Глава вторая. Передача управляющих сигналов

Поэтому для решения этих проблем в стандарты ANSI и ITU-T были включены различные механизмы передачи сигналов. В основе одних лежит использование битов в заголовке кадра Frame Relay (см. Рис.5), другие основаны на использовании некоторых каналов для интерфейса управления. В этой главе мы рассмотрим наиболее важные механизмы передачи сигналов.

Обеспечение эффективной работы сети Frame Relay

В общем случае использование механизмов управления необязательно. Однако, они существенно влияют на такие показатели сети как производительность, время ответа, эффективность использования каналов и оконечного оборудования пользователей.

Поэтому важно понимать, какие возможности предоставляют механизмы управления и как ими лучше воспользоваться. Одно из важных свойств сети - управление потоком, показано на рисунке 8.

Рис. 8 Управление потоком.

В случае возникновения перегрузки в точке А часть входящих кадров уничтожается. Если входная нагрузка продолжает увеличиваться, это приводит к серьезной перегрузке в точке B, где эффективная производительность сети начинает уменьшаться из-за многократной передачи одного и того же кадра. В случае серьезной перегрузки (блокировки) полная производительность сети может сильно упасть и единственный способ выхода из данного положения - уменьшение входящей нагрузки. В связи с этим были использованы несколько механизмов об уведомлении устройства пользователя о перегрузке. В этом случае устройство пользователя должно уменьшить объем передаваемой информации. В идеальном случае сеть должна отследить появление перегрузки в точке А и при помощи специальных возможностей предотвратить появление серьезной перегрузки в точке В.

Механизмы уведомления о перегрузке

Рассмотрим принцип работы этих механизмов (конкретные механизмы подробно разъясняются в Приложении к T1. 606).

Биты явного уведомления о перегрузке (ECN)

Первый механизм использует два бита "явного уведомления о перегрузке " (ECN) в заголовке кадра Frame Relay. Это бит "явного уведомления приемника о перегрузке " (FECN) и бит "явного уведомления источника о перегрузке" (BECN). На рисунке 9 изображено использование этих битов.

Рис. 9 Использование FECN и BECN при явном уведомлении о перегрузке.

Предположим, что узел B приближается к состоянию перегрузки. Это могло быть вызвано, например, временным пиком входящего в узел трафика или пиком трафика в канале между узлами B и C. Узел B может обнаружить начало перегрузки по внутренним признакам, таким как чрезмерное использование памяти или увеличение длины очереди. Узел С (следующий по направлению к получателю) будет уведомлен об этом, получив кадр с установленным битом FECN. Все последующие по направлению к получателю узлы, также как и устройство пользователя, узнают, что на определенных DLCI появилась перегрузка.

Для некоторых протоколов полезнее уведомить источник данных о перегрузке для того, чтобы он смог замедлиться до пропадания перегрузки. Узел B также наблюдает за кадрами, которые передаются в обратную сторону, и устанавливает бит ВECN в 1. Этот процесс установки FECN и BECN может осуществляться одновременно на нескольких DLCI в ответ на перегрузку в данном канале или узле. Биты ECN представляют важный инструмент для уменьшения серьезных состояний перегрузки.

Объединенное управление на канальном уровне (CLLM)

ANSI определил еще один механизм для передачи сигналов управления, известный как CLLM. При использовании CLLM один из DLCI (номер 1023) в интерфейсе Frame Relay зарезервирован для передачи управляющих сообщений канального уровня от сети к устройству пользователя, как показано на Рисунке 10.

Стандарт ANSI (T1. 618) определяет формат сообщения CLLM, которое сеть посылает устройству пользователя. Оно содержит причину перегрузки (например, чрезмерного трафика, отказ канала, и т.д.) и список всех DLCI, в которых необходимо уменьшить трафик и тем самым снизить перегрузку. CLLM может использоваться вместо или в дополнение к битам ECN, чтобы сообщить устройству пользователя о возникновении перегрузки. CLLM обеспечивает дополнительный (необязательный) стандартный механизм для передачи сигналов уведомления о перегрузке.

Рис. 10 Использование CLLM при передачи сигналов уведомления о перегрузке.

Неявное уведомление о перегрузке

Некоторые протоколы верхних уровней, которые реализованы в оконечных устройствах, имеют механизм неявного обнаружения перегрузки. Эти протоколы используются для эффективной передачи информации по сетям с неопределенной вместимостью. Такие протоколы ограничивают поток данных посредством "окна", которое позволяет только ограниченному числу кадров быть посланными до получения подтверждения. Протокол может обнаружить перегрузку по увеличению задержки передачи сообщения к получателю и обратно или по анализу потери кадров в сети. Этот механизм известен как "неявное уведомление о перегрузке".

Если признаки указывают на возникновение перегрузки, протокол может уменьшить размер окна, что приведет к уменьшению входной нагрузки на сеть. Соответственно, при уменьшении перегрузки размер окна может постепенно увеличиваться. Регулирование размера окна может являться одним из механизмов ответа и на явное уведомление о перегрузке. В стандартах ANSI указано, что неявное и явное уведомление о перегрузке является дополнительным средством для повышения эффективности сети.

Реакция устройства пользователя на перегрузку

В соответствии со стандартами Frame Relay устройство пользователя должно регулировать свой трафик. Для этого предложены некоторые подходы, включающие принципы регулирования размера окна. Выполнение устройством пользователя рекомендуемых действий приводит к уменьшению объема передаваемой информации, тем самым к сокращению перегрузки. Однако, устройство пользователя может и не выполнять данные рекомендации. Оно может просто игнорировать сигнал перегрузки и продолжать передавать данные с той же интенсивностью. Это привело бы к появлению сложной перегрузки или блокировки (узла, части сети, сети полностью). Как же защищает себя сеть в этом случае? Ответ найден в основном правиле Frame Relay: если имеется проблема с обработкой кадра, то он уничтожаются. Поэтому, если возникает перегрузка, то часть кадров уничтожается. Это увеличит время ответа и уменьшит полную производительность сети, но сеть будет продолжать функционировать. Кроме того, если сеть достаточно интеллектуальна, может происходить уничтожение кадров конкретного пользователя, гарантируя другим сохранность их кадров.

Примечание по терминологии: термин " устройство пользователя " для сетей Frame Relay обычно интерпретируется как устройство, непосредственно связанное с сетью, например маршрутизатор или мост. Часто протоколы верхних уровней (например TCP) реализованы на автоматизированных рабочих местах, которые связаны с маршрутизатором посредством LAN. С точки зрения стандартов верхние уровни реализованы как часть устройства пользователя.

Состояние PVC

Впервые определение состояния PVC было реализовано в LMI. Передача сигналов происходит по DLCI с номером 1023. (Так как в LMI передача сигналов происходит по каналу с тем же DLCI, что и для CLLM, эти два вида сигнализации взаимно исключаются.) LMI предусматривает сигнальное сообщение "запрос состояния", которое инициируется устройством пользователя (например, маршрутизатором), и сообщение "keep alive". Данное сообщение информирует сеть о том, что соединение с устройством пользователя активно, или как просьба сообщить состояние PVC. Сеть отвечает сообщением "состояние" в форме "keep alive" или в форме полного сообщения о состоянии PVC. (См. Рис. 11)

LMI асимметричен. Это означает, что только устройство пользователя может посылать сообщение "запрос состояния", и только сеть может ответить с сообщением "состояние". Этот подход наиболее прост для реализации, но вносит некоторые ограничения в возможности LMI. Одна из особенностей данного метода состоит в том что, односторонний механизм не подходит для интерфейса "сеть - сеть". Поэтому, прежде чем завершить одобрение стандарта, определяющего передачу управляющих сигналов Frame Relay, ANSI расширило этот стандарт, чтобы обеспечить двусторонний механизм для передачи сигналов состояния PVC. Механизм является симметричным (то есть обе стороны интерфейса могут генерировать те же самые команды и ответы). Этот механизм подробно описан в Приложении D стандарта T1. 617, и резервирует DLCI с нулевым номером для передачи сигналов состояния PVC.

Рис. 11 Передача сигналов состояния PVC в LMI.

Подход ANSI основан на стандартах ITU-T для коммутируемых виртуальных каналов в ISDN, облегчая доступ Frame Relay к коммутируемым виртуальным каналам (SVC). Близость к стандартам ITU-T была важным фактором при принятии механизма, который был идентичен описанному в Приложении A Рекомендации Q.933.

Обеспечение равных прав пользователей

Трафик в сетях Frame Relay генерируется широким диапазоном источников от медленных (например, операционный терминал, который посылает небольшие потоки данных) до быстродействующих устройств (графические автоматизированные рабочие места, способные послать мультимегабитные потоки данных). Проблема состоит в обеспечении источников небольших потоков данных гарантированной полосой пропускания, которая в общем случае может быть перекрыта источниками мультимегабитных потоков. Однако, устройства пользователей могут игнорировать сигналы перегрузки.

В этом случае производители решают проблему гарантии полосы пропускания в соответствии с стандартом ANSI.

Один из битов в заголовке кадра Frame Relay используется как “Разрешение сброса” (DE) (см. Рисунок 12).

Рис. 12 Бит DE.

Бит DE указывает, что в случае возникшей перегрузки сеть будет первыми уничтожить кадры с установленным битом DE. Этот бит может быть установлен устройством пользователя для некоторых кадров с низким приоритетом. Конечно не все устройства пользователей будут придерживаться этого принципа. Поэтому бит DE может устанавливаться непосредственно узлом сети для указания последующим узлам, что при необходимости данный кадр может быть уничтожен в первую очередь.

Таким образом, бит DE является инструментом, который дает возможность сети управлять производительностью. В результате этот инструмент может использоваться для обеспечения пользователю предсказуемой и даже гарантированной производительности. Эта важная особенность метода Frame Relay подробно описана в третьей главе.