Базові алгоритми обслуговування черг (стр. 2 из 3)

Припустимо, що розмір пакетів трьох різних протоколів дорівнює 500, 300 і 100 байт відповідно. Для того, щоб рівномірно розподілити смугу пропущення між трьома протоколами, ви можете спробувати встановити значення лічильника байтів для кожної черги рівним 200. Слід зазначити, що подібне рішення, проте, не приведе до розподілу смуги пропускання в пропорції 33/33/33. Коли маршрутизатор обслуговує першу чергу, він передає щораз 500-байтовий пакет інформації; другу чергу – 300-байтовий пакет; третю чергу –два 100-байтових пакета. Отже, дійсний розподіл смуги пропускання здійснюється в пропорції 50/30/20. До такого непередбачуваного результату призвело занадто мале значення лічильника байтів.

Насправді досить велике значення лічильників байтів також може призвести до досить небажаного розподілу смуги пропускання. Якщо всім трьом чергам надати значення лічильника байтів, яке дорівнює 10 Кбайт, то, незважаючи на те, що пакети кожного з протоколів обслуговуватимуться швидко в момент обробки черги, відповідної цьому протоколові, може пройти досить багато часу, перш ніж ця черга обслуговуватимуться знову. У розглянутому нами випадку одним з найбільш оптимальних рішень є установка значень лічильників байтів черг таким, що дорівнюють 500, 600 і 500 байт відповідно, що приведе до розподілу смуги пропускання в пропорції 31:38:31.

Отже, задача розподілу смуги пропускання в заданих пропорціях між декількома потоками зводиться до визначення коректного значення лічильника байтів. Для розрахунку такого значення лічильника байтів BC пропонується такий алгоритм.

Нехай потрібно розподілити смугу пропускання між трьома чергами в пропорції

з огляду на те, що розміри пакетів, що надходять у кожну з цих черг, складають

відповідно.

Крок 1. Розраховуються допоміжні змінні

Крок 2. Отримані значення

нормалізуються й округляються у більший бік до найближчого цілого числа

Крок 3. Розраховуються значення лічильників байтів

Крок 4. Розраховується розподіл смуги між чергами, який забезпечується отриманими значеннями лічильників байтів

де

– загальна кількість черг. У даному прикладі

=3.

Крок Якщо отриманий розподіл значно відхиляється від заданого (

), то необхідно повернутися до кроку 2 і помножити коефіцієнти пропорції кількості пакетів з кожної черги, що мають передаватися за один раз,

(до операції округлення) на деяке спеціальне число. Це число підбирається, виходячи з міркувань максимального наближення коефіцієнтів пропорцій до цілих чисел, хоча воно не обов'язково має бути цілим.

5. Алгоритм організації черг на основі класу CBQ

Алгоритм CBQ (Class-Based Queuing) забезпечує ієрархічний розподіл ресурсів і цікавий у першу чергу ієрархічним підходом в організації черг.

У рамках CBQ смуга пропускання каналу поділяється між декількома класами трафіка в заздалегідь заданих співвідношеннях, причому кожному з класів у період перевантаження гарантується певна частка загальної смуги. За відсутності перевантаження смугу пропускання, яку виділено для одного класу трафіка і яка не використовується ним цілком, можна розділити між іншими класами, інтенсивність надходження яких перевищує виділену їм смугу. У рамках CBQ використовується два планувальника: загальний планувальник (general scheduler) і планувальник розподілу ресурсів (link-sharing scheduler), між якими проводиться строге розмежування (рис. 3).

Рисунок 3 – Механізм CBQ

Вхідний трафік класифікується і розділяється на кілька черг відповідно до заздалегідь заданих правил фільтрації. Загальний планувальник (як правило, це WRR) визначає, з якої черги обслуговуватиметься наступний пакет. Черга вибирається виходячи з того, щоб гарантувати кожному класу трафіка щонайменше задану частку від сумарної пропускної здатності каналу (гарантована смуга). У рамках окремих черг використовується механізм FIFO.

Вихідний трафік контролюється шляхом оцінки часу між сусідніми пакетами одного класу трафіка. На підставі цієї інформації трафік класифікується як такий, що перевищує ліміт (over-limit), як такий, що укладається в ліміт (under-limit) або як такий, що залишився (at-limit). Трафік вважається як таким, що перевищує ліміт, якщо смуга, яку він використовує більше, ніж йому гарантується, відповідно трафік є таким, що укладається в ліміт, якщо він використовує смугу менше йому гарантованої.

Якщо черга якого-небудь класу трафіка виявиться порожньою, планувальник розподілу ресурсів розділить гарантовану даному класові смугу між іншими класами. У випадку виникнення перевантаження, планувальник розподілу ресурсів переводить клас, що перевищив ліміт, у розряд пасивного і загальний планувальник тимчасово не обслуговує пакети з цієї черги.

Як уже відзначалося вище, у CBQ застосовується ієрархічний підхід до розподілу ресурсів (hierarchical link-sharing). Для окремого класу трафіка в CBQ створюється своя черга, причому існують різні варіанти побудови критеріїв класифікації, наприклад, класифікація може базуватися на аплікації, яка згенерувала пакет, або на адресах відправника й одержувача. Приклади відповідних схем поділу ресурсів наведені на рис. 4. На рис. 4 для кожного класу трафіка зазначена частка сумарної смуги пропускання, гарантована даному класові в умовах перевантаження. Виділення якому-небудь класові 0% означає, що в період перевантаження даному класові не гарантується передача.

Приклад ієрархічного розподілу ресурсів наведений на рис. 5

Рисунок 4 – Приклади розподілу ресурсів з використанням різних критеріїв класифікації трафіка

Рисунок 5 – Приклад ієрархічного розподілу ресурсів

Механізм обслуговування CBQ є дуже розповсюдженим, він реалізований у Packet Filter (pf) у сімействі операційних систем BSD.

Розглянемо приклад. Нехай маємо таку структуру черг:

Тут Root Queue – коренева черга – займає всю смугу пропускання каналу (2 Мбіт/с). Коренева черга має три дочірні черги std, ssh і ftp, яким надається 50%, 25% і 25% від сумарної смуги відповідно. Черга ssh у свою чергу має дві дочірні підчерги: ssh_login і ssh_bulk, що поділяють смугу, яку виділено для ssh, в співвідношенні 1:3 (25% і 75%).

У рамках CBQ можливе введення пріоритетів. Черги одного рівня ієрархії і рівного пріоритету обслуговуються за круговим принципом (WRR). Черга, що має вищий пріоритет, обслуговується першою. У даному прикладі спочатку обслуговується черга ftp (пріоритет 3), потім черги з пріоритетом 1 – std і ssh за круговим принципом. Коли обслуговуватиметься черга ssh, спочатку вилучаються пакети з ssh_login (пріоритет 4), потім з ssh_bulk (пріоритет 1). Пріоритети черг різного рівня ієрархії (ftp і ssh_login) не порівнюються. Запис borrow для черги ftp означає, що цій черзі дозволено запозичати ресурси (смугу пропускання), які виділені для інших черг цього ж рівня ієрархії, але ними не використовуються. Розглянута черга конфігурується на інтерфейсі fxp0 за допомогою наступних команд:

Тут записи ecn і red означають, що в цих чергах працюють механізми боротьби з перевантаженнями ECN і RED.