Чтение онлайн

Процесс удовлетворения запросов и DOCSIS с низкой задержкой

Когда у кабельного модема появляются данные для передачи, он отправляет CMTS короткий запрос с информацией о количестве этих данных. Затем он ждет сообщения о выделении пропускной способности с описанием доступных отправителю возможностей для исходящей передачи.

Распределение полосы обеспечивается путем разделения исходящей передачи на дискретные интервалы, называемые мини-слотами (minislots). Мини-слот — это просто подходящая в данном случае единица времени для исходящего трафика, обычно с шагом увеличения 6,25 мкс. В первых версиях стандарта DOCSIS размер мини-слота должен был равняться произведению минимального приращения на степень двойки, однако в последних версиях это ограничение было снято. Регулируя размер мини-слотов, предоставленных конкретному служебному потоку, CMTS может тем самым обеспечивать QoS и приоритизацию для различных потоков трафика.

Как правило, QoS позволяет CMTS выделять больше пропускной способности отдельным кабельным модемам (предоставляя более качественный сервис абонентам, относящимся к более высокому классу обслуживания). В последних версиях стандарта DOCSIS также появилась возможность предоставления дифференцированного обслуживания для приложений, чувствительных к задержкам. В частности, новая версия протокола DOCSIS позволяет снизить величину задержки за счет использования спецификации под названием DOCSIS с низкой задержкой (Low-Latency DOCSIS, LLD). LLD учитывает то, что для многих интерактивных приложений (например, игр и видеоконференций) низкая задержка столь же важна, как и высокая пропускная способность. В существующих сетях DOCSIS значение задержки для некоторых потоков часто может быть достаточно большим, что может объясняться затратами времени на получение доступа к среде передачи данных и на формирование очереди.

LLD решает эти проблемы, уменьшая циклическую задержку, связанную с процессом удовлетворения запросов, а также используя две очереди (одна для чувствительного к задержкам трафика приложений, вторая — для нечувствительного). Уменьшение задержки процесса удовлетворения запросов позволяет CMTS сократить длительность планирования с 2–4 мс до 1 мс. Для полного устранения задержки, вызываемой удовлетворением запросов, LLD использует механизмы проактивного планирования выделения каналов сервисным потокам. LLD позволяет приложениям указать, имеются ли у них пакеты, которые нельзя поставить в очередь, используя маркировку поля дифференцированного обслуживания во фрейме DOCSIS. Более подробные сведения о LLD можно найти в работе Уайта (White, 2019).

4.7. Коммутация на канальном уровне

У многих организаций есть несколько LAN, которые желательно объединить. Может быть, удобно соединить их в одну большую LAN? Это можно сделать с помощью специальных устройств, называемых мостами (bridges). Коммутаторы Ethernet, описанные в разделе 4.3.4, — это современное название мостов. Они обеспечивают функциональность, которая выходит за рамки классического Ethernet и концентраторов Ethernet, — дают возможность соединить несколько LAN в большую и быструю сеть. Мы будем использовать термины «мост» и «коммутатор» как синонимы.

Мосты работают на канальном уровне. Они анализируют адреса, содержащиеся во фреймах этого уровня, и в соответствии с ними осуществляют маршрутизацию. Поскольку мосты не проверяют у фрейма поле Payload, они одинаково хорошо справляются как с пакетами IP, так и с другими типами пакетов, например AppleTalk. В отличие от мостов, маршрутизаторы анализируют адреса в пакетах и действуют, основываясь на этой информации, поэтому они могут работать только с теми протоколами, для которых предназначены.

В этом разделе мы изучим работу мостов и объединение с их помощью нескольких физических LAN в одну логическую. Кроме того, мы рассмотрим обратный процесс — разделение одной физической LAN на несколько логических, так называемых виртуальных LAN. Обе технологии предоставляют полезную гибкость в управлении сетями. Подробную информацию о мостах, коммутаторах и связанных с ними вопросами можно найти в работах Перлман (Perlman, 2000) и Юй (Yu, 2011).

4.7.1. Применение мостов

Прежде чем перейти к обсуждению мостов, рассмотрим несколько распространенных случаев их применения. Есть три причины, по которым в организации может появиться несколько LAN.

Во-первых, у многих подразделений университетов или корпораций есть свои LAN, соединяющие персональные компьютеры, серверы и другие устройства (например, принтеры). У разных факультетов и отделов свои цели, поэтому они создают собственные сети независимо друг от друга. Однако рано или поздно возникает потребность в коммуникации, и здесь на помощь приходят мосты. В данном примере несколько отдельных LAN образовалось из-за автономности их владельцев.

Во-вторых, организация может размещаться в нескольких зданиях на значительном расстоянии друг от друга. Скорее всего, выгоднее создать несколько отдельных LAN и затем соединить их с помощью мостов и нескольких магистральных оптоволоконных кабелей, вместо того чтобы протягивать все кабели к одному центральному коммутатору. Даже если кабели легко проложить, их длина ограниченна (например, максимум для витой пары Gigabit Ethernet составляет 200 м). Сеть не будет работать с более длинными кабелями из-за чрезмерного ослабления или задержки сигнала. Единственное решение — разделить LAN и соединить ее части с помощью мостов, увеличив общее физическое расстояние, на котором может работать сеть.

В-третьих, иногда необходимо логически разделить одну LAN на несколько отдельных сетей, соединенных мостами, чтобы снизить нагрузку. Например, во многих крупных университетах в сети объединены тысячи рабочих станций, на которых работают студенты и сотрудники. В компании также могут работать тысячи людей. Огромные масштабы не позволяют объединить все рабочие станции в одну локальную сеть — компьютеров больше, чем портов в любом Ethernet-концентраторе, а станций больше, чем может быть в одной классической сети Ethernet.

Даже если удастся соединить друг с другом все рабочие станции, добавление дополнительных станций в концентратор Ethernet или классическую сеть Ethernet не приведет к увеличению емкости. Все они будут совместно использовать ту же фиксированную полосу пропускания. Чем больше станций подключится, тем меньше будет средняя пропускная способность каждой из них.

С другой стороны, емкость двух отдельных LAN в два раза больше, чем одной сети. Мосты позволяют объединять сети, сохраняя их пропускную способность. Идея в том, чтобы не передавать трафик на порты, на которых он не требуется, тогда каждая LAN сможет работать на максимальной скорости. Данный принцип также повышает надежность. Поврежденный узел, непрерывно передающий поток бессмысленных данных, может нарушить работу всей сети. Решая, что пересылать, а что нет, мост действует как пожарные двери в здании, защищая всю систему от разрушения из-за одного ненормального узла.

Для наилучшего результата мосты должны быть полностью прозрачными. В идеале мы покупаем их, подключаем кабели LAN, и все сразу же идеально работает — без каких-либо изменений оборудования или ПО, без присвоения коммутаторам адресов, скачивания таблиц маршрутизации и т.п. Мы просто все соединяем и уходим по своим делам. Более того, необходимо, чтобы наличие мостов вообще не влияло на работу существующих LAN. Не должно быть заметной разницы, какой LAN (с мостами или без) принадлежат станции, — они должны легко перемещаться в любой из них.