|
| |
|
Слаботочка Книги Очевидный недостаток сети, содержащей только каналы с фиксированными путями, как описано выше, состоит в ее чувствительности к повреждениям узлов и линий. Для решения этой проблемы центр управления сетью может организовывать на сети полупостоянные пути, которые изменяются только при необходимости обеспечить живучесть сети при отказах или для технического обслуживания. Некоторые сети коммутащ1и сообщений строятся с применением маршрутизации по фиксированным путям в строгом смысле. Этот режим работы в большей степени подходит цдя сетей коммутации сообщений, поскольку время доставки сообщений менее критично и она может быть отсрочена, если производится ремонт вышедшего из строя оборудования. 8.2.4. Управление потоками Как обсуждалось в гл. 7 применительно к обычным сетям коммутации каналов, маршрутизация и управление потоками являются двумя тесно связанными эксплуатационными требованиями для любой сети. Основной принцип управления потоками, применяемый в сетях коммутации каналов, используется также в сетях коммутации пакетов. В частности, во всех случаях, когда сеть находится в состоянии перегрузки, обусловленном потерей пропускной способности вследствие повреждений или слишком большого числа требований на обслуживание, необходимо блокировать новые требования на обслуживание на периферии сети прежде, чем они займут общие ресурсы и создадут перегрузку. В сети коммутации пакетов общими ресурсами являются буферные ЗУ, используемые для накопления и пересылки данных, и линии передачи. Управление потоками в сети коммутации пакетов относится, в основном, к управлению буферными ЗУ. Например, если буферные устройства для передачи с промежуточным накоплением на соседних узлах заполняются пакетами, адресованными одним узлом другому, то узлы оказываются не в состоянии принять дополнительные пакеты и возникает тупиковое состояние. Заметим, что узел коммутации пакетов не освобождает буферное ЗУ сразу же после передачи пакета. Буферное ЗУ освобождается, когда с принимающего пакет узла приходит подтверждение. Если узел назначения не располагает свободными буферными ЗУ, то он не может принять новый пакет и поэтому не может подтвердить его прием. Требование управления потоками означает, что все сопрягающие узлы сети коммутации пакетов осведомляются о перегрузке и отказывают новым требованиям в обслуживании до тех пор, пока перегрузка не прекратится. Особенно привлекательной чертой сети виртуальных каналов является то, что фаза установления соединения предоставляет возможность автоматически принимать решение о том, следует ли обслуживать определенное требование или нет. Если ни одного соединительного пути на сети установить нельзя вследствие того, что внутренние узлы слишком перегружены, то требование отбрасывается. В то же время, если виртуальный канал установлен, то существует разумное основание для того, чтобы требование полностью было обслужено своевременно. Если узлы сети не слишком осторожно принимают требования яа новые виртуальные каналы, то возможность установления канала еще не гарантирует, что не возникнет перегрузка или тупиковое состояние. Узел принимает требование на новый виртуальный канал с учетом ожидаемой нагрузки и его способности обслуживать эту нагрузку. Если окажется, что объем нагрузки превышает ожидаемую загрузку, то возможна чрезмерная задержка или перегрузка. Виртуальные каналы действительно являются эффективным средством управления потоками многопакетных сообщений, но вместе с тем их использование связано со слишком большими дополнительными затратами на управление потоками однопакетных сообщений или дейтаграмм. Если сеть с виртуальными каналами должна пропускать значительное число однопакетных сообщений, то возможна немедленная передача этих сообщений без установления соединения. Дейтаграмма требует не намного больших затрат на передачу, чем пакет установления соединения. Таким образом, с этой точки зрения такой пакет можно было бы также пересылать немедленно и рассматривать его как собственное сообщение об установлении канала. В отношении буферных ЗУ, используемых для передачи с промежуточным накоплением, однопакетное сообщение весьма отлично от пакета установления соединения. Пакет установления соединения требует определенного объема памяти и ресурса коммутационного процессора каждого узла, на который он поступает, но в то же время для него не требуются буферные ЗУ с промежуточным накоплением, как для пакета сообщения. В случае необходимости сообщение об установлении соединения может не восприниматься перегруженным узлом и это не приведет к каким-;шбо негативным последствиям. Исходящий узел просто повторно передает запрос через определенный таймаут. Этот таймаут должен быть достаточно длительным, чтобы сеть имела возможность разгрузиться. В противоположность этому, если перегруженный узел игнорирует пакет сообщения, то перегрузка смещается на узел, который последним передал пакет, так как этот узел хранит в буферном ЗУ копию непринятого пакета. Буферное ЗУ не может быть освобождено до тех пор, пока не будет принято подтверждение. Следовательно, дейтаграммы не могут получить разрешения на вхождение в сеть до тех пор, пока не возникнет реальный шанс на успешную передачу их по сети. Если сеть сильно перегружена, то попытки установить виртуальные каналы можно было бы также отложить. В том числе пакет, содержащий подтверждение ранее переданным пакетам, хранящимся в буферных ЗУ.- Прим. ред. Таймаут широко применяется при организации связи в диалоговом режиме, особенно в тех случаях, когда ответ одной из сторон приходит позже, чем это оговорено, например, протоколом. В этих случаях сторона, не получившая ответа, должна выполнить некоторый перечень действий в ожидании ответа противоположной стороны.- Прим. перев. в обычной сети коммутации каналов не осуществляется управление потоками между абонентами, участвующими в соединении, поскольку если канал установлен, то его активность или неактивность не оказывает никакого влияния на другие соединения или на сеть в целом. Абоненты обязательно осуществляют управление потоками между ними так, чтобы источник не переполнял приемные буферные ЗУ получателя данных. Эти процедуры относятся только к вызываемому и вызывающему абонентам. В противоположность этому сам характер сети коммутации пакетов предполагает непосредственный учет активности пользователей. Если один из пользователей создает слишком большую нагрузку на сеть, то другие пользователи получают обслуживание с более низким качеством. Поэтому сопряжение с сетью коммутации пакетов обязательно предполагает управление потоками для соответствующих источников. Управление потоками от источников определяет максимальную скорость передачи на сети. Если в течение определенного периода времени приемник данных принимает данные с меньшей скоростью, то об этом должен быть проинформирован узел сети, который обслуживает соответствующий источник с тем, чтобы снизить скорость передачи данных от этого источника. Буферные устройства для передачи с промежуточным накоплением на сети коммутации пакетов нужны лишь реализации функций связи; их не используют для хранения сообщений. Если сеть коммутации пакетов выполняет также услуги по коммутации сообщений, то функции хранения сообщений должны быть реализованы отдельно от буферных ЗУ связи. Тогда сеть коммутации пакетов используется для пересылки данных в устройство хранения сообщений. Другой аспект максимизации использования буферного ЗУ с промежуточным накоплением состоит в том, что необходимо учитывать период ожидания от момента времени, когда приемник данных будет готов их принять, до того момента, как их начнет передавать источник. Если приемник данных не готов к приему, то пакеты скапливаются в буферных ЗУ передачи с промежуточным накоплением на дальнем конце сети и вызывают перегрузку. Таким образом нужна некоторая последовательность сигналов запрос на передачу - готов к передаче прежде, чем начнется обмен информацией. Это требование не зависит от применяемых на сети алгоритмов маршрутизации. Следовательно, в существующей практике установление виртуального соединения не является потерей времени. Однопакетные сообщения могут быть исключением. Если они передаются без сигнала готов к передаче , то они могут быть сброшены на узле назначения, если приемник данных неактивен или нет в наличии свободных приемных буферных ЗУ. Тогда узел назначения должен передать сообщение о сбросе источнику с указанием состояния получателя. Таким образом, само сообщение служит сигналом запрос на передачу . На сети ARPANET используется такая стратегия управления потоками, при которой однопакетные сообщения служат в качестве своих собственных требований для буферного ЗУ, а многопакетные сообщения требуют предварительно-408 го размещения буферных ЗУ по группам из восьми в пункте назначения [2, 13]. Управление потоками на сети TYMENET реализуется иначе, так как в ней для всех сообщений используются только виртуальные каналы. Прежде, чем любой узел сети сможет послать пакет на соседний узел, он должен принять от соседнего узла для установления виртуального канала сигнал готов к передаче . Сигнал готов к передаче служит указанием того, что для данного виртуального канала зарезервировано определенное число буферных ЗУ передачи с промежуточным накоплением. После того как узел пошлет определенное число пакетов, он прекращает передачу до тех пор, пока не будет принят другой сигнал готов к передаче (указывающий на то, что либо предыдущие пакеты уже переданы, либо данному виртуальному каналу выделено большее число буферных ЗУ). Путем использования этого же метода межузлового управления потоками на участке сопряжения сети с пользователями реализуется устойчивая стратегия управления потоками от узла к узлу. Стратегия управления потоками на сети TYMENET несколько консервативна в том отношении, что она может придавать буферные ЗУ передачи с промежуточным накоплением одному виртуальному каналу в то время, как они более необходимы другому виртуально.му каналу (возможно, приводя к снижению использования линии). Однако этот консерватизм обеспечивает ряд полезных свойств. 1. Общесетевое управление потоками осуществляется автоматически путем управления потоками в пределах каждого виртуального канала. 2. В условиях малых нагрузок поток пакетов в каждом виртуальном канале регулируется автоматически до максимальной скорости, с которой источник и приемник могут вести обмен. Если существует лишь несколько виртуальных каналов, то на каждый канал может быть выделено сравнительно большое число буферных ЗУ - при этом допускается более частая посылка сигналов готов к передаче . 3. Если приемник данных прекращает прием пакетов по некоторой причине, то информация об этом поступает обратно к источнику в форме прекращения сигналов готов к передаче . Таким образом, если все выделяемые буферные ЗУ заполнены, то источник прекращает передачу. 4. Поскольку узел никогда не перераспределяет свои буферные ЗУ, то блокировки передачи с промежуточным накоплением возникнуть не могут. Если некоторые из приемников данных прекратят прием, то буферные ЗУ, приданные соответствующи.м виртуальным каналам, будут заполнены и окажутся недоступными. Од- Сеть TYMENET почти полностью ориентирована на пользователей терминалов диалоговой связи, которые имеют доступ к удаленным ЭВМ, подключенным к сети. Для каждого сеанса связи устанавливается виртуальное соедднение. Таким образом, однопакетные сообщения появляются только в пределах установленного виртуального соединения. нако другие виртуальные каналы могут вести передачу, используя свои собственные, закрепленные за ними буферные ЗУ. 5. Этот механизм устойчив в том смысле, что положительные ответы (сигналы готов к передаче ) должны быть переданы до того, как пакеты будут посланы на соседние узлы. Если линии связи сети перегружены, то потребность в пропускной способности для управления потоками является минимальной. Если передача сигналов управления потоками прекращается совсем, то прекращается и передача пакетов. Как стратегия маршрутизации, так и стратегия управления потоками, применяемые на сети TYMENET, принципиально отличны от соответствуюищх стратегий, используемых в сети ARPANET. По этой причине TYMENET называют иногда сетью с виртуальными каналами, противопоставляя ее сети коммутации пакетов. С этой точки зрения коммутация пакетов - это скорее нечто относящееся к внутренним операциям сети, а не только разделение сообщений на пакеты. 8.2.5. Дополнительные выгоды Основной целью разработки сетей коммутации пакетов было стремление повысить использование линий передачи для нагрузки с большим отношением максимальной скорости передачи к средней. Отношение максимального значения к среднему служит количественным выражение пульсирующего характера трафика большинства сетей связи с ЭВМ. Кроме приспособления к пульсирующему трафику, сети коммутации пакетов могут обеспечить следующие дополнительные возможности: 1) разделение ресурсов; 2) разделение нагрузки; 3) стандартизация и преобразование способов сопряжения; 4) преобразование скоростей; 5) преобразование кодов; 6) защита от ошибок; 7) организация обходов; 8) организация виртуальных подсетей. Разделение ресурсов. Требования к вычислительным средствам, выдвигаемые отдельным лицом или группой лиц, меняются от решения простых и рутинных задач до весьма сложных и замысловатых вычислений. Для того чтобы обеспечить такой диапазон при-.менений, нужны соответствующие ресурсы аппаратного и программного обеспечения. Если вычислительная система предназначена для решения большинства требуемых задач, но используется, главным образом, для более простых из них, то в результате возникают значительные экономические издержки. Неэффективность использования возрастает из-за того, что различные пользователи имеют сходные потребности и, в конечном счете, дублируют одни и те же нечасто используемые ресурсы. Общим способом уменьшения этой неэффективности является применение сети связи, позволяющей осу-410 ществлять разделение общих ресурсов. Примером эффективной реализации такой сети является сеть коммутации пакетов. Любой человек, имеющий доступ к сети, может использовать средства обработки любой ЭВМ (обычно называемой главной вычислительной машиной - ГВМ), которая также соединена с сетью. Для одного типа работы пользователь может получить доступ к одной ЭВМ, а для другого типа работы - к другой ЭВМ. Таким образом, специальные процессоры, программы или банки данных могут совместно использоваться большим числом пользователей. Разделение нагрузки. Коллективное использование ресурсов сети ЭВМ означает, что для определенной задачи подбирается соответствующий процессор. Для многих задач может оказаться подходящей любая из нескольких машин. Разделение нагрузки - это процесс распределения задач общего типа для обработки на любом одном из нескольких процессоров в зависимости от того, какой из них наиболее доступен. Идеальное разделение нагрузки должно быть реализовано в виде сетевой операционной системы, которая планирует распределение задач в соответствии с потребностями и доступностью. Если пользователь обращается к сети и указывает, каковы его тре-;бования на обработку, то сетевая операционная система направляет его задачи на соответствующие устройства, неизвестные пользователю. Если решение задачи требует специальных средств, то она получает направление на соответствующую ЭВМ. Если это задача общего типа, то она направляется на наименее загруженный универсальный процессор. Сеть ЭВМ с разделением нагрузки обладает, кроме того, важными преимуществами при развитии сети для обслуживания возросшей нагрузки. Если возможности одной централизованной ЭВМ оказываются превышенными, то модернизация системы может оказаться чрезмерно трудной, особенно, если новая система требует модификации существующего программного обеспечения или операционной системы. Однако в системе с разделением нагрузки воз.можности обработки могут бьггь расширены просто введением в ее сеть другой идентичной ЭВМ. Пользователи не ощущают процесса введения дополнительных ресурсов. Современная тенденция отрасли обработки данных - это развитие в направлении перехода к сетям с разделением нагрузки, обеспечивающим распределенную обработку данных. По существу, распределенная обработка данных базируется на тех же основных принципах организации сети, которые обусловили успешное развитие телефонной сети. С точки зрения связи, вычислительные средства распределенных ЭВМ представляют собой каналы обработки, а операционная система сети - процессор коммутации, который определяет маршрут следования задач по соответствующим каналам до тех пор, пока вся работа не будет выполнена. Стандартизация и преобразование способов сопряжения. Утверждение, что эволюция техники передачи данных была загадкой для пользователей, является преуменьшением. Хаос в области передачи данных возник, главным образом, потому что разработка каждой 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 [68] 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 |