Исследование методов управления трафиком на канальном уровне: алгоритм «дырявого ведра»

 

Цель работы. Исследование работы механизмов профилирования трафика на канальном уровне на примере алгоритма «дырявого ведра».

Краткая теоретическая справка. Семейство алгоритмов класса «дырявое ведро» используется практически во всех современных коммутаторах Frame Relay. Одна из модификаций алгоритма «дырявого ведра» под названием Generic Cell Rare Algorithm (GCRA) применяется в коммутаторах ATM для контроля нескольких параметров: пиковой скорости, средней скорости, вариации интервала прибытия ячеек и объема пульсации. Рассмотренный в данной лабораторной работе вариант алгоритма «дырявого ведра» довольно прост и применяется для контроля трафика в сетях Frame Relay (рис. 6.1).

Алгоритм «дырявого ведра» разработан для профилирования пульсирующего трафика, т. е. для проверки соответствия параметров поступающего потока пакетов принятому соглашению по трафику. Алгоритм позволяет проверить соблюдение трафиком оговоренных значений средней скорости и пульсации трафика. Алгоритм имеет несколько настраиваемых значений: Т – период усреднения скорости, CIR (Committed Information Rate) – средняя скорость, которую трафик не должен превышать (скорость, согласованная с сетью), тогда В_с = CIR ´ Т – объем пульсации, соответствующий средней скорости CIR и периоду Т; В_е — допустимое превышение объема пульсации.

 

 

Рис. 6.1. Схема работы алгоритма «дырявого ведра»

 

В алгоритме предполагается, что трафик контролируется каждые Т секунд. На каждом из этих интервалов времени (периодов) трафик должен иметь среднюю скорость не более CIR. Скорость контролируется на основе подсчета объема данных, поступивших за период Т. Если этот объем меньше или равен В_с, то фактическая скорость трафика была меньше В_с/Т, т. е. меньше CIR. Превышение объемом пульсации оговоренного значения В_с на величину В_е считается мягким нарушением – пакеты-нарушители должны быть помечены (окрашены) признаком DE = 1 (Discard Eligibility), но не отброшены. При превышении объема пульсации величины В_с + B_е пакеты отбрасываются (рис. 6.2).

 

 EMBED Visio 2000 Drawing

 

Рис. 6.2. Зависимость количества обслуженных, окрашенных

и отброшенных пакетов всех, поступивших на вход коммутатора

 

Алгоритм использует счетчик С поступивших от пользователя байт. Каждые Т секунд этот счетчик уменьшается на величину В_с (или же сбрасывается в 0, если значение счетчика меньше В_с). Это часто иллюстрируется ведром, из которого дискретно, каждые Т секунд, вытекает объем, равный С. Все пакеты, не увеличившие значение счетчика свыше порога В_с, пропускаются в сеть со значением признака DE=0. Пакеты, которые привели к значению счетчика, большему В_с, но меньшему В_с + В_е, также передаются в сеть, но с признаком DE = 1 (окрашиваются). Эти пакеты будут обслуживаться в случае наличия «окна». И, наконец, пакеты, которые привели к значению счетчика большему В_с + В_е, отбрасываются коммутатором.

 

 EMBED Visio 2000 Drawing

 

Рис. 6.3. Временные диаграммы работы алгоритма «дырявого ведра»

 

Временные диаграммы, отражающие работу алгоритма «дырявого ведра», приведены на рис. 6.3. Значения В_с = 5 м.е. (модельных единиц), В_е = 3 м.е., один пакет наполняет «ведро» на 3 м.е., скорость вытекания принята 1 м.е., окрашенные пакеты отбрасываются, если не обслужились на протяжении следующего периода.

Задание

Для выполнения работы запустить файл Лабораторная_работа.exe. Исследовать зависимость числа переданных в сеть неокрашенных и окрашенных (с признаком DE=1), а также отброшенных алгоритмом «Дырявого ведра» пакетов от количества пакетов, поступивших на коммутатор за период Т. Выводы делаются на основе исследования работы алгоритма за 100 периодов.

Таблица 6.1

Варианты заданий к лабораторной работе

Вариант	Т, с	CIR, бит/с	Ве, пак.	Bmin, пак.	Bmax, пак.
	4	56к	45826	1	12´10^5
	5	56к	59462	1	18´10^5
	7	56к	65535	1	20´10^5
	10	56к	56489	1	15´10^5
	12	56к	25613	1	17´10^5
	9	56к	12458	1	15´10^5
	8	56к	38569	1	16´10^5
	11	56к	42487	1	19´10^5
	13	56к	60258	1	15´10^5
	14	56к	29431	1	13´10^5
	15	56к	48692	1	14´10^5

К защите

Знать принцип работы алгоритма «дырявого ведра», цели и области его применения.

Представить отчет, содержащий таблицу измерений (не менее 20 значений по каждому столбцу) и графики функций B_пер(B), B_окр(B),   B_отбр(B).

Представить временные диаграммы работы алгоритма «Дырявого ведра» (параметры задаются преподавателем), рассчитать процентное соотношение пакетов каждого типа.

Объяснить полученные результаты.

 

7. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРАФИКА                                               НА ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ СЕТИ АТМ

Цель работы. Исследовать характеристики типов трафика в сети АТМ, принципы формирования ячеек, исследовать влияние параметров трафика на показатели качества обслуживания сети АТМ.

Краткая теоретическая справка. Режим асинхронной передачи информации (АТМ) был разработан в лаборатории AT&T (1980) как технология коммутации, позволяющая передавать трафик данных и телефонии в пакетной форме. АТМ работает с короткими пакетами фиксированной длины, называемыми ячейками (cell). Так как ячейки имеют фиксированную длину, устройство АТМ-коммутатоpа упрощается, а задержки при обработке данных и джиттер уменьшаются, что существенно для таких чувствительных к задержкам типов трафика, как речь и видео.

Длина ячейки АТМ составляет 53 байта, в том числе 5 байт заголовка и 48 байт данных (см. меню программы, п.1). Фиксированная длина ячейки подразумевает наличие буферов фиксированного объема и приводит к предсказуемости задержек в сети.

АТМ предусматривает интегрированную передачу речи, данных, видео методом статистического мультиплексирования в едином цифровом тракте. Передача всех видов трафика в пакетной форме (в виде ячеек) позволяет распределять пропускную способность канала по потребности, то есть каждое приложение обеспечивается необходимым сетевым ресурсом в виде виртуального канала с изменяющейся скоростью передачи. Таким образом, в АТМ одновременно реализованы два принципа: коммутации пакетов и установления виртуальных соединений.

 

 EMBED Visio 2000 Drawing

 

Рис.7.1. Окно ввода параметров симулятора АТМ

 

В работе (файл atm-demo.exe) исследуется сеть АТМ с 4 виртуальными каналами, по каждому из которых передается определенный тип трафика. VBR – тип трафика с переменной битовой скоростью, используется для таких приложений как видео и компрессированная речь. CBR – трафик с постоянной битовой скоростью, например, ИКМ-речь. CBO – трафик передачи данных (или пакетный трафик), генерируемый приложениями электронной почты, передачи файлов, веб-приложениями.

В числе задаваемых параметров указываются параметры среды передачи – Е1 (2048 кбит/с), Е2 (8448 кбит/с), Е3 (34368 кбит/с) или Е4 (139 264 кбит/с).

Также предусмотрена возможность изменения скорости транспортной сети АТМ, размеров буферов на приеме и передаче, параметров трафика передачи данных (размер пакета и интервал между пакетами).

Окно программы для ввода параметров сети АТМ представлено на рис. 7.1. Кнопка F7 позволяет загрузить файл с параметрами сети согласно варианту. После каждого введения значения исследуемого параметра нажмите enter для внесения изменений в файл. Нажатие F1 запускает работу симулятора.

Во время работы симулятора для просмотра статистики (рис. 7.2) используется F2, для редактирования параметров - F1.

Задание

Изучить теоретическую часть лабораторной работы (см. меню программы, файл atm-demo.exe, п. 1). В отчете отразить структуру ячейки АТМ, дать характеристику каждого типа трафика.

Согласно варианту (табл. 7.1) загрузить файл с параметрами (см. меню программы, п. 4). Изменяя скорость потока, исследовать влияние интенсивности трафика конкретного типа на характеристики трафика других типов в сети АТМ (провести не менее 5 экспериментов).

Собрать статистику согласно табл. 7.1, построить графики зависимости показателей качества обслуживания (потерь, средней задержки и джиттера задержки) для каждого канала от интенсивности исследуемого трафика. Для сохранения файла с данными статистики используйте F9. В программе приняты обозначения: потери – data losses total, средняя задержка – delay time total/average, квадрат джиттера задержки – delay time total/s². На рис. 7.2. необходимые параметры помечены.

Представить алгоритмы процесса обработки, передачи и приема информации в сети АТМ на основе работы симулятора.

Таблица 7.1

Варианты заданий к лабораторной работе

Вариант12345678910Номер файла0123456789Исследуемый тип трафикаСВОСВОCBRСВО (Е2)СBRСBR (E1)СBRСВRCBO (E2)CBR (E1)Пределы

изменения параметра

Заданы в программе. Конкретные значения (не менее 5) выбираются самостоятельно

 

 

Рис.7.2. Окно программы, содержащее статистику работы сети

 

К защите

Иметь представление о виртуальных каналах и виртуальных путях в сети АТМ, типах трафика, знать причины возникновения потерь и механизмы формирования задержек трафика.

Представить отчет, содержащий описание структуры ячейки АТМ, характеристики каждого типа трафика, таблицы исследований, графики согласно заданию.

Объяснить полученные результаты.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

Кох Р., Яновский Г. Эволюция и конвергенция в электросвязи. – М.: Радио и связь, 2001.

Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979.

Кучерявый А.Е. и др. Сети связи общего пользования. Тенденции и методы расчета – ФГУП ЦНИИС «Москва», 2008.

Кучерявый А.Е., Цуприков А.Л. Сети связи следующего поколения. М.:ФГУП ЦНИИС, 2006 г.

Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. - СПб.: Питер, 2007.

Таненбаум Э., Компьютерные сети. 4-е издание. СПб, Питер, 2008.

Фейт С. TCP/IP. Архитектура, протоколы, реализация (включая IPv6 и IP Security). 2-е издание. Издательство: Лори, 2009 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 TOC \o "1-3" \h \z \u   HYPERLINK \l "_Toc243815997" 1. IP-АДРЕСАЦИЯ В ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЯХ PAGEREF _Toc243815997 \h 3

  HYPERLINK \l "_Toc243815998" 2. МАРШРУТИЗАЦИЯ В СЕТЯХ С КОММУТАЦИЕЙ ПАКЕТОВ. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАДЕРЖЕК ПРИ ПЕРЕСЫЛКЕ ПО СЕТИ PAGEREF _Toc243815998 \h 6

  HYPERLINK \l "_Toc243815999" 3. МАРШРУТИЗАЦИЯ В СЕТЯХ С КОММУТАЦИЕЙ ПАКЕТОВ. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ ПРОТОКОЛА OSPF PAGEREF _Toc243815999 \h 9

  HYPERLINK \l "_Toc243816000" 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ТРАФИКОМ В IP-СЕТЯХ. АЛГОРИТМ RED PAGEREF _Toc243816000 \h 14

  HYPERLINK \l "_Toc243816001" 5. АНАЛИЗ ТРАФИКА ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ HYPERLINK \l "_Toc243816002" НА ПРИМЕРЕ ПРОТОКОЛОВ ARP, DNS И HTTP       PAGEREF _Toc243816002 \h 18

  HYPERLINK \l "_Toc243816003" 6. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ТРАФИКОМ НА КАНАЛЬНОМ УРОВНЕ: АЛГОРИТМ «ДЫРЯВОГО ВЕДРА»    PAGEREF _Toc243816003 \h 22

  HYPERLINK \l "_Toc243816004" 7. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРАФИКА НА ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ СЕТИ АТМ       PAGEREF _Toc243816004 \h 25

  HYPERLINK \l "_Toc243816005" ЛИТЕРАТУРА      PAGEREF _Toc243816005 \h 29

  HYPERLINK \l "_Toc243816006"

 

PAGE 

 

 

PAGE 8

 

 

PAGE 

 

 

PAGE 19

 

 

PAGE 29

 

 EMBED Visio 2000 Drawing