Идеальная сеть

Будем считать, что сеть работает идеально, если она передает каждый бит ин­формации с постоянной задержкой, равной скорости распространения света в физической среде. Пусть каналы идеальной сети обладают некоторой конечной (а не бесконечной, как хотелось бы) пропускной способностью, поэтому источ­ник информации передает пакет в сеть не мгновенно, а за некоторое конечное время (которое равно, как мы уже знаем, частному от деления объема пакета в битах на пропускную способность канала доступа в сеть).

Результат передачи пакетов такой идеальной сетью иллюстрирует рис. 6.1. На верхней оси показаны значения времени поступления пакетов в сеть от узла от­правителя, а на нижнем — значения времени поступления пакетов в узел назна­чения. Другими словами, можно сказать, верхняя ось показывает предложенную нагрузку сети, а нижняя — результат передачи этой нагрузки через сеть. Мы от­считываем значения времени отправления и поступления от момента попадания первого бита пакета в сеть или в узел назначения соответственно.

Как видно из рисунка, идеальная сеть доставляет все пакеты узлу назначения:

□ не потеряв ни один из них (и не исказив информацию ни в одном из них);

□ в том порядке, в котором они были отправлены;

□ с одной и той же и минимально возможной задержкой (di = d₂ и т. д.).

Важно, что все интервалы между соседними пакетами сеть сохраняет в неизмен­ном виде. Например, если интервал между первым и вторым пакетами составля­ет при отправлении секунд, а между вторым и третьим — т₂, то такими же ин­тервалы останутся в узле назначения.

Надежная доставка всех пакетов с минимально возможной задержкой и сохра­нением временных интервалов между ними удовлетворит любого пользователя сети независимо от того, трафик какого приложения он передает по сети — веб- сервиса или 1Р-телефонии.

Теперь посмотрим, какие отклонения от идеала могут встречаться в реальной сети и какими характеристиками можно эти отклонения описывать (рис. 6.2).

Пакеты доставляются сетью узлу назначения с различными задержками. Как мы уже знаем, это неотъемлемое свойство сетей с коммутацией пакетов. Случайный характер процесса образования очереди приводит к случайным задержкам, при этом задержки отдельных пакетов могут быть значительными, в десятки раз пре­восходя среднюю величину задержек (dj ф d₂ * d₃ и т. д.). Неравномерность за­держек приводит к неравномерным интервалам между соседними пакетами. То есть изменяется характер временных соотношений между соседними пакетами, а это может катастрофически сказаться на качестве работы некоторых приложе­ний. Например, при цифровой передаче речи (или более обобщенно — звука),

Пакеты могут доставляться узлу назначения не в том порядке, в котором они были отправлены, например, на рис. 6.2 пакет 4 поступил в узел назначения раньше, чем пакет 3. Такие ситуации встречаются в дейтаграммных сетях, когда различ­ные пакеты одного потока передаются через сеть различными маршрутами, а сле­довательно, ожидают обслуживания в разных очередях с разным уровнем задер­жек. Очевидно, что пакет 3 проходил через перегруженный узел или узлы, так что его суммарная задержка оказалась настолько большой, что пакет 4 прибыл раньше него.

Пакеты могут теряться в сети или же приходить в узел назначения с искажен­ными данными, что равносильно потере пакета, так как большинство протоколов не может восстановить искаженные данные, а только определяет этот факт по значению контрольной последовательности кадра (Frame Check Sequence, FCS).

Средняя скорость информационного потока на входе узла назначения может от­личаться от средней скорости потока, направленного в сеть узлом отправителем. Виной этому являются не задержки пакетов, а их потери. Так, в примере, пока­занном на рис. 6.2, средняя скорость исходящего потока уменьшается из-за поте­ри пакета 5. Чем больше потерь и искажений пакетов происходит в сети, тем ниже скорость информационного потока.

Очевидно, что множество отдельных значений времени передачи каждого отдельного пакета в узел назначения дают исчерпывающую характеристику качества пере­дачи трафика сетью. Однако это слишком громоздкая и, более того, избыточная характеристика производительности сети. Для того чтобы представить характе­ристики качества передачи последовательности пакетов через сеть в компактной форме, применяются статистические методы. Статистические характеристики выявляют закономерности в поведении сети, которые устойчиво проявляются только на длительных периодах времени. Когда мы говорим о длительном пе­
риоде времени, то мы понимаем под этим период времени, в миллионы раз боль­ший, чем время передачи одного пакета, которое в современной сети измеряется микросекундами. Так, время передачи пакета Fast Ethernet составляет около 100 мкс, Gigabit Ethernet — около 10 мкс, ячейки ATM — от долей микросекун­ды до 3 мкс (в зависимости от скорости передачи). Поэтому для получения ус­тойчивых результатов нужно наблюдать поведение сети по крайней мере в тече­ние минут, а лучше — нескольких часов.

Существует две группы статистических характеристик, которые относятся к про­изводительности сети:

□ характеристики задержек пакетов;

□ характеристики скорости передачи данных.