Пакетный выключатель автомат: Пакетник и автомат — в чем разница?

Ethernet выполняют свою функцию связывания путем соединения мостом кадров Ethernet между сегментами Ethernet . Для этого они копируют кадры Ethernet с одного порта коммутатора на другой на основе адреса Media Access Control (MAC) в кадрах Ethernet. Мостовое соединение Ethernet было изначально определено в 802.Стандарт IEEE 1D для локальных и городских сетей: мосты управления доступом к среде (MAC). ^[]

Стандартизация операций моста в коммутаторах позволяет покупать коммутаторы у разных поставщиков, которые будут работать вместе при объединении в сеть. Это результат большой работы инженеров по стандартизации, направленных на определение набора стандартов, которые поставщики могли бы согласовать и внедрить в свои конструкции коммутаторов.

Первые мосты Ethernet были двухпортовыми устройствами, которые могли связывать вместе два сегмента коаксиального кабеля исходной системы Ethernet.В то время Ethernet поддерживал подключение только к коаксиальным кабелям. Позже, когда была разработана витая пара Ethernet и стали широко доступны коммутаторы с множеством портов, они часто использовались в качестве центральной точки подключения или концентратора кабельных систем Ethernet, что привело к названию «коммутирующий концентратор». Сегодня на рынке эти устройства называются просто переключателями.

С тех пор, как мосты Ethernet были впервые разработаны в начале 1980-х годов, многое изменилось. С годами компьютеры стали повсеместными, и многие люди используют на работе несколько устройств, включая ноутбуки, смартфоны и планшеты.Каждый телефон VoIP и каждый принтер — это компьютер, и даже системы управления зданием и средства контроля доступа (дверные замки) объединены в сеть. В современных зданиях есть несколько точек беспроводного доступа (AP) для предоставления услуг Wi-Fi 802.11 для таких вещей, как смартфоны и планшеты, и каждая из точек доступа также подключена к кабельной системе Ethernet. В результате современные сети Ethernet могут состоять из сотен коммутационных соединений в здании и тысяч коммутационных соединений в сети университетского городка.

Вы должны знать, что для соединения сетей используется другое сетевое устройство, называемое маршрутизатором .Существуют большие различия в способах работы мостов и маршрутизаторов, и у них обоих есть преимущества и недостатки, как описано в разделе «Маршрутизаторы или мосты?». Вкратце, мосты перемещают кадры между сегментами Ethernet на основе адресов Ethernet с минимальной настройкой моста или без нее. Маршрутизаторы перемещают пакетов между сетями на основе адресов протокола высокого уровня, и каждая связываемая сеть должна быть настроена в маршрутизаторе. Однако и мосты, и маршрутизаторы используются для построения более крупных сетей, и оба устройства на рынке называются коммутаторами.

Подсказка

Мы будем использовать слова «мост» и «коммутатор» как синонимы для описания мостов Ethernet. Однако обратите внимание, что «коммутатор» — это общий термин для сетевых устройств, которые могут функционировать как мосты, или маршрутизаторы, или даже и то, и другое, в зависимости от их наборов функций и конфигурации. Дело в том, что с точки зрения сетевых экспертов, мост и маршрутизация — это разные виды коммутации пакетов с разными возможностями. Для наших целей мы будем следовать практике поставщиков Ethernet, которые используют слово «коммутатор» или, более конкретно, «коммутатор Ethernet» для описания устройств, соединяющих кадры Ethernet.

Хотя стандарт 802.1D предоставляет спецификации для соединения кадров локальной сети между портами коммутатора, а также для некоторых других аспектов базовой работы моста, стандарт также осторожен, чтобы не указывать такие вопросы, как производительность моста или коммутатора или то, как коммутаторы должен быть построен. Вместо этого поставщики конкурируют друг с другом, предлагая коммутаторы по разным ценам и с разными уровнями производительности и возможностей.

Результатом стал большой и конкурентный рынок коммутаторов Ethernet, увеличивающий количество вариантов, которые у вас есть как у клиента.Широкий выбор моделей и возможностей коммутаторов может сбивать с толку. В главе 4 мы обсуждаем переключатели специального назначения и их использование.

Сети существуют для передачи данных между компьютерами. Для выполнения этой задачи сетевое программное обеспечение организует перемещаемые данные в кадры Ethernet. Кадры передаются по сетям Ethernet, а поле данных кадра используется для передачи данных между компьютерами. Кадры — это не что иное, как произвольные последовательности информации, формат которой определен в стандарте.

Формат кадра Ethernet включает в себя адрес назначения , адрес в начале, содержащий адрес устройства, на которое отправляется кадр. ^[] Затем идет адрес источника, содержащий адрес устройства, отправляющего фрейм. За адресами следуют различные другие поля, включая поле данных, которое переносит данные, передаваемые между компьютерами, как показано на рисунке 1-1.

Рисунок 1-1. Формат кадра Ethernet

Кадры определены на уровне 2 или уровне канала передачи данных семислойной сетевой модели взаимодействия открытых систем (OSI) .Семислойная модель была разработана для организации видов информации, передаваемой между компьютерами. Он используется для определения того, как эта информация будет отправляться, и для структурирования разработки стандартов передачи информации. Поскольку коммутаторы Ethernet работают с фреймами локальной сети на уровне канала передачи данных, вы иногда можете услышать их, называемые устройствами канального уровня, а также устройствами уровня 2 или коммутаторами уровня 2. ^[]

Коммутаторы Ethernet спроектированы таким образом, что их операции невидимы для устройств в сети, что объясняет, почему такой подход к соединению сетей также называется прозрачным мостом .«Прозрачный» означает, что когда вы подключаете коммутатор к системе Ethernet, никакие изменения в кадрах Ethernet, соединенных мостом, не вносятся. Коммутатор автоматически начнет работать, не требуя какой-либо настройки коммутатора или каких-либо изменений со стороны компьютеров, подключенных к сети Ethernet, что делает работу коммутатора прозрачной для них.

Далее мы рассмотрим основные функции, используемые в мосте, чтобы сделать возможным пересылку кадров Ethernet с одного порта на другой.

Коммутатор Ethernet управляет передачей кадров между портами коммутатора, подключенными к кабелям Ethernet, с использованием правил пересылки трафика , описанных в стандарте моста IEEE 802.1D. Перенаправление трафика основано на изучении адресов. Коммутаторы принимают решения о пересылке трафика на основе 48-битных адресов управления доступом к среде (MAC), используемых в стандартах LAN, включая Ethernet.

Для этого коммутатор изучает, какие устройства, называемые в стандарте станциями , находятся в каких сегментах сети, просматривая адреса источников во всех получаемых им кадрах.Когда устройство Ethernet отправляет фрейм, оно помещает в него два адреса. Эти два адреса — это адрес назначения устройства, на которое он отправляет фрейм, и адрес источника , который является адресом устройства, отправляющего фрейм.

Способ «обучения» коммутатора довольно прост. Как и все интерфейсы Ethernet, каждому порту на коммутаторе назначен уникальный заводской MAC-адрес . Однако, в отличие от обычного устройства Ethernet, которое принимает только адресованные ему кадры, интерфейс Ethernet, расположенный в каждом порту коммутатора, работает в беспорядочном режиме .В этом режиме интерфейс запрограммирован на прием всех кадров, которые он видит на этом порту, а не только кадров, которые отправляются на MAC-адрес интерфейса Ethernet на этом порту коммутатора.

По мере получения каждого кадра на каждом порту программное обеспечение коммутации смотрит на адрес источника кадра и добавляет этот адрес источника в таблицу адресов, которую поддерживает коммутатор. Таким образом коммутатор автоматически определяет, какие станции доступны на каких портах.

На Рис. 1-2 показан коммутатор, соединяющий шесть устройств Ethernet.Для удобства мы используем короткие номера для адресов станций вместо фактических 6-байтовых MAC-адресов. Когда станции отправляют трафик, коммутатор принимает каждый отправленный кадр и строит таблицу, более формально называемую базой данных пересылки , которая показывает, какие станции и на каких портах доступны. После того, как каждая станция передала хотя бы один кадр, коммутатор получит базу данных пересылки, такую ​​как показано в Таблице 1-1.

Рисунок 1-2. Изучение адреса в коммутаторе

Таблица 1-1.База данных переадресации, обслуживаемая коммутатором

Эта база данных используется коммутатором для принятия решения о пересылке пакетов в процессе, называемом адаптивная фильтрация .Без базы данных адресов коммутатор должен был бы отправлять трафик, полученный на любом заданном порту, через все другие порты, чтобы гарантировать, что он достиг своего пункта назначения. В базе данных адресов трафик фильтруется в соответствии с его адресатом. Коммутатор является «адаптивным» за счет автоматического изучения новых адресов. Эта способность к обучению позволяет вам добавлять новые станции в вашу сеть без необходимости вручную настраивать коммутатор, чтобы знать о новых станциях, или станциям, чтобы знать о коммутаторе. ^[]

Когда коммутатор получает кадр, предназначенный для адреса станции, который он еще не видел, коммутатор отправляет кадр на все порты, кроме порта, на который он прибыл. ^[] Этот процесс называется лавинной рассылкой и более подробно поясняется позже в разделе «Переполнение кадров».

После того, как коммутатор создал базу данных адресов, он получает всю информацию, необходимую для выборочной фильтрации и пересылки трафика. Пока коммутатор изучает адреса, он также проверяет каждый кадр, чтобы принять решение о пересылке пакета на основе адреса назначения в кадре.Давайте посмотрим, как решение о переадресации работает в коммутаторе с восемью портами, как показано на рисунке 1-2.

Предположим, что кадр отправляется со станции 15 на станцию ​​20. Поскольку кадр отправляется станцией 15, коммутатор считывает кадр через порт 6 и использует свою базу данных адресов, чтобы определить, какой из его портов связан с адресом назначения. в этом кадре. Здесь адрес назначения соответствует станции 20, а база данных адресов показывает, что для достижения станции 20 кадр должен быть отправлен через порт 2.

Каждый порт коммутатора может сохранять кадры в памяти перед их передачей по кабелю Ethernet, подключенному к порту. Например, если порт уже занят передачей, когда фрейм прибывает для передачи, то фрейм может удерживаться на короткое время, необходимое порту для завершения передачи предыдущего фрейма. Для передачи кадра коммутатор помещает кадр в очередь коммутации пакетов для передачи на порт 2.

Во время этого процесса коммутатор, передающий кадр Ethernet с одного порта на другой, не вносит изменений в данные, адреса или другие поля. базового кадра Ethernet.В нашем примере кадр передается в неизменном виде на порт 2 точно так же, как он был получен на порту 6. Таким образом, работа коммутатора прозрачна для всех станций в сети.

Обратите внимание, что коммутатор не будет пересылать кадр, предназначенный для станции, которая находится в базе данных пересылки, на порт, если этот порт не подключен к целевому назначению. Другими словами, трафик, предназначенный для устройства на данном порту, будет отправляться только на этот порт; никакие другие порты не увидят трафик, предназначенный для этого устройства.Эта логика коммутации сохраняет трафик изолированным только от тех кабелей или сегментов Ethernet, которые необходимы для получения кадра от отправителя и передачи этого кадра на устройство назначения.

Это предотвращает поток ненужного трафика в другие сегменты сетевой системы, что является основным преимуществом коммутатора. Это контрастирует с ранней системой Ethernet, где трафик с любой станции был замечен всеми другими станциями, независимо от того, хотели они данных или нет. Фильтрация трафика коммутатора снижает нагрузку на трафик, переносимую набором кабелей Ethernet, подключенных к коммутатору, тем самым более эффективно используя пропускную способность сети.

Коммутаторы автоматически удаляют записи в базе данных переадресации по истечении определенного периода времени — обычно пяти минут — если они не видят никаких кадров со станции. Следовательно, если станция не отправляет трафик в течение определенного периода времени, коммутатор удаляет запись о переадресации для этой станции. Это предохраняет базу данных пересылки от заполнения устаревшими записями, которые могут не соответствовать действительности.

Конечно, по истечении времени ожидания ввода адреса коммутатор не будет иметь никакой информации в базе данных для этой станции в следующий раз, когда коммутатор получит предназначенный для него кадр.Это также происходит, когда станция вновь подключается к коммутатору или когда станция была выключена и снова включается более чем через пять минут. Так как же коммутатор обрабатывает пересылку пакетов для неизвестной станции?

Решение простое: коммутатор пересылает кадр, предназначенный для неизвестной станции, на все порты коммутатора, кроме того, на котором он был получен, таким образом, лавинно передает кадр всем другим станциям. Флудинг фрейма гарантирует, что фрейм с неизвестным адресом назначения достигнет всех сетевых подключений и будет услышан правильным устройством назначения, предполагая, что он активен и находится в сети.Когда неизвестное устройство отвечает обратным трафиком, коммутатор автоматически узнает, на каком порту находится устройство, и больше не будет лавинно перенаправлять трафик на это устройство.

Широковещательный и многоадресный трафик

Помимо передачи кадров, направленных на один адрес, локальные сети могут отправлять кадры, направленные на групповой адрес, называемый многоадресным адресом , который может быть получен группой станций. Они также могут отправлять кадры, направленные на все станции, используя широковещательный адрес .Групповые адреса всегда начинаются с определенной битовой комбинации, определенной в стандарте Ethernet, что позволяет коммутатору определять, какие кадры предназначены для определенного устройства, а не для группы устройств.

Кадр, отправленный на адрес назначения многоадресной рассылки, может быть получен всеми станциями, настроенными на прослушивание этого адреса многоадресной рассылки. Программное обеспечение Ethernet, также называемое программным обеспечением «драйвер интерфейса», программирует интерфейс на прием кадров, отправленных на групповой адрес, так что интерфейс теперь является членом этой группы.Адрес интерфейса Ethernet, назначенный на заводе, называется одноадресным адресом , и любой данный интерфейс Ethernet может принимать одноадресные и многоадресные кадры. Другими словами, интерфейс может быть запрограммирован на прием кадров, отправленных на один или несколько групповых адресов многоадресной рассылки, а также кадров, отправленных на одноадресный MAC-адрес, принадлежащий этому интерфейсу.

Широковещательная и многоадресная пересылка

Широковещательный адрес — это специальная многоадресная группа: группа всех станций в сети.Пакет, отправленный на широковещательный адрес (адрес всех единиц), получает каждая станция в локальной сети. Поскольку широковещательные пакеты должны приниматься всеми станциями в сети, коммутатор достигнет этой цели путем лавинной рассылки широковещательных пакетов на все порты, кроме порта, на который он был получен, поскольку нет необходимости отправлять пакет обратно на исходное устройство. Таким образом, широковещательный пакет, отправленный любой станцией, достигнет всех других станций в локальной сети.

С многоадресным трафиком справиться труднее, чем с широковещательными кадрами.Более сложные (и обычно более дорогие) коммутаторы включают поддержку протоколов обнаружения групп многоадресной рассылки, которые позволяют каждой станции сообщать коммутатору об адресах групп многоадресной рассылки, которые она хочет услышать, поэтому коммутатор будет отправлять многоадресные пакеты только на порты. подключены к станциям, которые заявили о своей заинтересованности в приеме многоадресного трафика. Однако более дешевые коммутаторы, не имеющие возможности обнаруживать, какие порты подключены к станциям, прослушивающим данный многоадресный адрес, должны прибегать к лавинной рассылке многоадресных пакетов на все порты, кроме порта, на котором был получен многоадресный трафик, как и широковещательные пакеты.

Использование широковещательной и многоадресной передачи

Станции отправляют широковещательные и многоадресные пакеты по ряду причин. Сетевые протоколы высокого уровня, такие как TCP / IP, используют широковещательные или многоадресные кадры как часть процесса обнаружения адресов. Широковещательные и многоадресные рассылки также используются для динамического назначения адресов, которое происходит при первом включении станции и ей необходимо найти сетевой адрес высокого уровня. Многоадресная рассылка также используется некоторыми мультимедийными приложениями, которые отправляют аудио- и видеоданные в кадрах многоадресной рассылки для приема группами станций, а также многопользовательскими играми как способ отправки данных группе игроков.

Следовательно, типичная сеть будет иметь некоторый уровень широковещательного и многоадресного трафика. Пока количество таких кадров остается на разумном уровне, проблем не будет. Однако, когда многие станции объединены коммутаторами в одну большую сеть, широковещательная и многоадресная лавинная рассылка коммутаторов может привести к значительному объему трафика. Большой объем широковещательного или многоадресного трафика может вызвать перегрузку сети, поскольку каждое устройство в сети должно принимать и обрабатывать широковещательные рассылки и определенные типы многоадресных рассылок; при достаточно высоких скоростях передачи пакетов могут возникнуть проблемы с производительностью станций.

Потоковые приложения (видео), отправляющие многоадресную рассылку с высокой скоростью, могут генерировать интенсивный трафик. Системы резервного копирования и дублирования дисков, основанные на многоадресной рассылке, также могут генерировать большой трафик. Если этот трафик в конечном итоге будет перенаправлен на все порты, сеть может перегружаться. Один из способов избежать этой перегрузки — ограничить общее количество станций, подключенных к одной сети, чтобы скорость широковещательной и многоадресной передачи не становилась настолько высокой, чтобы создавать проблемы.

Другой способ ограничить скорость многоадресных и широковещательных пакетов — разделить сеть на несколько виртуальных локальных сетей (VLAN) .Еще один способ — использовать маршрутизатор, также называемый коммутатором уровня 3. Поскольку маршрутизатор не пересылает автоматически широковещательные и многоадресные рассылки, это создает отдельные сетевые системы. ^[] Эти методы управления распространением многоадресных и широковещательных рассылок обсуждаются в Главе 2 и Главе 3 соответственно.

До сих пор мы видели, как один коммутатор может пересылать трафик на основе динамически создаваемой базы данных переадресации. Основная трудность этой простой модели работы коммутатора заключается в том, что множественные соединения между коммутаторами могут создавать петли, приводящие к перегрузке и перегрузке сети.

Конструкция и работа Ethernet требует, чтобы между любыми двумя станциями мог существовать только один путь передачи пакетов. Ethernet растет за счет расширения ветвей в сети с топологией , называемой древовидной структурой, которая состоит из нескольких коммутаторов, ответвляющихся от центрального коммутатора. Опасность заключается в том, что в достаточно сложной сети коммутаторы с несколькими соединениями между коммутаторами могут создавать в сети кольцевые пути.

В сети с коммутаторами, соединенными вместе, чтобы сформировать петлю пересылки пакетов, пакеты будут бесконечно циркулировать по петле, создавая очень высокий уровень трафика и вызывая перегрузку.

Зацикленные пакеты будут циркулировать с максимальной скоростью сетевых каналов, пока скорость трафика не станет настолько высокой, что сеть не станет насыщенной. Широковещательные и многоадресные кадры, а также одноадресные кадры неизвестным адресатам обычно лавинно рассылаются на все порты базового коммутатора, и весь этот трафик будет циркулировать в таком цикле. После образования петли этот режим отказа может произойти очень быстро, в результате чего сеть будет полностью занята отправкой широковещательных, многоадресных и неизвестных кадров, и станциям будет очень трудно отправлять фактический трафик.

К сожалению, таких петель, как пунктирный путь, показанный стрелками на рис. 1-3, слишком легко реализовать, несмотря на все ваши попытки их избежать. По мере того, как сети разрастаются и включают в себя все больше коммутаторов и коммутационных шкафов, становится трудно точно знать, как все соединено между собой, и не дать людям по ошибке создать замкнутый контур.

Рисунок 1-3. Петля пересылки между коммутаторами

Хотя петля на чертеже должна быть очевидной, в достаточно сложной сетевой системе любому, кто работает в сети, может быть сложно узнать, подключены ли коммутаторы таким образом, чтобы петлевые пути.Стандарт моста IEEE 802.1D предоставляет протокол связующего дерева, чтобы избежать этой проблемы, автоматически подавляя петли пересылки.

Назначение протокола связующего дерева (STP) — позволить коммутаторам автоматически создавать набор путей без петель, даже в сложной сети с несколькими путями, соединяющими несколько коммутаторов. Он предоставляет возможность динамически создавать древовидную топологию в сети, блокируя пересылку любых пакетов на определенных портах, и гарантирует, что набор коммутаторов Ethernet может автоматически настраиваться для создания путей без петель.Стандарт IEEE 802.1D описывает работу связующего дерева, и каждый коммутатор, заявляющий о соответствии стандарту 802.1D, должен включать возможность связующего дерева. ^[]

Работа алгоритма связующего дерева основана на сообщениях конфигурации, отправляемых каждым коммутатором в пакетах, называемых блоками данных протокола моста или BPDU. Каждый пакет BPDU отправляется на многоадресный адрес назначения, назначенный для операции связующего дерева. Все коммутаторы IEEE 802.1D присоединяются к группе многоадресной рассылки BPDU и прослушивают кадры, отправленные на этот адрес, так что каждый коммутатор может отправлять и получать сообщения конфигурации связующего дерева. ^[]

Процесс создания связующего дерева начинается с использования информации в сообщениях конфигурации BPDU для автоматического выбора корневого моста . Выбор основан на идентификаторе моста (BID), который, в свою очередь, основан на комбинации настраиваемого значения приоритета моста (32768 по умолчанию) и уникального MAC-адреса Ethernet, назначенного каждому мосту для использования процессом связующего дерева. называется системный MAC. Мосты отправляют друг другу пакеты BPDU, и мост с самым низким BID автоматически выбирается в качестве корневого моста.

Если для приоритета моста было оставлено значение по умолчанию 32 768, тогда мост с наименьшим числовым значением Ethernet-адреса будет выбран в качестве корневого моста. ^[] В примере, показанном на рисунке 1-4, коммутатор 1 имеет самый низкий BID, и конечный результат процесса выбора связующего дерева состоит в том, что коммутатор 1 стал корневым мостом. Выбор корневого моста создает основу для остальных операций, выполняемых протоколом связующего дерева.

Выбор пути с наименьшей стоимостью

После выбора корневого моста каждый некорневой мост использует эту информацию, чтобы определить, какой из его портов имеет наименее затратный путь к корневому мосту, а затем назначает этот порт корневым. порт (RP).Все остальные мосты определяют, какой из их портов, подключенных к другим каналам, имеет наименее затратный путь к корневому мосту. Мосту с наименее затратным путем назначается роль назначенного моста (DB), а порты в DB назначаются как назначенные порты (DP).

Рисунок 1-4. Операция связующего дерева

Стоимость пути основана на скорости, с которой работают порты, при этом более высокие скорости приводят к более низким затратам. Когда пакеты BPDU проходят через систему, они накапливают информацию о количестве портов, через которые они проходят, и о скорости каждого порта.Пути с более медленными портами будут иметь более высокие затраты. Общая стоимость данного пути через несколько коммутаторов — это сумма затрат всех портов на этом пути.

Подсказка

Если существует несколько путей к корню с одинаковой стоимостью, то будет использоваться путь, подключенный к мосту с наименьшим идентификатором моста.

В конце этого процесса мосты выбрали набор корневых портов и назначенных портов, что позволяет мостам удалять все кольцевые пути и поддерживать дерево пересылки пакетов, которое охватывает весь набор устройств, подключенных к сети. , отсюда и название «протокол связующего дерева».”

После того, как процесс связующего дерева определил состояние порта, комбинация корневых портов и назначенных портов предоставляет алгоритму связующего дерева информацию, необходимую для определения наилучших путей и блокировки всех остальных путей. Пересылка пакетов на любом порту, который не является корневым портом или назначенным портом, отключена , блокируя пересылку пакетов на этот порт.

Пока заблокированные порты не пересылают пакеты, они продолжают получать BPDU. Заблокированный порт показан на рис. 1-4 с буквой «B», указывающей, что порт 10 на коммутаторе 3 находится в режиме блокировки и что канал не пересылает пакеты. Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) отправляет пакеты BPDU каждые две секунды для отслеживания состояния сети, и заблокированный порт может стать разблокированным при обнаружении изменения пути.

Состояния портов связующего дерева

Когда активное устройство подключено к порту коммутатора, порт проходит через ряд состояний при обработке любых BPDU, которые он может получить, и процесс связующего дерева определяет, в каком состоянии должен находиться порт. в любой момент времени. Два состояния называются прослушивание и обучение , во время которых процесс связующего дерева прослушивает BPDU, а также изучает адреса источника из любых полученных кадров.

На рисунке 1-5 показаны состояния порта связующего дерева, которые включают следующее:

Отключено

Порт в этом состоянии был намеренно отключен администратором или автоматически отключен из-за разрыва соединения. Это также может быть порт, который вышел из строя и больше не работает. В отключенное состояние можно войти или выйти из любого другого состояния.

Блокировка

Порт, который включен, но не является корневым или назначенным портом, может вызвать петлю коммутации, если он был активен.Чтобы этого избежать, порт переводится в состояние блокировки. Данные станции не отправляются и не принимаются через блокирующий порт. После инициализации порта (соединение устанавливается, включается питание) порт обычно переходит в состояние блокировки. После обнаружения через BPDU или тайм-ауты того, что порту может потребоваться стать активным, порт перейдет в состояние прослушивания на пути к состоянию пересылки. Блокирующий порт также может перейти в состояние пересылки, если другие ссылки не работают. Данные BPDU все еще принимаются, пока порт находится в состоянии блокировки.

Прослушивание

В этом состоянии порт отбрасывает трафик, но продолжает обрабатывать пакеты BPDU, полученные через порт, и воздействует на любую новую информацию, которая может привести к возврату порта в заблокированное состояние. На основе информации, полученной в блоках BPDU, порт может перейти в состояние обучения. Состояние прослушивания позволяет алгоритму связующего дерева решить, могут ли атрибуты этого порта, такие как стоимость порта, привести к тому, что порт станет частью связующего дерева или вернется в состояние блокировки.

Обучение

В этом состоянии порт еще не пересылает кадры, но изучает адреса источника из всех полученных кадров и добавляет их в базу данных фильтрации. Коммутатор заполнит таблицу MAC-адресов пакетами, полученными через порт (до истечения таймера), прежде чем перейти в состояние пересылки.

Пересылка

Это рабочее состояние, в котором порт отправляет и принимает данные станции. Входящие BPDU также отслеживаются, чтобы мост мог определить, нужно ли ему перевести порт в состояние блокировки, чтобы предотвратить образование петли.

Рисунок 1-5. Состояния портов связующего дерева

В исходном протоколе связующего дерева состояния прослушивания и обучения длились 30 секунд, в течение которых пакеты не пересылались. В новом протоколе Rapid Spanning Tree Protocol можно назначить тип порта «граница» для порта, что означает, что порт, как известно, подключен к конечной станции (пользовательский компьютер, VoIP-телефон, принтер и т. Д.) И не к другому переключателю. Это позволяет конечному автомату RSTP обходить процессы обучения и прослушивания на этом порту и немедленно переходить в состояние пересылки.Разрешение станции немедленно начать отправку и получение пакетов помогает избежать таких проблем, как тайм-ауты приложений на пользовательских компьютерах при их перезагрузке. ^[] Хотя это и не требуется для работы RSTP, полезно вручную настроить граничные порты RSTP с их типом порта, чтобы избежать проблем на компьютерах пользователей. Установка типа порта на граничный также означает, что RSTP не нужно отправлять пакет BPDU при изменении состояния канала (соединение вверх или вниз) на этом порту, что помогает уменьшить объем трафика связующего дерева в сети.

Подсказка

Изобретатель протокола связующего дерева, Радия Перлман, написала стихотворение, описывающее, как это работает. ^[] При чтении стихотворения полезно знать, что с точки зрения математики сеть может быть представлена ​​как тип графа, называемого сеткой, и что цель протокола связующего дерева — превратить любую заданную сетевую сетку в дерево. структура без петель, охватывающая весь набор сегментов сети.

Думаю, я никогда не увижу
График красивее дерева.
Дерево, ключевое свойство которого
— это соединение без петель.
Дерево, которое должно обязательно охватывать
Чтобы пакеты могли достигать любой LAN.
Сначала необходимо выбрать корень.
По ID он избран.
Трассируются пути с наименьшей стоимостью от корня.
В дереве размещены эти пути.
Сетка создается такими же людьми, как я,
Затем мосты находят остовное дерево.

— Радиа Перлман Алгорим

Это краткое описание предназначено только для предоставления основных концепций, лежащих в основе работы системы.Как и следовало ожидать, есть больше деталей и сложностей, которые не описаны. Полная информация о том, как работает конечный автомат связующего дерева, описана в стандартах IEEE 802.1, с которыми можно ознакомиться для более полного понимания протокола и того, как он функционирует. Подробные сведения об улучшениях связующего дерева для конкретных поставщиков можно найти в документации поставщика. См. Приложение A для ссылок на дополнительную информацию.

Исходный протокол связующего дерева, стандартизированный в IEEE 802.1D определил единый процесс связующего дерева, работающий на коммутаторе, управляющий всеми портами и виртуальными локальными сетями с помощью одного конечного автомата связующего дерева. Ничто в стандарте не запрещает поставщику разрабатывать собственные усовершенствования в развертывании связующего дерева. Некоторые поставщики создали свои собственные реализации, в одном случае предоставляя отдельный процесс связующего дерева для каждой VLAN. Этот подход был использован Cisco Systems для версии, которую они называют связующим деревом для каждой VLAN (PVST).

Стандартный протокол связующего дерева IEEE развивался на протяжении многих лет.Обновленная версия, получившая название Rapid Spanning Tree Protocol, была определена в 2004 году. Как следует из названия, Rapid Spanning Tree увеличила скорость работы протокола. RSTP был разработан для обеспечения обратной совместимости с исходной версией связующего дерева. Стандарт 802.1Q включает как RSTP, так и новую версию связующего дерева под названием Multiple Spanning Tree (MST), которое также разработано для обеспечения обратной совместимости с предыдущими версиями. ^[] MST обсуждается далее в разделе «Виртуальные локальные сети».

При построении сети с несколькими коммутаторами вам необходимо обратить особое внимание на то, как поставщик ваших коммутаторов развернул связующее дерево, а также на версию связующего дерева, которую используют ваши коммутаторы. Наиболее часто используемые версии, классический STP и более новый RSTP, совместимы и не требуют настройки, что приводит к операции «подключи и работай».

Прежде чем вводить новый коммутатор в работу в сети, внимательно прочтите документацию поставщика и убедитесь, что вы понимаете, как все работает.Некоторые поставщики могут не включать связующее дерево по умолчанию для всех портов. Другие поставщики могут реализовать специальные функции или версии связующего дерева для конкретных поставщиков. Как правило, поставщик будет усердно работать, чтобы убедиться, что его реализация связующего дерева «просто работает» со всеми другими коммутаторами, но существует достаточно вариаций в функциях и конфигурации связующего дерева, при которых вы можете столкнуться с проблемами. Чтение документации и тестирование новых коммутаторов перед их развертыванием в сети может помочь избежать любых проблем.

Twilio имеет набор инструментов, которые могут контролировать сеть и качество связи. Мы называем этот пакет Voice Insights.

Insights может предупреждать (и регистрировать) большие потери пакетов, а также другие распространенные причины плохого качества связи, такие как задержка или дрожание. Он также вычисляет мета-оценки, такие как отброшенные звонки и средние оценки мнений. Подробнее о Voice Insights читайте здесь.

Если вам нужна помощь в настройке Twilio, чтобы исправить слишком большое количество отброшенных пакетов или другие проблемы, обратитесь в службу поддержки.Наши специалисты могут помочь вам оптимизировать настройку голоса или видео.

1.3 Коммутация каналов и пакетов

Подразделы

Если бы нужно было дать очень сжатое описание того, как работает Интернет, можно было бы сказать, что он состоит из конечных хостов и маршрутизаторов, соединенных между собой ссылками, как показано на рисунке 1.4. Более подробно, Интернет — это сеть с коммутацией пакетов с промежуточным хранением, которая использует поэтапную маршрутизацию и предоставляет сетевые услуги наилучшего качества. Эта технология была выбрана потому, что она позволила создать надежную сеть, которая эффективно использовала сетевые ресурсы [11,43,172,14].

Однако настоящий Интернет сложнее этого, и если мы присмотримся, то обнаружим, что в Интернете много коммутации каналов, как показано на рисунке 1.5. У нас есть коммутаторы цепей как в сетях доступа (выделенные линии, DSL и телефонные модемы), так и в ядре сети (SONET / SDH и DWDM). Этот рисунок также показывает размеры рынка в 2001 году и показывает, насколько значительны размеры рынка для сегментов, использующих коммутацию цепей.

Нынешнее сочетание коммутации пакетов и каналов в Интернете обусловлено историческими причинами. На заре Интернета, когда два провайдера Интернет-услуг (ISP) в разных и удаленных местах хотели соединиться друг с другом, они арендовали соединение у единственных компаний, у которых была сеть на всей территории континента, то есть междугородная телефонные компании, и эти компании всегда основывали свои услуги на чистой коммутации каналов.Точно так же периферийные каналы были одним из немногих вариантов, с помощью которых интернет-провайдер смог добраться до своих клиентов, а именно, используя существующую инфраструктуру местной телефонной компании.

Учитывая текущую ситуацию, можно задать два связанных вопроса.Во-первых, подходит ли эта гибридная архитектура для сетевой архитектуры? Если бы нам пришлось перестроить Интернет с нуля и с неограниченными средствами, выбрали бы мы решение, основанное только на коммутации пакетов, только коммутации каналов или на их сочетании? Во-вторых, учитывая, что строительство новой сети было бы слишком дорогостоящим, как может существующий унаследованный Интернет развиваться в будущем? Будет ли сеть по-прежнему следовать гибридной модели, как сегодня, или она изменится? Этим двум вопросам и посвящена первая часть диссертации.Я сделаю вывод, что имеет смысл использовать коммутацию каналов в ядре и коммутацию пакетов на границах сети.

В настоящее время каналы, которые мы находим в Интернете, рассматриваются IP как статические двухточечные ссылки уровня 2. Другими словами, части сети с коммутацией каналов и пакетов полностью разделены, и изменения в шаблонах IP-трафика не вызывают автоматической реконфигурации каналов, по которым передается IP. Обычно каналы предоставляются вручную либо оператором сети (каналы в ядре), либо конечным пользователем (каналы как линии доступа).Это также означает, что временная шкала, в которой работают схемы, намного больше, чем у пакетов.

Мы могли бы более эффективно использовать сетевые ресурсы, если бы могли интегрировать мир каналов с миром пакетов таким образом, чтобы каналы следовали в реальном времени за колебаниями трафика с коммутацией пакетов. В этой диссертации я делаю два предложения о том, как интегрировать эти две технологии эволюционным образом, без изменения существующих конечных хостов и маршрутизаторов. Один подход использует мелкозернистые, легкие схемы; в другом используются крупнозернистые, тяжелые схемы (например, оптические волны).

Существует третье семейство сетей, в которых используются виртуальные каналы, такие как ATM или MPLS. Это семейство пытается получить лучшее из двух миров: с одной стороны, требуется статистическое мультиплексирование коммутации пакетов. С другой стороны, управление трафиком и качество обслуживания коммутации каналов. Несмотря на свое название, виртуальные каналы по сути являются ориентированной на соединение версией коммутации пакетов; он пересылает информацию в виде пакетов (иногда называемых ячейками), но сохраняет состояние соединения, связанное с каждым потоком.Напротив, IP основан на коммутации пакетов без установления соединения, при которой состояние каждого потока не сохраняется. Коммутаторы, использующие виртуальные цепи, сложно спроектировать; у них есть проблемы масштабируемости как тракта передачи данных коммутации пакетов, так и управления состоянием и сигнализации коммутации каналов. Таким образом, виртуальные схемы больше не будут изучаться в этой диссертации.

В начале 90-х между IP и ATM шла гонка за доминирование в сетях передачи данных. В конце концов, IP-маршрутизаторы преобладали над коммутаторами ATM отчасти потому, что первые были проще и, следовательно, быстрее выходили на рынок и легче настраивались.Напротив, MPLS работает чуть ниже IP, а не конкурирует с ним, и это попытка выполнить простую инженерию трафика в Интернете. Лишь недавно MPLS начал широко развертываться с некоторыми магистральными операторами [34].

RFC 970 — на пакетных коммутаторах с бесконечным хранилищем

Сетевая рабочая группа Джон Нэгл
Запрос комментариев: 970 FACC Palo Alto
                                                           Декабрь 1985 г.

                На пакетных коммутаторах с бесконечным хранилищем


Статус этого меморандума

   Цель этого RFC - сфокусировать обсуждение на конкретных проблемах.
   в ARPA-Интернете и возможные методы решения.Нет предложенных
   решения в этом документе предназначены в качестве стандартов для
   ARPA-Интернет в это время. Скорее, есть надежда, что генерал
   появится консенсус относительно подходящего решения для таких
   проблемы, ведущие в конечном итоге к принятию стандартов.
   Распространение этой памятки не ограничено.

Абстрактный

   Большинство предшествующих работ по перегрузке в системах дейтаграмм сосредоточено на буфере.
   управление. Нам кажется полезным рассмотреть случай пакета
   свитч с бесконечным хранилищем.Такой коммутатор пакетов никогда не закончится
   буферов. Однако он все еще может быть перегружен. Значение
   исследуется перегрузка в системе с бесконечным хранилищем. Мы демонстрируем
   неожиданный результат, что сеть дейтаграмм с бесконечным хранилищем,
   очереди по принципу «первым пришел - первым обслужен», по крайней мере, два коммутатора пакетов и
   конечное время жизни пакета при перегрузке отбрасывает все пакеты. От
   решая проблему перегрузки для случая бесконечного хранения, мы
   Откройте для себя новые решения, применимые к коммутаторам с ограниченным объемом памяти.Вступление

   Коммутация пакетов была впервые представлена ​​в эпоху, когда компьютерные данные
   хранилище было на несколько порядков дороже, чем оно есть
   Cегодня. Вначале прилагались напряженные усилия для создания пакетной
   переключатели с минимальным объемом памяти, необходимым для работы.
   Проблема контроля перегрузки обычно считалась одной из
   предотвращения исчерпания буфера в коммутаторах пакетов. Мы берем
   другой взгляд здесь. Мы решили начать наш анализ с предположения, что
   наличие бесконечной памяти.Это заставляет нас смотреть на заторы
   со свежей точки зрения. Мы больше не беспокоимся о том, когда блокировать или
   какие пакеты отбрасывать; вместо этого мы должны думать о том, как мы хотим
   система для выполнения.

   Системы с чистыми дейтаграммами особенно подвержены проблемам с перегрузкой.
   Механизмы блокировки, обеспечиваемые системами виртуальных цепей:
   отсутствующий. Нет полностью эффективных решений проблемы перегрузки в чистой дейтаграмме
   системы известны. Большинство существующих систем дейтаграмм плохо себя ведут под
   перегрузка.Мы покажем, что можно добиться существенного прогресса в




Нэгл [Страница 1] 

RFC 970, декабрь 1985 г.
На пакетных коммутаторах с бесконечным хранилищем


   проблема контроля перегрузки даже для чистых систем дейтаграмм, когда
   проблема определяется как определение порядка передачи пакетов,
   а не выделение буферного пространства.

Пакетный коммутатор с бесконечным хранилищем

   Начнем с описания простого пакетного коммутатора с бесконечным
   место хранения.Коммутатор имеет входящие и исходящие ссылки. Каждая ссылка имеет
   фиксированная скорость передачи данных. Не все ссылки должны иметь одинаковые данные
   показатель. Пакеты приходят по входящим ссылкам и сразу назначаются
   исходящий канал с помощью какого-либо механизма маршрутизации, который здесь не рассматривается. Каждый
   исходящая ссылка имеет очередь. Пакеты удаляются из этой очереди и
   отправлено по исходящей ссылке со скоростью передачи данных для этой ссылки. Первоначально,
   мы будем предполагать, что очереди управляются в порядке очереди.
   манера.

   Мы предполагаем, что у пакетов есть конечное время жизни.В DoD IP
   протоколу, у пакетов есть поле времени жизни, которое представляет собой количество
   секунд, оставшихся до момента, когда пакет должен быть отброшен как
   неинтересно. По мере прохождения пакета по сети это поле
   уменьшается; если он становится равным нулю, пакет необходимо отбросить.
   Начальное значение для этого поля фиксировано; в протоколе DoD IP,
   это значение по умолчанию 15.

   Механизм времени жизни предотвращает рост очередей без
   граница; когда очереди становятся достаточно длинными, пакеты будут
   перед отправкой.Это накладывает верхнюю границу на общий размер
   всех очередей; эта граница определяется общей скоростью передачи данных для
   все входящие ссылки и верхний предел времени жизни.

   Однако это не устраняет заторов. Посмотрим, почему.

   Рассмотрим простой узел с одной входящей ссылкой и одной исходящей ссылкой.
   Предположим, что скорость поступления пакетов в узел превышает скорость отправления.
   показатель. Затем длина очереди для исходящей ссылки будет увеличиваться до тех пор, пока
   время прохождения через очередь превышает время жизни
   входящие пакеты.На данный момент, поскольку процесс, обслуживающий исходящие
   ссылка удаляет пакеты из очереди, иногда находит пакет
   поле времени жизни которого уменьшено до нуля. В таком
   случае, он отбросит этот пакет и попытается снова со следующим
   пакет в очереди. Пакеты с ненулевым полем времени жизни будут
   передаваться по исходящей ссылке.

   Пакеты, которые действительно передаются, имеют ненулевое время жизни
   значения. Но как только достигается устойчивое состояние при перегрузке,
   эти значения будут небольшими, так как пакет был на
   очередь на немного меньше максимального времени жизни.Фактически, если


Нэгл [Страница 2] 

RFC 970, декабрь 1985 г.
На пакетных коммутаторах с бесконечным хранилищем


   частота вылета больше одного на живую единицу,
   время жизни любого пересылаемого пакета будет ровно одному. Этот
   следует из наблюдения, что если более одного пакета отправляется за
   единицы времени жизни, последовательные пакеты в очереди будут иметь
   значения времени жизни, которые отличаются не более чем на 1.Таким образом, как
   компонент коммутатора пакетов, который удаляет пакеты из очереди
   и либо отправляет их, либо отбрасывает их по мере истечения срока действия, он будет
   найти пакеты с отрицательным или нулевым временем существования значений (которые
   он будет отбрасывать) или пакеты со значением 1, которые он отправит.

   Итак, достаточно ясно, что на следующем узле системы коммутации пакетов,
   время жизни всех поступающих пакетов будет равно 1. Поскольку
   мы всегда уменьшаем время жизни как минимум на 1 в каждом
   узел, чтобы гарантировать, что значение времени жизни уменьшается по мере
   пакет проходит по сети, в этом случае мы уменьшим его
   на ноль для каждого входящего пакета, а затем этот пакет будет отброшен.Таким образом, мы показали, что сеть дейтаграмм с бесконечным хранилищем,
   очереди по принципу "первым пришел - первым обслужен", а конечное время жизни пакета будет ниже
   перегрузка, сбросить все пакеты. Это довольно неожиданный результат. Но
   это вполне реально. Это не артефакт бесконечного буфера
   предположение. Проблема все еще возникает в сетях с конечным
   хранения, но эффекты менее отчетливы. Сети дейтаграмм
   как известно, плохо себя ведут при перегрузке, но анализ этого
   поведение отсутствовало.В случае бесконечного буфера анализ
   довольно просто, как мы показали, и мы получаем значительное понимание
   в проблему.

   Можно было бы ожидать, что это явление было открыто ранее.
   Но предыдущие работы по контролю перегрузки в системах с коммутацией пакетов
   почти всегда фокусируется на управлении буфером. Анализ
   случай бесконечного буфера, по-видимому, уникален для этого писателя.

   Этот результат напрямую применим к сетям с ограниченными ресурсами.
   Хранилище, необходимое для реализации коммутатора, которое никогда не иссякнет.
   Buffers оказывается вполне разумным.Рассмотрим чистый
   коммутатор дейтаграмм для сети типа ARPANET. В случае
   пакетный коммутатор с четырьмя звеньями 56 Кбайт и верхней границей
   время жизни 15 секунд, максимальное буферное пространство, которое когда-либо могло
   требуется 420 Кбайт <1>. Переключатель, снабженный этим, скорее
   скромный объем памяти никогда не требует сброса пакета из-за буфера
   истощение.

   Это проблема не только теоретическая. Мы это продемонстрировали
   экспериментально в нашей сети, используя супермини с несколькими
   мегабайты памяти в качестве переключателя.Теперь у нас есть экспериментальные доказательства
   что описанное выше явление имеет место на практике. Наш первый


Нэгл [Страница 3] 

RFC 970, декабрь 1985 г.
На пакетных коммутаторах с бесконечным хранилищем


   экспериментируйте, используя Ethernet на одной стороне коммутатора и 9600
   бод на другой линии, в результате чего 916 IP-дейтаграмм поставлены в очередь в
   переключение на пике. Однако мы применяли нагрузку через TCP.
   транспортное сообщение, и время ожидания транспортного сообщения истекло из-за
   чрезмерное время приема-передачи до того, как очередь достигла срока жизни
   limit, поэтому мы фактически не достигли стабильного состояния с очередью
   на максимальной длине, как и было предсказано нашим анализом выше.это
   интересно, что мы можем заставить это условие с позиции
   пользовательское приложение на транспортном уровне (TCP), и это заслуживает
   дальнейший анализ.

Взаимодействие с транспортными протоколами

   До сих пор мы предполагали, что источники пакетов излучают пакеты с фиксированной
   показатель. Это допустимая модель для определенных источников, таких как пакетная голосовая связь.
   системы. Системы, использующие транспортные протоколы ISO TP4 или DoD
   Класс TCP, однако, должен вести себя лучше. Ключевым моментом является
   что транспортные протоколы, используемые в системах дейтаграмм, должны вести себя в
   таким образом, чтобы не перегружать сеть, даже если в сети есть
   нет средств удержать их от этого.Это вполне возможно. В
   предыдущая статья автора [1], поведение TCP
   транспортный протокол в перегруженной сети. У нас есть
   показали, что реализация транспортного протокола с плохим поведением может
   причинить серьезный вред сети дейтаграмм, и обсуждалось, как такая
   реализация должна вести себя. В этой статье мы предложили некоторые
   конкретное руководство о том, как реализовать хорошо работающий TCP, и
   продемонстрировали, что правильное поведение может в некоторых случаях уменьшить
   нагрузка на порядок.Таким образом, выводы этого
   бумаги заключаются в том, что транспортный протокол, чтобы вести себя хорошо, не должен
   иметь время повторной передачи короче, чем текущее время приема-передачи
   между задействованными хостами, и что, когда сообщается сетью
   перегрузки, транспортный протокол должен предпринять шаги, чтобы уменьшить
   количество пакетов, ожидающих передачи в соединении.

   Здесь мы ссылаемся на нашу предыдущую работу, чтобы показать, что нагрузка на сеть
   налагается транспортным протоколом, не обязательно фиксируется
   спецификация протокола.Некоторые существующие реализации транспорта
   протоколы хорошие. Другие нет. Мы наблюдали широкий
   вариативность среди существующих реализаций TCP. У нас есть причина
   подозреваю, что реализации ISO TP4 будут более единообразными, учитывая
   большая жесткость спецификации, но мы видим достаточно простора
   в стандарте TP4, чтобы учесть значительную изменчивость. Мы
   подозреваю, что будут маргинальные реализации TP4, от
   точка зрения сети, так же как есть маргинальные реализации TCP
   Cегодня.Эти реализации обычно работают достаточно хорошо до тех пор, пока
   попросили работать в сильно загруженной сети со значительными
   задержки. Затем мы выясняем, какие из них хорошо себя ведут.


Нэгл [Страница 4] 

RFC 970, декабрь 1985 г.
На пакетных коммутаторах с бесконечным хранилищем


   Даже если все хосты в меру воспитаны, есть потенциал для
   беда. Каждый хост обычно может получить большую пропускную способность сети,
   передача большего количества пакетов в единицу времени, так как первый в, первый
   наша стратегия дает больше всего ресурсов отправителю
   пакеты.Но в совокупности, поскольку хосты перегружают сеть, общее
   пропускная способность падает. Как показано выше, пропускная способность может упасть до нуля.
   Таким образом, оптимальная стратегия для каждого хоста сильно неоптимальна для
   сеть в целом.

Теоретико-игровые аспекты перегрузки сети

   Этот теоретико-игровой взгляд на сети дейтаграмм приводит нас к отклонению.
   на стабильность многопользовательских игр. Системы, в которых оптимально
   стратегия для каждого игрока неоптимальна для всех игроков, о которых известно
   склонны к неоптимальному состоянию.Известная дилемма заключенного
   Задача теории игр является примером системы с этим свойством.
   Но более близким аналогом является трагедия проблемы общин в
   экономика. Где каждый может улучшить свое положение за счет
   использование большего количества бесплатного ресурса, но общий объем ресурса
   ухудшается по мере увеличения числа пользователей, личный интерес приводит к
   перегрузка ресурса и коллапс. Исторически этот анализ
   применялся к использованию общих пастбищ; это также относится к
   такие разнообразные ресурсы, как качество воздуха и системы разделения времени.В
   в целом, опыт показывает, что многопользовательские системы с этим типом
   нестабильности имеют тенденцию попадать в серьезные неприятности.

   Решения трагедии проблемы общин делятся на три
   классы: кооперативные, авторитарные и рыночные решения.
   Совместные решения, при которых каждый соглашается вести себя хорошо, являются
   подходит для небольшого количества игроков, но имеет тенденцию выходить из строя из-за
   количество игроков увеличивается. Авторитарные решения эффективны
   когда поведение можно легко отслеживать, но, как правило, терпят неудачу, если
   определение хорошего поведения тонкое.Возможно рыночное решение
   только если правила игры можно будет изменить так, чтобы оптимальные
   стратегия для игроков приводит к ситуации, оптимальной для всех.
   Там, где это возможно, рыночные решения могут быть весьма эффективными.

   Приведенный выше анализ в целом справедлив для игроков-людей. в
   сетевой случай, у нас есть интересная ситуация, когда игрок
   компьютер, выполняющий заранее запрограммированную стратегию. Но одно это не
   застраховать хорошее поведение; стратегию в компьютере можно запрограммировать
   для оптимизации производительности этого компьютера, независимо от сети
   соображения.Аналогичная ситуация и с автоматическим повторным набором номера.
   устройства в телефонии, где оборудование пользователя пытается улучшить
   производительность в перегруженной сети из-за быстрого повторного набора не удалось
   звонки. Поскольку средства настройки вызова являются ограниченными ресурсами в телефонной связи
   системы, это может серьезно повлиять на сеть; есть страны


Нэгл [Страница 5] 

RFC 970, декабрь 1985 г.
На пакетных коммутаторах с бесконечным хранилищем


   которые были вынуждены запретить такие устройства.(Бразилия, например).
   Это решение административным распоряжением иногда бывает эффективным и
   иногда нет, в зависимости от относительной власти административных
   авторитет и пользователи.

   Поскольку транспортные протоколы становятся все более коммерциализированными и конкурирующими
   системы доступны, мы должны ожидать увидеть попытки настроить
   протоколы способами, которые могут быть оптимальными с точки зрения
   один хост, но неоптимальный с точки зрения всего
   сеть. Признаки этого мы уже видим в транспортном протоколе.
   реализация одного популярного производителя рабочих станций.Итак, чтобы вернуться к нашему анализу объединенной сети на основе дейтаграмм,
   авторитарное решение потребовало бы, чтобы все хосты "хорошо себя вели"
   фиат; это может быть сложно, так как определение хорошо себя
   host с точки зрения его внешне наблюдаемого поведения тонок. А
   совместное решение сталкивается с той же проблемой, а также с трудными
   дополнительная проблема применения необходимого социального давления в
   распределенная система. Рыночное решение требует, чтобы мы заставили его платить
   вести себя хорошо.Для этого нам придется изменить правила
   игра.

Справедливость в системах коммутации пакетов

   Мы хотели бы защитить сеть от хостов, которые не
   хорошо себя ведет. Точнее, хотелось бы, чтобы при наличии
   как хорошо себя ведут, так и плохо себя ведут, чтобы гарантировать, что
   Хосты с хорошим поведением получают лучшее обслуживание, чем хосты с плохим поведением.
   Мы разработали средства для достижения этой цели.

   Рассмотрим сеть с высокой пропускной способностью
   локальные сети с чистой датаграммой без управления потоком (Ethernet и
   большинство IEEE 802.x системы дейтаграмм относятся к этому классу, независимо от того, основаны ли они на
   обнаружение носителя или передача токена), хосты подключены к этим локальным
   вычислительные сети и взаимосвязанная глобальная сеть, состоящая из
   пакетные коммутаторы и каналы дальней связи. Глобальная сеть может иметь
   внутренний контроль потока, но не имеет возможности навязывать обязательный поток
   контроль на исходных хостах. Министерство обороны США, Xerox Network Systems
   объединенные сети и сети, производные от них, соответствуют этой модели.

   Если какой-либо хост в локальной сети генерирует пакеты, перенаправленные на
   глобальная сеть со скоростью выше, чем может глобальная сеть
   поглотить их, перегрузка приведет к подключению коммутатора пакетов
   локальные и глобальные сети.Если пакет переключает очередь на
   строго по принципу "первым пришел - первым вышел", хост с плохим поведением
   мешать передаче данных другими, более ведущими
   хосты.


Нэгл [Страница 6] 

RFC 970, декабрь 1985 г.
На пакетных коммутаторах с бесконечным хранилищем


   Мы вводим понятие справедливости. Мы хотим, чтобы наши
   ярмарка коммутаторов пакетов; другими словами, каждый исходный хост должен иметь возможность
   для получения равной доли ресурсов каждого коммутатора пакетов.Мы можем сделать это, заменив одиночную очередь «первым пришел - первым ушел»
   связаны с каждой исходящей ссылкой с несколькими очередями, по одной для каждой
   исходный хост во всей сети. Мы обслуживаем эти очереди в
   циклический режим, принимая по одному пакету из каждой непустой очереди в
   повернуть и передать пакеты с положительным временем жизни значений
   на связанной исходящей ссылке, отбрасывая просроченные пакеты.
   Пустые очереди пропускаются и теряют свою очередь.

   Этот механизм честный; пропускная способность исходящего канала распределяется
   одинаково среди исходных хостов.Каждый исходный хост с пакетами в очереди
   в коммутаторе по указанному исходящему каналу попадает ровно один пакет
   отправляется по исходящей ссылке каждый раз, когда выполняется циклический цикл алгоритма циклического перебора.
   Итак, мы реализовали форму балансировки нагрузки.

   Мы также улучшили систему с точки зрения теории игр.
   Оптимальная стратегия для данного хоста - больше не отправлять столько
   пакетов по возможности. Оптимальная стратегия сейчас - отправлять пакеты по адресу
   скорость, при которой ровно один пакет ожидает отправки в каждом
   пакетный коммутатор, так как таким образом хост будет обслуживаться каждый раз
   алгоритм циклического перебора циклов, и пакеты хоста будут
   испытать минимальную транзитную задержку.Эта стратегия вполне
   приемлемо с точки зрения сети, поскольку длина каждого
   очередь обычно будет между 1 и 2.

   Хостам нужна консультативная информация из сети для оптимизации
   их стратегии. Существующий механизм Source Quench в DoD IP,
   хотя и минимальный, но достаточно, чтобы обеспечить это. Коммутаторы пакетов
   должен отправлять сообщение Source Quench на хост-источник всякий раз, когда
   количество пакетов в очереди для этого исходного хоста превышает некоторые
   небольшое значение, вероятно 2.Если хосты будут действовать так, чтобы трафик просто
   ниже точки, в которой получены сообщения Source Quench,
   сеть должна работать со средней длиной очереди менее 2 для каждого хоста.

   Хосты с плохим поведением могут отправлять все датаграммы, которые им нужны, но будут
   тем самым не увеличивая свою долю сетевых ресурсов. Все это
   произойдет то, что пакеты от таких хостов будут долго переживать
   время прохождения через сеть. Достаточно плохо себя ведет хозяин
   может отправить достаточно дейтаграмм, чтобы увеличить время прохождения до
   предел времени жизни, и в этом случае ни одна из его дейтаграмм не получит
   через.Этот эффект произойдет быстрее при правильной организации очереди, чем при
   очереди первым пришел, первым ушел, потому что хост с плохим поведением
   получить только долю полосы пропускания, обратно пропорциональную
   количество хостов, использующих коммутатор пакетов в настоящий момент. Это много



Нэгл [Страница 7] 

RFC 970, декабрь 1985 г.
На пакетных коммутаторах с бесконечным хранилищем


   меньше, чем доля, которую он имел бы при старой системе, где больше
   подробные хосты получили большую пропускную способность.Это дает сильную
   стимул для плохо себя ведущих хозяев улучшить свое поведение.

   Стоит отметить, что злонамеренные, а не просто
   плохо себя ведут, хосты, могут перегрузить сеть, используя множество
   разные адреса источников в их дейтаграммах, тем самым выдавая себя за
   большое количество разных хостов и получение большей доли
   пропускная способность сети. Это атака на сеть; это маловероятно
   случиться случайно. Таким образом, это проблема сетевой безопасности, и
   здесь не будет.Хотя мы сделали коммутаторы пакетов честными, мы тем самым не
   сделал сеть в целом честной. Это слабость нашего
   подход. Изложенная здесь стратегия наиболее применима к пакету
   переключаться в узкой точке сети, например, в узле входа широкого
   вычислительная сеть или межсетевой шлюз. Как стратегия применима к
   промежуточный узел большой сети с коммутацией пакетов, где
   пакеты от многих хостов в разных местах проходят через
   переключатель, он менее применим.Автор не утверждает, что
   Описанный здесь подход является полным решением проблемы
   перегрузка в сетях дейтаграмм. Тем не менее, он представляет собой решение
   серьезная проблема и направление дальнейшей работы над общим
   дело.

Выполнение

   Проблема ведения отдельной очереди для каждого хоста-источника для
   кажется, что каждая исходящая ссылка в каждом коммутаторе пакетов сначала добавляет
   значительно усложняет механизм очередей в пакете
   переключатели. Есть некоторая сложность, но манипуляции
   проще, чем требуемые, скажем, для сбалансированных бинарных деревьев.Одна простая реализация предполагает предоставление места для указателей в виде
   часть заголовка каждого буфера дейтаграммы. Очередь на каждый
   хост-источник должен быть связан только отдельно, а заголовки очереди (которые
   являются первым буфером каждой очереди) должны быть дважды связаны, чтобы
   мы можем удалить всю очередь, когда она пуста. Таким образом, нам понадобится три
   указатели в каждом буфере. Можно разработать более сложные стратегии, чтобы
   ускорить процесс при больших очередях. Но дополнительные
   сложность, наверное, не оправдана на практике.Учитывая ограниченный запас буфера, мы можем когда-нибудь столкнуться с буфером
   истощение. В таком случае мы должны отбросить пакет в конце
   самая длинная очередь, так как именно она будет передана
   последний. Это, конечно, неблагоприятно для хозяина с наибольшим количеством
   дейтаграмм в сети, что соответствует нашей цели
   справедливость.


Нэгл [Страница 8] 

RFC 970, декабрь 1985 г.
На пакетных коммутаторах с бесконечным хранилищем


Заключение

   Отказавшись от исторической зацикленности коммутации пакетов на
   управление буфером, мы по-новому взглянули на перегрузку
   контроль в системах дейтаграмм и разработанные решения для некоторых известных
   проблемы в реальных системах.Мы надеемся, что другие, учитывая этот новый
   понимание, продвинется к достижению реального прогресса в общих
   проблема перегрузки дейтаграммы.

Рекомендации

   [1] Нэгл, Дж. «Контроль перегрузки в сетях IP / TCP», ACM
        Обзор компьютерных коммуникаций, октябрь 1984 г.

Примечания редактора

   <1> Буферное пространство, необходимое только для одного 10 Мбит Ethernet с
        верхняя граница времени жизни 255 составляет 318 миллионов байт.































Нэгл [Страница 9]

 

Комбинированная коммутация цепей и коммутация пакетов Патенты и заявки на патенты (класс 370/352)

Номер патента: 10938660

Abstract: Примерный метод включает в себя идентификацию на основе принятой индикации, по крайней мере, первого сетевого устройства, которое должно быть переведено в режим обслуживания, определение информации об устройстве для первого сетевого устройства, отправку первому сетевому устройству, сначала информация о конфигурации, включенная в информацию об устройстве, чтобы заставить первое сетевое устройство переключиться в режим обслуживания и обеспечить переадресацию сетевого трафика от первого сетевого устройства ко второму сетевому устройству, в ответ на проверку того, что первое сетевое устройство перенаправило трафик, инициируя процедуры обслуживания на первом сетевом устройстве, в то время как первое сетевое устройство находится в режиме обслуживания, и отправка первому сетевому устройству второй информации о конфигурации, включенной в информацию об устройстве, чтобы заставить первое сетевое устройство выйти из режима обслуживания и включить возврат сетевого трафика со второго устройства на первое сетевое устройство.

Тип: Грант

Подано: 20 мая 2019 г.