Контроль полосы пропускания

Современные коммутаторы позволяют регулировать интенсивность трафика на своих портах с целью обеспечения функций качества обслуживания. Для этого они используют механизмы, называемые Traffic Policing (ограничение трафика) и Traffic Shaping (выравнивание трафика).

Рис. 6.8. Механизмы Traffic Policing и Traffic Shaping

Механизм Traffic Policing служит для ограничения скорости трафика, получаемого или отправляемого с интерфейса коммутатора. Когда эта функция активна, администратор может устанавливать различные пороговые значения скорости передачи на каждом из выходных портов коммутатора. Трафик, скорость которого меньше или равна пороговому значению, будет передаваться; трафик, скорость которого превышает пороговое значение, будет обрабатываться в соответствии с настроенной политикой, например, отбрасываться или маркироваться новым значением приоритета.

Основным средством, используемым для ограничения трафика, является хорошо известный алгоритм «корзина маркеров» (token bucket). Этот алгоритм предполагает наличие следующих параметров:

· Согласованная скорость передачи (Committed Information Rate, CIR) – средняя скорость передачи трафика через интерфейс коммутатора/маршрутизатора. Этот параметр также определяет скорость помещения маркеров в корзину.

· Согласованный размер всплеска (Committed Burst Size, CBS) – это объем трафика (в битах), на который может быть превышен размер корзины маркеров в отдельно взятый момент всплеска.

· Расширенный размер всплеска (Extended Burst Size, EBS) – это объем трафика (в битах), на который может быть превышен размер корзины маркеров в экстренном случае.

На рис. 6.9 показана схема реализации алгоритма «корзина маркеров» в рамках механизма Traffic Policing.

Размер стандартной корзины маркеров (максимальное число маркеров, которое она может вместить) равен согласованному размеру всплеска (CBS). Маркеры генерируются и помещаются в корзину с определенной скоростью (CIR). Если корзина полна, то поступающие избыточные маркеры отбрасываются. Для того чтобы передать пакет из корзины вынимается число маркеров, равное размеру пакета в битах. Если маркеров в корзине достаточно, то пакет передается. Если размер пакета оказался больше, чем маркеров в корзине, то маркеры из корзины не извлекаются, а пакет рассматривается как «неудовлетворяющий» (non-conform) заданному профилю или избыточный. Для избыточных пакетов могут применяться различные способы обработки: они могут отбрасываться или перемаркировываться.

Рис. 6.9. Алгоритм «корзина маркеров» в рамках механизма Traffic Policing

Стандартная корзина маркеров не поддерживает экстренное увеличение размера всплеска, поэтому в такой реализации расширенный размер всплеска (ЕBS) равен согласованному размеру всплеска (CBS).

В корзине маркеров с возможностью экстренного увеличения размера всплеска расширенный размер всплеска (ЕBS) больше согласованного размера всплеска (CBS). Объем трафика (в битах), на который может быть превышен размер корзины, рассчитывается по формуле:

CBS = 1, 5 х CIR/8

ЕBS = 2 х CBS

При такой реализации корзины маркеров, в случае нехватки маркеров, необходимых для передачи пакета, учитывается расширенный размер всплеска.

Механизм Traffic Shaping служит для сглаживания исходящего с интерфейсов коммутатора трафика. В отличие от механизма Traffic Policing, который в случае превышения скорости трафика заданного порогового значения может отбрасывать пакеты, механизм Traffic Shaping помещает избыточные пакеты в буфер.

В качестве средства выравнивания трафика, механизм Traffic Shaping также использует алгоритм «корзина маркеров». В соответствии с механизмом Traffic Shaping, из корзины вынимается число маркеров, равное размеру пакета в битах. Если в корзине имелось достаточное количество маркеров, то пакет передается. В противном случае пакет маркируется как неудовлетворяющий заданному профилю и ставится в очередь (буферизируется) для последующей передачи. Как только в корзине накопится количество маркеров, достаточное для передачи пакета, он будет передан.

Рис. 6.10. Алгоритм «корзина маркеров» в рамках механизма Traffic Shaping

Следует отметить, что механизм Traffic Shaping вносит задержку в передачу трафика, что критично для приложений чувствительных к задержкам, таким как IP-телефония, потоковое видео и т.д. Однако этот механизм более дружествен к ТСР-потокам, т.к. благодаря буферизации уменьшается количество отбрасываемых пакетов и число их повторных передач.

Для управления полосой пропускания входящего и исходящего трафика на портах Ethernet коммутаторы D-Link поддерживают функцию Bandwidth control, которая использует для ограничения скорости механизм Traffic Policing. Администратор может вручную устанавливать требуемую скорость соединения на порте в диапазоне от 64 Кбит/с до максимально поддерживаемой скорости интерфейса с шагом 64 Кбит/с.

В качестве примера приведем настройку ограничения скорости до 128 Кбит/с для трафика, передаваемого с интерфейса 5 коммутатора.

config bandwidth_control 5 tx_rate 128

Более гибким решением ограничения полосы пропускания является функция per-flow Bandwidth control, реализованная на старших моделях управляемых коммутаторов D-Link. Эта функция позволяет ограничивать полосу пропускания не всему трафику, получаемому или передаваемому с интерфейса коммутатора, а конкретным потокам данных, определенным администратором сети.

Функция per-flow Bandwidth control использует механизм списков управления доступом для просмотра определенного типа трафика и ограничения для него полосы пропускания. Весь этот процесс происходит на микросхемах портов ASIC. Таким образом, это не влияет на загрузку ЦПУ соответственно не снижает производительность коммутатора.