Управление интенсивностью информационных потоков в сетях

Для большинства сетей реальной является ситуация, когда поступающая извне нагрузка может стать больше той, которая может быть обслужена даже при оптимальной маршрутизации. При этом, если не принять мер по ограничению поступающего графика, очереди на наиболее нагруженных линиях будут неограниченно расти и в конце концов превысят размеры буферов в соответствующих узлах. Это приводит к тому, что пакеты, вновь поступающие в узлы, у которых нет свободного места в буфере, будут сброшены и должны будут передаваться повторно, что приводит к нерациональной трате ресурсов сети. Таким образом, при увеличении поступающей нагрузки реальная пропускная способность сети уменьшается, а задержка информации растет!

Поэтому, чтобы избежать перегрузок в сети, необходимо ограничивать поступающий в сеть график. Управление потоком (ограничение потока) может потребоваться на участках передачи между абонентами и входным узлом сети (сетевой уровень) или между двумя узлами сети (канальный уровень).
Целями управления потоками в сети могут быть:

• сохранение средней задержки в сети на разумном уровне;
• соблюдение справедливости по отношению ко всем абонентам;
• недопущение переполнения буферов и уменьшения пропускной способности сети.

Сохранение малой задержки в сети. Если говорят, что управление потоками в сети уменьшает задержку доставки информации по сравнению с отсутствием такого управления, имеют в виду чисто сетевую задержку. При этом задержка для пользователя (на транспортном уровне), как правило, увеличивается, т.е. управление потоком на сетевом уровне просто "перебрасывает" задержку с сетевого уровня на более высокие уровни, поскольку ограничение трафика на входе сети заставляет ждать пакеты вне сети, а не в очередях внутри ее.
Основная причина, по которой важно сохранять задержку малой внутри подсети, а не вне ее, состоит в экономии ресурсов, расходуемых на повторную передачу сброшенных пакетов.

Соблюдение справедливости. Когда часть поступающего трафика должна быть отвергнута, важно сделать это справедливо. В общем случае это далеко не тривиальная задача, т.к. простая максимизация суммарной пропускной способности сети часто оказывается несовместимой со справедливостью, поскольку может привести к полному отключению от сети некоторых абонентов.

Переполнение буфера. Как уже отмечалось, переполнение буфера может вызвать перегрузки в сети, что ведет к увеличению задержки и падению пропускной способности. Кроме того, из-за переполнения буфера возможны тупиковые ситуации, когда узлы не могут дальше продвигать пакеты из-за отсутствия свободного места в буферах узлов потенциальных приемников этих пакетов.
Существует точка зрения, что ввиду снижения стоимости буферов сети следует проектировать таким образом, чтобы переполнения буферов возникали крайне редко. При этом основным фактором, определяющим управление потоками, становится задержка.

Оконное управление потоками. Для управления потоками между абонентами сети наиболее часто используются оконные методы, предусматривающие установление верхнего предела числа единиц данных, которые могут быть переданы до получения подтверждения об их доставке. Верхний предел (целое положительное число) называется размером окна, или просто окном. Предполагается, что получатель уведомляет источник информации о получении единицы данных путем отправления специального сообщения, называемого подтверждением, или квитанцией. После получения подтверждения источник может передать следующую единицу данных. Единицами данных в окне могут быть, например, сообщения или байты.
Основная идея оконной стратегии - уменьшение интенсивности входного графика при замедлении возвращения подтверждений. Последнее может быть связано как с возникновением перегрузок в сети, так и с искусственной задержкой отправления подтверждения получателем, например, с целью устранения переполнения буферов.
Наиболее часто применяются межконцевое оконное управление (или оконное управление от конца до конца) и оконное управление между каждой парой последовательных узлов.