Участники обратной связи

Существует несколько механизмов обратной связи. Они отличаются информа­цией, которая передается по обратной связи, а также тем, какой тип узла генери­рует эту информацию и кто реагирует на эту информацию — конечный узел (компьютер) или промежуточный (коммутатор или маршрутизатор).

Рис. 7.11. Участники обратной связи

На рис. 7.11 показаны различные варианты организации обратной связи.

Обратная связь 1 организована между двумя конечными узлами сети. Это наи­более радикальный способ снижения нагрузки на сеть, так как только конечный узел может снизить скорость поступления информации в сеть. Однако этот вид обратной связи не относят к методам контроля перегрузок, так как его назначе­ние — борьба с перегрузками узла назначения, а не с перегрузками сетевых уст­ройств. Принципиально эта та же самая проблема, так как она является следст­вием временного превышения скорости поступления пакетов в ресурс над скоростью обработки этих пакетов. Только ресурсом в данном случае выступает не коммутатор сети, а конечный узел. Но традиционно за этим видом обратной связи закрепилось собственное название — контроль потока. Устройства сети не принимают участие в работе этого вида механизма обратной связи, они только передают соответствующие сообщения между конечными узлами. Несмотря на разные названия, в методах контроля перегрузки и контроля потока используют­ся общие механизмы.

При организации обратной связи важно учитывать время передачи информации по сети. В высокоскоростных глобальных сетях за время передачи сообщения о перегрузке узла назначения узел-источник может успеть передать через сеть ты­сячи пакетов, так что перегрузка не будет ликвидирована вовремя. Из теории автоматического управления известно, что задержки в контуре обратной связи могут приводить ко многим нежелательным эффектам, прямо противополож­ным первоначальным целям. Например, в системе могут начаться колебательные процессы, и она никогда не сможет прийти в равновесное состояние. Подобные явления наблюдались на ранней стадии развития Интернета, когда из-за несо­вершенства алгоритмов обратной связи и алгоритмов маршрутизации в нем воз­никали участки перегрузок, которые периодически перемещались по сети. При­чина такой проблемы интуитивно понятна - задержка в контуре обратной связи приводит к тому, что регулирующий элемент получает устаревшую информацию о состоянии регулируемого элемента. В данном случае узел-источник получает информацию о состоянии очереди узла назначения с задержкой. Поэтому воз­можны ситуации, когда узел-источник начинает снижать скорость передачи ин­формации, когда в действительности очередь в узле назначения уже не сущест­вует, и, наоборот, повышать скорость передачи информации в тот момент, когда узел назначения начал испытывать перегрузку. Для борьбы с такими явлениями в контур обратной связи обычно вводится интегрирующий элемент, который на каждом шаге обрабатывает не только текущее сообщение обратной связи, но и несколько предыдущих сообщений, что позволяет учесть динамику изменения ситуации и реагировать адекватно.

Обратная связь 2 организована между двумя соседними коммутаторами. Ком­мутатор сообщает соседу, находящемуся выше по течению потока, что он испы­тывает перегрузку и его буфер заполнился до критической величины. Получив такое сообщение, сосед, расположенный выше по течению, должен снизить на некоторое время скорость передачи данных в направлении перегруженного ком­мутатора и тем самым решить проблему перегрузки. Это менее эффективное для сети в целом решение, так как поток будет продолжать течь от узла-источника с той же скоростью, что и раньше. Но для коммутатора, который испытывает пере­грузку, это является хорошим выходом, так как он получает время для того, что­бы разгрузить переполнившуюся очередь. Правда, проблема переносится в ком­мутатор, расположенный выше по течению, в котором теперь может возникнуть перегрузка, так как он начинает передавать данные из своего буфера с меньшей скоростью. Достоинством такого метода является низкая задержка обратной связи, так как узлы являются соседями (если они, конечно, не соединены спут­никовым каналом).

Обратная связь 3 организована между промежуточным коммутатором и узлом- источником. Сообщения обратной связи хотя и передаются несколькими комму­таторами сети в направлении узла-источника, но они на него не реагируют.

Обратная связь 4. Здесь, как и в случае обратной связи 1, сообщение о перегруз­ке порождается узлом назначения и передается узлу-источнику. Однако имеется и важное отличие: в данном случае каждый промежуточный коммутатор реаги­рует на это сообщение. Во-первых, он снижает скорость передачи данных в на­правлении узла назначения, во-вторых, он может изменить содержание сообще­ния. Например, если узел назначения просит снизить скорость до 30 Мбит/с, то промежуточный коммутатор может снизить эту величину до 20 Мбит/с, оценив состояние своего буфера. Кроме того, породить сообщение обратной связи мо­жет любой коммутатор сети, а не только узел назначения.

При описании различных вариантов организации обратной связи мы подразуме­вали, что сообщение о перегрузке идет в направлении, обратном направлению передачи пользовательской информации (собственно, поэтому этот механизм так и называется). Однако некоторые коммуникационные протоколы не предусмат­ривают возможности генерации подобных сообщений промежуточными узлами. В таких условиях часто используется искусственный прием — передача сообще­ния о перегрузке узлу назначения, который преобразует его в сообщение обрат­ной связи и отправляет в нужном направлении, то есть в направлении источни­ка. Этот вариант показан на рисунке как обратная связь 5.