий).Якщо ж < <, товраховуєтьсяінформація про станактивнихпотоківтрафіка. Так,якщо пакетналежитьпотокові, щоперевищивсправедливучасткуресурсів ізурахуваннямкоефіцієнтамасштабування,механізмWREDзбільшуєімовірністьвідкидання цого пакета шляхомзменшеннявідповідного максимального межовогозначення:

. (6)

>Ненульоваімовірністьвідкидання пакетарозраховується напідставімінімального й нового максимального межовогозначення. Ос-кільки результатомзниження максимального межовогозначенняєістотне збільшеннякутанахилукривоїімовірностівідкидання (рис. 3),шанси пакета бутивідкинутимрізкозростають.


Малюнок 3 –Графікімовірностівідкидання пакета привикористаннімеханізмуWRED

>Якщо жпотіктрафіка неперевищуєсправедливоїчасткиресурсів ізурахуваннямкоефіцієнтамасштабування, тоненульоваімовірністьвідкидання пакетарозраховується застандартним методом (2).

Колісереднійрозмірчергиперевищуємаксимальнеграничнезначення >,механізмWRED наоснові потокувідкидає усіпакети,призначені щоб поставити вчергу.

4.Механізм явногоповідомлення проперевантаженняECN

>Механізм явногоповідомлення проперевантаження (>ExplicitCongestionNotification,ECN)замістьвідкидання пакетавикористовуєвідповіднемаркування заголовка пакета. Дляреалізаціїмеханізму явногоповідомлення проперевантаження в заголовкуIP-пакетавиділяєтьсяспеціальнеECN-поледовжиною двабіта (рис. 4).


Малюнок 4 – ЗаголовокIP-пакета (>RFC 3168)

УстановкаджереломТСР-з'єднаннябіта ЇСТЬ (>ECN-CapableTransport,транспортуванняданих ізпідтримкою поляECN)вказує наздатністькінцевихпристроїв транспортного протоколу доінтерпретації поляECN.Біт РЄ (>CongestionExperienced –виявленапомилка)установлюється маршрутизатором ізметоюповідомленнякінцевихвузлівз'єднання проперевантаженнямережі.

>ПрикладвикористаннямеханізмуECN наведень на рис. 5. Дляуспішної роботимеханізмуECNTCP-джерело йTCP-одержувачмаютьповідомити один одного пропідтримку поляECN. ЗцієюметоюTCP-джереловстановлює в заголовку пакетабітиECN у 01 (чи 10) йпередає пакет (>крок 1 на рис. 5).ЯкщоTCP-джерело непідтримуємеханізмECN, товідповіднібіти будутьвстановлені внулі (>ECN=00).Припустимо, намаршрутизаторіR1 ізметоюзапобіганняперевантаженьвикористовуєтьсямеханізмWRED, йвінвипадковообравсамецейпереданий пакет длявідкидання. Однак,знайшовшизначенняECN=01, маршрутизатор невідкине пакет, азамінитьзначення поляECN на 11 – сигнал проперевантаження – йпередасть пакет далі (>крок 2).

ПакетдосягаєTCP-одержувача (>крок 3), деаналізуєтьсязначення поляECN.ЗначенняECN=11сигналізує пронаявність умережіперевантаження в напрямі відTCP-джерела доTCP-одержувача, а означати пронеобхідністьзвуженняTCP-джереломрозмірувікнаперевантаження.TCP-одержувачповідомляєотримануінформацію про станмережі шляхом установки вTCP-заголовку нового пакетаспеціальногопрапорця явноговиявленняперевантаження (>ExplicitCongestionExperienced,ECE) (>крок 4).Відзначимо, щозмістбітівECN накроці 4неважливий, боцей пакетвикористовується дляповідомленняTCP-джерела проперевантаження йнеобхідністьзвуженнярозміруTCP-вікна.Даний пакет проходити через маршрутизатор (>крок 5) йдосягаєTCP-джерела (>крок 6),який увідповідь напрапорецьECEзменшуєрозмірвікнаперевантаження (>congestionwindow,CWND) у два рази. ДляповідомленняTCP-одержувача прозмінирозмірувікна в новомупакеті, щонаправляється доTCP-одержувача,встановлюєтьсяпрапорецьCWR (>CongestionWindowReduced –розмірвікназменшений) (>крок 7).

Малюнок 5 –ПрикладвикористаннямеханізмуECN длязменшеннявікнаперевантаженняCWND


5.МеханізмвибірковоговідкиданняпакетівSPD

>трафікперевантаженнясинхронізаціямережа

>Механізмвибірковоговідкиданняпакетів (>SelectivePacketDiscard,SPD) потрібен длявідділенняважливогоуправляючоготрафікамережі (>наприклад,пакетів ізвідновленнямінформації промаршрути) відіншоготрафіка нарівні маршрутизатора.МеханізмSPDдопомагаємаршрутизаторові підгримуватицілісністьінформації промаршрутипротоколівIGP йBGP под годинуперевантаженнямережі шляхомпріоритетноїобробкипакетівпротоколівмаршрутизаціївідноснопакетівіншогомережноготрафіка.

>Відповідно домеханізмуSPD дочергиIP-процесу маршрутизаторазастосовуєтьсявибіркова політикавідкиданняпакетів.Пакетитрафіка, котріпотребуютьобробки увхіднійчерзіIP-процесу,розділені втричігрупи:

•важливийуправляючийтрафік IP (>пакети протоколумаршрутизації),який частоназиваєтьсяпріоритетнимтрафіком (>prioritytraffic;

•звичайнийIP-трафік (>наприклад,пакетиаплікаційtelnet чиping),IP-пакети із альтернативами, атакожбудь-якерозширення чиінкапсуляція IP, котрі непідтримуютьсямеханізмомприскореноїкомутаціїCEF;

•пакети, щонеобхідновідкинути.

Доостанньоїгрупи належатиIP-пакети, котрі за тихий чиіншихобставин непройшли тест накоректність, –пакети ізневірноюконтрольноюсумою,неправильноюверсією, із "годиною життя" (>Time-to-Live,TTL), що проминувши,невірним номером портуUDP/TCP,невірнимзначенням поля протоколу IP й т.д. Приодержаннібільшості ізцихпакетівавтоматичногенеруєтьсяICMP-пакет (InternetControlMessageProtocol – протоколуправляючихповідомлень Internet) ізметоюповідомленняджерела пропомилку.НевеликакількістьICMP-пакетівгенеруєтьсядеякимислужбовимипрограмами, такими, якtraceroute.Слідзазначити, що великийобсягICMP-трафікуможе бутичастиною атакизловмисників, щонамагаютьсявивести із ладу маршрутизатор шляхомпереповненнячергиIP-процесу. Отже,стаєочевидноюнеобхідністьвибірковоговідкиданняцихпакетів безутративажливоїуправляючоїінформації.

У рамкахмеханізмуSPD,аналогічноRED,уводятьсяпараметри й –мінімальне ймаксимальнеграничнізначеннязавантаженнячергвідповідно.Відспіввідношеннявеличинипоточноїдовжинивхідноїчерги йвведенихграничнихзначеньзалежить режимфункціонуваннямеханізмуSPD. УціломумеханізмSPDможефункціонувати в режимах:

•відключений (>Disabled);

•нормальний режимфункціонування (>Normal): <, вякомупакети невідкидаються;

• режимвипадковоговідкиданняпакетів (>Randomdrop): < <,відкидаються усіIP-пакети, що належатизвичайним потокамтрафіку.Імовірністьвідкиданняпакетіврозраховується заформулою .Випадковівідкиданняпакетів здобулиназвуSPD-скидань (>SPDflush).Слідзазначити, щоважливийуправляючийтрафікмережі як йраніше переносити вчергу дляобробки;

• режим тотальноговідкиданняпакетів (>Fulldrop): >, вякомумеханізмSPDвідкидає усіпакети, що належатизвичайним потокамтрафіка.Важливийуправляючийтрафік усєще переносити наобробку в спе-ціальнупріоритетнучергу (>priorityqueue), щообробляється передусімазвичайнимичергамиIP-процесу;

• режим активноговідкиданняпакетів (>Aggressivedrop).Спеціальний режим, заякоговідкидаються усіIP-пакети, що непройшлиперевірку накоректність.Відкиданнянекоректнихпакетіввідбувається, колирозмірвхідноїчергиперевищуємінімальнеграничнезначення ( >).

>УсірежимифункціонуваннямеханізмувиборчоговідкиданняпакетівSPD схематичноподані на рис. 6.


Малюнок 6 –РежимифункціонуваннямеханізмуSPD


Схожі реферати:

Навігація