Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы обеспечения качества обслуживания в Интернет 6
1.1 QoS в локальных сетях ШЕЕ 802.3 9
1.2 QoS в ATM 10
1.3 Технологии QoS в промежуточных сетевых устройствах 11
1.4 Описание модели DiffServ 12
1.5 Модель гарантированного обслуживания IntServ 15
1.6 Совместное использование механизмов IntServ поверх DiffServ 18
1.7 Алгоритмы активного управления очередями 19
1.8 Работа алгоритма WRED и его параметры 22
1.9 Цель работы и задачи диссертационной работы 27
1.10 Практическое значение работы 29
1.11 Положения, выносимые на защиту 29
Глава 2. Выявление проблемных участков сети анализа потерь пакетов 30
2.2 Исследование зависимости вероятности потери пакета от его длины, как средство диагностики транспортного канала 33
Глава 3. Обеспечение QoS с помощью алгоритмов активного управления очередями в среде NS-2 35
3.1. Моделирование сетевого канала в среде NS-2 35
3.2. Анализ осцилляции длин очередей 49
Глава 4. Эксперименты в тестовом канале по поиску оптимальных параметров WRED для обеспечения QoS 62
4.1. Результаты измерения параметров QoS для тестового канала 65
4.2. Исследование влияния параметров алгоритма WRED на качество обслуживания при передаче данных по перегруженным каналам 82
4.3. Исследование влияния параметра рс на поведение алгоритма WRED. 83
4.4. Исследование влияния коэффициента перегрузки ЛУц. на поведение алгоритма WRED. 85
4.5. Исследование влияния порогов Tj и Тг на параметры качества обслуживания 87
4.6. Исследование влияния параметра усреднения wq на поведение алгоритма WRED 89
4.7. Метод оптимизации конфигурационных параметров WRED, основанный на однократной калибровке тестового канала 91
4.8. Рекомендации по использованию WRED 91
4.9. Прикладные программные средства 92
4.10. Исследование возможностей получения гарантированного качества обслуживания при передаче мультимедиа через перегруженные каналы 92
4.11. Исследование влияния коэффициента перегрузки канала на качество передаваемого видео потока. 103 Основные выводы и результаты работы 107
Список литературы
- Технологии QoS в промежуточных сетевых устройствах
- Исследование зависимости вероятности потери пакета от его длины, как средство диагностики транспортного канала
- Анализ осцилляции длин очередей
- Исследование влияния параметров алгоритма WRED на качество обслуживания при передаче данных по перегруженным каналам
Введение к работе
Диссертация посвящена исследованию методов обеспечения качества обслуживания сетевых приложений в общедоступных сетях Интернет. Эффективность использования полосы пропускания канала всегда была актуальной задачей, но её важность возросла в последние годы в связи с появлением всё более жестких требований к качеству обслуживания (QoS).
Для обеспечения необходимых требований к различным потокам данных используются два метода QoS: управление перегрузкой (congestion management) и предотвращение перегрузок (congestion avoidance). Первый метод основан на присвоении квот и приоритетов потокам. В случае перегрузки, потоки получают качество, ограниченное их квотой и приоритетом (например, WFQ). Второй метод ограничивает размер очереди, сигнализируя источникам данных о необходимости уменьшить скорость передачи информации (например, RED). Наиболее известные модификации алгоритма RED: WRED, GRED (Gentle RED), DRED (Dynamic RED), SRED (Stabilized RED), ARED (Adaptive RED), RED-PD.
Отдельно следует упомянуть учёных, которые первыми начали решать проблемы качества обслуживания и предотвращения и борьбы с перегрузками: Салли Флойд (Sally Floyd), Ван Якобсон (V. Jacobson), Кевин Фолл (Kevin Fall), Ратул Махаджан (Ratal Mahajan), Мартин Мэй (Martin May), Жан Болот (Jean Bolot), Вишал Мисра (Vishal Misra), Вейбо Гонг (WeiBo Gong), Дон Тоуслей (Don Towsley), Томас Зейглер (Thomas Ziegler), Давид Везерол (David Wetherall), Добрушин Р.Л., Кузнецов Н.А.,Вишневский В.М., Ляхов А.И., Богуславский Л.Б., Дрожжинов В.И., Башарин ГЛ., Бочаров П.П..
В работе изучается процесс использования алгоритма WRED, так как этот механизм реализован практически во всех современных маршрутизаторах, а остальные его модификации лишь бурно обсуждаются и не имеют практической реализации в сетевых устройствах. Несмотря на внушительный объём публикаций по теме предотвращения перегрузок, остается проблема выбора настроек параметров для алгоритма WRED. Многие исследователи WRED согласны с тем, что влияние алгоритма на качество передачи потоков сильно зависит от правильного задания его параметров, но до сих пор нет вразумительной инструкции, как на практике выбирать
значения этих параметров. В данной работе не выдвигается никаких предположений относительно типа распределения входного трафика, с помощью моделирования в NS-2 и эксперимента выводятся оптимальные параметры работы WRED. К числу параметров качества обслуживания следует отнести доступную полосу пропускания, вероятность потери пакета, разброс времени доставки и само время доставки пакета от отправителя до получателя. Все эти параметры зависят от алгоритмов формирования и обслуживания очередей пакетов в сетевых устройствах (переключателях и маршрутизаторах). В современных сетевых устройствах применяются алгоритмы RED/WRED, PQ (priority queueing), WFQ (weighted fair queueing), LLQ (low latency queueing), CBWFQ (class based weighted fair queueing) и т.д. В данной работе выполнено практическое исследование модели DiffServ [55] (Differentiated Services - механизм, который в зависимости от требований к качеству обслуживания записывает в IP заголовки пакетов специальные метки DSCP - DiffServ Code Point, значения которых учитываются сетевым оборудованием при передаче пакетов через сеть) в том виде, как она реализована в сетевом оборудовании на сегодняшний день. В результате исследований современных средств обеспечения качества обслуживания (QoS, DiffServ, MPLS-TE - Multiprotocol Label Switching Traffic Engineering, RSVP-TE) были сформулированы практические рекомендации для сервис-провайдеров, желающих предоставить определенные параметры качества обслуживания своим клиентам (полосу пропускания, гарантированную задержку и ее дисперсию, минимальную вероятность потери пакетов). В рамках измерений и моделирования виртуального канала (с привлечением программного пакета NS-2) показано, что при некоторых конфигурационных параметрах возможны осцилляции длины очереди (особенно для потоков среднего и низкого приоритета). Этот эффект связан с механизмом вычисления усредненного значения длины очереди в алгоритмах WRED и RIO (RED with Input Output). Такие осцилляции могут привести к росту дисперсии RTT (Round Trip Time -сумма времен доставки сегмента от отправителя до получателя и отклика от получателя до отправителя), что крайне нежелательно для работы с мультимедийными данными и при решении задач управления в реальном масштабе времени. Осцилляции усредненной длины очереди понижают также эффективность использования канала. Выработаны рекомендации и получены аналитические оценки значений конфигурационных параметров, минимизирующих влияние этого явления. Определена зависимость амплитуды этих осцилляции и постоянной затухания от Ті, Т2, рс, wq и отношения h\i (квота полосы), где Ті и Тг - нижний и верхний порог отбрасывания WRED, рс -максимальная вероятность отбрасывания, wq - коэффициент усреднения, Х/ц. - коэффициент перегрузки канала, где А, - интенсивность входящего потока, а р, -полоса пропускания потока в выходном канале. Коэффициент перегрузки канала задаётся с помощью механизма WFQ. В рамках данного исследования механизм WFQ позволяет задавать квоту полосы канала, доступную для приоритетного потока. Для очередей с высоким приоритетом усредненная длина очереди не должна превышать уровня Тг, иначе возникают осцилляции длины очереди и, как следствие, принудительное отбрасывание пакетов. Анализ осцилляции очередей показал, что следует внимательно относиться к выбору параметров протокола WRED и WFQ (квоты полосы канала). В противном случае ресурсы канала будут использоваться неэффективно. Неоптимальный выбор Ті, Т2, wq и рс может существенно увеличить дисперсию RTT и вероятность потери пакетов. Разработан комплекс программ для измерения параметров качества обслуживания (полосы пропускания, RTT, дисперсии RTT и вероятности потери пакетов, а также корреляций этих характеристик), расчета характеристик осцилляции усредненной длины очереди и графического отображения эволюции параметров QoS.
Технологии QoS в промежуточных сетевых устройствах
UBR является ATM-эквивалентом услуги передачи данных с негарантированной доставкой в протоколе IP. В соответствии с этой услугой резервирование полосы пропускания не производится, а также не вводится никаких ограничений, касающихся задержки и дисперсии RTT. На уровне ATM также не осуществляется контроль за перегрузкой сети. Примером трафика такого типа может служить передача файлов, в частности резервное копирование системы. Протокол TCP не очень хорошо работает в связке с услугой UBR, так как передача данных по UBR-каналу может характеризоваться потерей ячеек. В UBR не происходит четкого выделения полосы под поток данных, однако эта услуга также достойна изучения. Возможна ситуация, когда для нескольких потоков выполнено резервирование UBR. Между собой потоки должны как-то поделить доступную в рамках общего резервирования полосу. В диссертации показано, что и в случае UBR можно обеспечить приоритетному потоку процент потерь пакетов, но нельзя гарантировать уровень задержки пакетов. Ни АТМ-интерфейсы маршрутизаторов, ни ATM-коммутаторы не предоставляют гарантий QoS для UBR виртуальных каналов. Маршрутизатор CISCO может специфицировать только пиковую скорость передачи (PCR) для UBR-канала.
Рассмотрим механизмы QoS, которые применяются в сетях сервис-провайдеров и укажем место, которое занимает предмет нашего исследования среди имеющихся на сегодняшний день технологий.
Технологии QoS в промежуточных сетевых устройствах
Реализация механизмов QoS в конечных системах является необходимым условием для обеспечения качества обслуживания в приложениях, но это не гарантирует сквозного качества обслуживания. В промежуточных сетевых устройствах, ответственных за передачу трафика между конечными системами, должны быть так же реализованы механизмы QoS. С 1990-х годов акцент в разработке механизмов QoS переместился на исследование возможностей реализации функций QoS в маршрутизаторах. Маршрутизаторы, в которых нет механизма настраиваемой обработки очередей, и в которых все пакеты попадают в одну общую очередь FIFO ("первым пришел, первым обслужен"), не способны обеспечить различение потоков трафика. Для решения этой проблемы на уровне сети Интернет в рамках модели DiffServ были разработаны алгоритмы обслуживания очередей: WFQ-взвешенный алгоритм справедливого обслуживания очередей [18] и алгоритм управления очередями WRED [2].
Разработка механизмов QoS продолжилась попытками стандартизации функций сквозного качества обслуживания в масштабах Интернет, в результате была разработана концепция интегрированных услуг IntServ. В рамках IntServ были разработаны средства для приложений для формирования требований к ресурсам при сквозном обслуживании, также были разработаны соответствующие механизмы (сигнальный протокол RSVP) на уровне маршрутизаторов. В соответствии с моделью IntServ обслуживание каждого потока данных производится на всей траектории соединения.
Несмотря на то, что до недавнего времени ToS байт в заголовке IP пакета практически не использовался, сейчас это один из самых распространенных методов задания требований к качеству обслуживания. Байт ToS представляет собой главный механизм обеспечения услуг DiffServ в масштабах Интернет. Способность сети обеспечивать различные уровни обслуживания может быть разбита на три категории:
1) Негарантированная доставка данных (best-effort service)
Обеспечивает связанность сети без гарантий времени и самого факта доставки пакета. Отбрасывание пакета может произойти только в случае переполнения буфера промежуточного сетевого устройства, т.е. входного или выходного буфера маршрутизатора. На сегодня это наиболее распространённый вид услуги в Интернет.
2) Дифференцированное обслуживание (Differentiated service)
Дифференциальное обслуживание предполагает разделение трафика на классы. Классы различаются требованиями к качеству обслуживания. Каждый класс трафика обрабатывается сетью в соответствии с заданными для этого класса механизмами QoS. Дифференциальное обслуживание само по себе не предполагает обеспечения гарантий предоставляемых услуг.
3) Гарантированное обслуживание (guaranteed service, IntServ)
Гарантированное обслуживание предполагает резервирование сетевых ресурсов для удовлетворения специфических требований к обслуживанию со стороны потоков данных. В соответствии с моделью IntServ предварительно выполняется резервирование сетевых ресурсов по всей траектории движения данных. Такой вид обслуживания может быть реализован далеко не во всех случаях. Нет никаких гарантий, что все промежуточные узлы поддерживают протокол RSVP (т.е. модель IntServ).
Из приведённой классификации понятно, что первую категорию обслуживания легче всего обеспечить и пользователю не надо за неё платить. Поэтому это наиболее распространённая в мире схема.
Вторая и третья категория подразумевают особую настройку и выделение ресурсов на стороне сервис провайдера. Спрос на технологии QoS со стороны населения растёт, но пока нет возможности его обеспечить в масштабах Интернет. В крупных корпоративных сетях 2-й и 3-й механизмы активно применяются.
Кроме перечисленных категорий существуют технологии качества обслуживания канального уровня. Поддержка функций качества обслуживания реализована в некоторых технологиях канального уровня (ATM, локальные сети LAN семейства Ethernet), ниже об этом написано более подробно.
Если функции качества обслуживания необходимо обеспечить в масштабах подсети или облака WAN, то перечисленные выше технологии канального уровня (особенно ATM) полностью способны справиться с задачей. Перечислим основные функции, которые в совокупности позволяют обеспечить QoS в сетевом оборудовании 1) классификация пакетов (packet classification) 2) изолирование потоков (isolation: scheduling and policing) 3) высокий процент использования сетевых каналов (resource utilization) 4) управление разрешением (call admission).
Исследование зависимости вероятности потери пакета от его длины, как средство диагностики транспортного канала
В данной главе описаны результаты применения программы NS-2 для моделирования тестового канала. Проблема оптимизации настроечных параметров WRED вытекает из необходимости обеспечить потокам данных требуемое значение задержки при передаче пакетов и требуемый процент потерь пакетов. В современном Интернете перегрузка каналов является обычным явлением. Но, несмотря на то, что большинство из нас работает через перегруженные каналы, мы всё же можем продолжать работать в сети. В зависимости от длительности перегрузки, маршрутизатор может помещать пакеты в буфер отправки, либо отбрасывать их. При использовании механизма подавления перегрузок WRED, процесс буферизации пакетов влечёт колебание задержки доставки пакета. Также происходят дополнительные потери пакетов, вызванные колебанием средневзвешенной длины очереди, которая рассчитывается в процессе работы WRED.
Цель моделирования тестового канала заключалась в поиске для работающего канала его аналога, написанного с применением программы моделирования NS-2. Чтобы не перегружать лишним трафиком уже работающий канал, можно построить программную модель тестового канала. Откалибровать модель канала так, чтобы при одинаковых уровнях загрузки тестового канала, модель давала значения потерь и задержек пакетов близкие к экспериментальным значениям. Когда модель тестового канала построена и откалибрована, можно проводить измерения по оптимизации настроечных параметров WRED на модели, не внося помех в работу сетевого канала.
Нам неизвестно внутреннее устройство буферов в маршрутизаторе фирмы «Cisco» 7200, но мы можем для одного потока откалибровать программную модель NS-2 так, чтобы на выходе модели получались значения задержек и потерь пакетов близкие к значениям, измеренным в тестовом канале. Путём калибровки нам удалось добиться хорошей точности имитационной модели. Расхождение соответствующих значений, полученных на модели, и входе экспериментов на тестовом канале не превышало 10%.
Моделирование сетевого канала в среде NS-2
При исследовании возможности обеспечения качества мы провели ряд модельных расчётов. В перечисленных ниже пунктах содержится схема модельных исследований. Цель данного моделирования - разработка дополнительных средств измерения и анализа параметров QoS. В работе исследовалась возможность применения модельных методов оценки параметров качества обслуживания.
1) Проведены исследования алгоритмов RIO-C и WRED для разных моделей назначения порогов. Было также исследовано влияние алгоритмов-диспетчеров на предоставляемое качество обслуживания. Установлены оптимальные границы работы алгоритмов WRED и RIO, при которых использование этих алгоритмов является наиболее эффективным.
2) Бьш сконфигурирован пакет NS-2. К встроенным в NS-2 функциям были добавлены утилиты для расчета и отображения значений средневзвешенных очередей и вероятности отбрасывания пакетов. Это было необходимо для изучения и интерпретации поведения нашей тестовой сети.
3) Получены зависимости длин очередей от времени, длин средневзвешенных очередей от времени и вероятности отбрасывания пакетов от времени. Также выполнен анализ этих зависимостей и выработаны рекомендации по установке параметров алгоритмов WRED и RIO для достижения оптимальной работы (для модели). 4) Был произведён подбор параметров модели виртуальной сети, таким образом, чтобы она адекватно отражала работу тестовой сети. Было произведено полномасштабное моделирование для широкого набора параметров, были получены условия, при которых модель и эксперимент на реальной сети ведут себя подобным образом.
В случае одновременного прохождения большого числа потоков через сеть сервис провайдера возникает проблема: как при ограниченных ресурсах оптимизировать задержку доставки, временной разброс и потери. Такие требования существенны, например, в случае ГР-телефонии, видеоконференций, управления оборудованием в реальном масштабе времени.
Для решения этих проблем существуют технологии LntServ и DiffServ. LntServ реализуется в рамках протокола RSVP и не предполагает формирования нескольких субпотоков с разными уровнями услуг. Данное исследование посвящено DiffServ. Предполагается, что все настройки алгоритмов работают в пределах одного DiffServ домена. (DiffServ домен - это набор прилегающих узлов, сконфигурированных с одинаковой РНВ (Per Hop Behavior) политикой).
Была поставлена задача нахождения оптимальных параметров WRED, которые в случае перегрузки обеспечивали бы пользовательскому потоку гарантированную полосу и задержку.
При исследовании формировались три стационарных потока пакетов (см. рис. 3.1), которые имели DSCP метки. На основании данных о прохождении этих потоков через DiffServ домен (задержки, потери, дисперсия задержек) выбираются оптимальные значения для настройки конфигурации маршрутизатора, при которых в случае перегрузки поток пользователя получит предсказуемую полосу и задержку.
В исследованиях использовался транспортный протокол UDP. В качестве параметров, характеризующих поток, применялись: Вероятность потери пакетов; Время доставки пакета (RTT/2); полоса пропускания, доступная потоку. Потоки помечались метками DSCP равными 10,12 и 14.
Анализ осцилляции длин очередей
Исследование эволюции длин очередей в процессе передачи данных по каналам с гарантией качества обслуживания является крайне важным. От длины очереди и ее флуктуации (или осцилляции) зависит значение RTT и его дисперсия. Эти параметры определяют качество передачи мультимедийных данных. Кроме того, от длины очереди (от степени заполнения буфера) зависит и вероятность потери пакетов.
Метод усреднения длины очереди пакетов WRED (см. формулу (1)) с неизбежностью должен порождать осциллятивные переходные процессы, что мы и наблюдаем. Учитывая тот факт, что RTT определяется в основном временем пребывания в очередях (кроме спутниковых каналов), такие осцилляции могут приводить к увеличению дисперсии значения RTT. Важно определить, от каких параметров и каким образом зависит равновесное значение длины очереди, амплитуда осцилляции и время их затухания. Для оценки этих характеристик нами были проведены модельные и экспериментальные исследования, а также был сделан вывод аналитической зависимости средневзвешенной длины очереди от временного шага. Полученные формулы и расчеты позволяют оптимизировать параметры виртуального канала с целью максимально возможного демпфирования осцилляции очереди. Полученные формулы и написанные программы позволяют быстро оценить качество виртуального канала, не загружая его вспомогательным трафиком. Ниже представлено аналитическое описание модели. В данной модели предполагалось, что пакеты поступают с постоянной скорость X, а скорость удаления пакетов из очереди равна ц (с учетом квоты, задаваемой для данного потока). х-текуіцоя юполненность буфера
Рассмотрим модель, иллюстрирующую скорость заполнения буфера для случая, когда пакеты на вход буфера поступают с постоянной битовой скоростью. В данной модели рассматривается равномерная временная шкала.
Пусть текущее заполнение буфера равно х, а соответствующая этому заполнению средневзвешенная длина очереди равна F(x)=len, тогда решение об отбрасывании пакета будет приниматься по следующей схеме: Вероятность отбрасывания пакета меняется линейно по закону.
Мы построили рекуррентную формулу. Для участков кривой, подходящих к Тг сверху, справедлива формула (3.2), а для участков, подходящих к Тг снизу, справедлива формула (3.3). Здесь предполагается, что #0. Для варианта, который допускает равенство ц=0, следует использовать другую формулу. Определенную проблему составляет временное масштабирование, особенно для областей между Ті и Тг и выше Тг. Ведь для интервала длин очередей Ті-Тг вероятность отброса пакета определяется величиной усредненного значения длины очереди, а не текущим ее значением, а эти величины могут отличаться достаточно сильно. В области Тг эволюция длины очереди задается скоростью изъятия пакетов из очереди ц, а в диапазоне [Ті,Тг]-разностью (gxA, - ц), где g вероятность отброса пакета, которая линейно зависит от усредненной величины длины очереди (задается значением рс; см. рис. 1.3). В формуле 3.3 (также как и в пакете программ NS-2) временной масштаб задается значением ц. За интервал времени 1/ц может прийти более одного пакета (тем более что в норме X \i) и этот факт учитывается при усреднении длины очереди.
Варьируя g, можно обеспечить согласования входного и выходного потоков и удержать размер очереди в заданных пределах (например, в пределах между Ті и Тг). Приведённые формулы лишь иллюстрируют работу механизма WRED, а для практических расчётов мы пользовались программой моделирования NS-2.
На рис. 3.23 показаны зависимости усредненной длины очереди от времени для нескольких значений параметра вероятности отбрасывания пакетов при постановке их в очередь: рс =0,6 (красный); рс =0,5 (зеленый); рс =0,3 (голубой). (Ті=20, Тг=80; wq =2x10"3). На рисунках рассматривается эволюция среднего значения длины очереди начиная с момента, когда она достигает уровня Тг. В этот момент времени текущее значение длины очереди существенно превосходит Тг и по этой причине, несмотря на реальное сокращение длины очереди за счет отправления пакетов (на входе очереди все пакеты отбрасываются, так как усредненная длина больше Тг), ее среднее значение продолжает некоторое время расти. Для расчета надо знать текущее значение длины очереди в момент времени, когда усредненная величина очереди достигает уровня Тг.
При значении усредненной длины очереди выше Тг=80 текущее значение длины очереди начинает линейно убывать со скоростью ц. При этом, в случае малых величин параметра усреднения wq, текущее значение очереди может даже стать равным нулю и оставаться таким до тех пор, пока среднее значение длины очереди не снизится до Тг. Такой режим работы системы неэффективен, так как часть времени буфер является пустым, а прием пакетов заблокирован (происходят 100%-ые потери пакетов), что трудно признать нормальным.
Исследование влияния параметров алгоритма WRED на качество обслуживания при передаче данных по перегруженным каналам
Ниже рассматривается поведение очередей в случае использования алгоритма WRED. Усреднение длины очереди производится согласно формуле: q(k + l) = (\-wq)q(k) + wqq(k) (4 л) здесь #( + 1)- усредненная длина очереди в (к+1)-й момент времени, wq -параметр усреднения, q ,q- усреднённая и текущая длины очереди в k-й момент времени. При малом значении wq процесс WRED не сразу начинает отбрасывать пакеты при перегрузке, зато продолжает отбрасывание в то время, когда перегрузки уже нет (очередь сократилась ниже Ті). Усреднение длины очереди - важный компонент при управлении процессом буферизации. Без усреднения процесс буферизации был бы подвержен сильному влиянию случайных флуктуации входящего потока пакетов, но именно усреднение является причиной возникновения осцилляции длины очереди. Зависимость принятия решения об отбрасывании того или иного пакета определяется значением усреднённой длины очереди, которое может существенно отличаться от значения текущей длины очереди [10].
Задачей данного эксперимента было найти такую область параметров WRED, чтобы осцилляции длины очереди были минимальны. Также проводилось сравнение полученной области параметров WRED с результатами моделирования (см. выше раздел моделирование или [10]). Нами передавались потоки UDP пакетов через тестовый канал, показанный на рис. 4.4. Помимо указанных выше параметров WRED важную роль играют значения входного потока и квоты полосы пропускания на выходе буфера. Комбинацию этих параметров можно характеризовать безразмерным коэффициентом перегрузки канала Х/ц. Здесь Цбит/с] - поток на входе буфера, а ц[бит/с] - полоса пропускания на выходе буфера. В случае перегрузки М, коэффициент перегрузки A/JJ. определяет время переполнения буфера маршрутизатора и время выхода маршрутизатора на стационарный режим работы. Варьируя этот параметр можно воспроизводить разные ситуации перегрузок в сети. Параметр Х/ц больше всех остальных параметров влияет на поведение WRED. В отличие от модельного исследования параметров WRED [10], в реальном оборудовании мы не можем отслеживать изменение средневзвешенной длины очереди от времени, изменение текущей длины очереди от времени. О длине очереди можно судить косвенно, по задержке пакета в маршрутизаторе.
Исследование влияния параметра рс на поведение алгоритма WRED.
В первом эксперименте исследовалось влияние параметра рс на проходящие через алгоритм WRED потоки. При моделировании в статье [10] можно было плавно менять значение параметра рс, но в маршрутизаторах параметр рс задается как дробь 1/к, где целое значение к лежит в диапазоне 1-65535 . Через тестовый канал передавалось 3 потока с параметрами, представленными в табл. 5.
Значение рс варьировалось в интервале [0.001+1]. Каждый из трёх потоков имел скорость 1 Мбит/с. Поле данных пакетов UDP имело длину 1024 байта. Полная полоса PVC (ATM) канала составляла 2000 кбит/с.
На рисунках 4.25 и 4.26 по оси X отложены значениям параметра рс {1/1000, 1/100, 1/20, 1/10, 1/8, 1/7, 1/6, 1/5, 1/4, 1/3, 1/2, 1}. Красным цветом обозначены значения параметров, соответствующие потоку с DSCP=afll (см. табл. 5). Зелёным цветом обозначены значения параметров, соответствующие потоку с DSCP=afl2, а синим - значения параметров, соответствующие потоку с DSCP=afl3.
Бралось усреднённое по времени эксперимента значение потерь пакетов. Параметр рс влиял лишь на время переходного процесса, который возникал при перегрузке канала. Из рисунка видно, что значения рс 0.25 вызывают одинаковый отклик системы. Зависимости процента потерянных пакетов в единицу времени для разных значений рс практически одинаковы. Следовательно, при данном значении wq разумно использовать значения рс 0.25. Видно, что процент потери пакетов в двух крайних случаях отличается менее чем на 3%. Параметр рс очень слабо влияет на процент потери пакетов в случае перегрузки канала. Настройка параметра р0 влияет на продолжительность начального переходного процесса, но не влияет на характеристики передачи потока пакетов при продолжительной постоянной перегрузке.
На рисунке 4.26 приведена временная зависимость задержки при передаче пакета через перегруженный канал от времени. После возрастания задержки до 4 секунд, её значение выходит на постоянный средний уровень 1.8сек. На рисунке 4.26, начиная с момента времени 9,5 секунд, система выходит на плато. Проверим, соответствует ли рис. 4.26 конфигурации маршрутизатора для AF11 (см. таблицу 5).
Число пакетов накопившихся в буфере будет равно (Х-ц)бит/с. 3.5с. (1/8) (1/1024)[пакетов/байт]= (Шбит/с. - 667Кбит/с.) 3.5 (1/8) (1/1024)= 142пакета=Т2 =150 пакетов. Всплеск задержки доставки пакетов возникает, когда текущая длина очереди WRED растёт, а средневзвешенная длина очереди ещё не достигла порога Тг. Когда средневзвешенная длина очереди достигает верхнего порога, текущая длина очереди начинает быстро сокращаться, т.к. все пакеты, поступающие на вход, отбрасываются. Для разных значений рс длительность и высота перехода будут отличаться. Но конечное стационарное состояние системы одинаково для всех значений параметра рс. Следовательно, при изучении длительных перегрузок параметр рс не влияет на конечное равновесное состояние системы. Параметр рс важен в случае кратковременных перегрузок, когда система не успевает выйти на стационарный режим работы. Далее под словами: «характеристика измерена на плато» будет подразумеваться, что измерения вьшолнялись, когда процесс находился в стационарном режиме.
