William Stallings Data and Computer Communications

1
William StallingsData and Computer Communications

• Curs 10
• Capitolul 12
• Congestia in retelele de date

2
Ce este congestia?

• Congestia apare cand numarul de pachete care se
  transmit intr-o retea se apropie de capacitatea
  maxima de prelucrare a retelei
• Controlul congestiei are ca scop tinerea sub
  control a numarului de pachete sub nivelul la
  care performanta scade dramatic
• O rete de date este o retea de cozi
• In general o utilizare de 80 este critica
• Cozile de dimensiuni finite au ca urmare
  posibilitatea pierderii datelor

3
Cozi la nivelul unui nod
4
Efectele congestiei

• Pachetele care sosesc sunt memorate in buffere de
  intrare
• Se iau decizii de rutare
• Pachetul trece in bufferul de iesire
• Pachetele se pun in coada de iesire cat mai
  repede posibil
• Multiplexarea prin divizarea timpului statistica
• Daca pachetele care trebuiesc rutate sosesc prea
  repede bufferele se vor umple
• Se pot ignora pachete
• Se foloseste controlul fluxului
• Congestia se poate propaga prin retea

5
Interactiunea cozilor
6
Performata ideala
7
Performanta practica

• In cazul ideal se presupune ca bufferele au
  dimensiune infinnita si nu apare overhead
• In cazul real bufferele au dimensiune finita
• Apare overhead la schimbarea mesajelor de control

8
Efectele lipsei controlului congestiei
9
Mecanisme pentru controlul congestiei
10
Backpressure

• Daca un nod devine congestionat, acesta poate
  incetini sau chiar opri pachetele care sosesc din
  alte noduri
• Se poate ca alte noduri sa trebuiasca sa aplice
  un control asupra ratei cu care sosesc pachetele
• Se propaga pana inapoi la sursa
• Se poate restrictiona la conexiunile logice care
  genereaza majoritatea traficului
• Se foloseste in legaturile orientate pe conexiune
  care permit controlul congestiei hop cu hop
• Nu se foloseste nici in ATM si nici in Frame
  relay
• Dezvoltat recent pentru IP

11
Choke Packet

• Pachet de control
• Se genereaza la nodul congestionat
• Se trimite la nodul sursa
• De exemplu mesajul ICMP de tip source quench
• De la router la sursa
• Sursa se opreste pana cand numai primeste mesaje
  de tip source quench
• Se trimite pentru fiecare pachet la care s-a
  renuntat, sau anticipat
• Este un mecanism brut

12
Semnalizarea implicita a congestiei

• Intarzierea la transmisie poate sa creasca odata
  cu congestia
• Pot exista pachete la care se renunta
• Sursa poate detecta aceste pachete ca o indicatie
  implicita a congestiei
• Se foloseste la retele neorientate pe conexiune
  (datagrame)
• De exemplu retele bazate pe IP
• TCP include controlul congestiei si al fluxului
  (vezi cap. 17)
• Se foloseste la Frame relay LAPF (Link Access
  Procedure for Frame-Mode Services )

13
Semnalizarea explicita a congestiei

• Reteaua notifica sistemele terminale (end) despre
  cresterea congestiei
• Sistemele terminale (end) urmeaza anumiti pasi
  pentru a reduce incarcarea retelei
• Backwards
• Evitarea congestiei in sensul invers drumului
  pachetelor
• Forward
• Evitarea congestiei in sensul in care se
  deplaseaza pachetele

14
Categorii de semnalizare explicita

• Binar
• Se seteaza un bit in pachet pentru a indica
  existenta congestiei
• Bazata pe credite
• Se indica numarul de pachete pe care le poate
  trimite sursa
• Se foloseste pentru controlul fluxului capat la
  capat
• Bazata de rata de date
• Se specifica explicit rata de date limita
  acceptata
• De exeplu ATM

15
Gestionarea traficului

• Echitate
• Calitatea serviciului
• Se pot dori tratamente diferite pentru conexiuni
  diferite
• Rezervari
• exemplu ATM
• Un contract de trafic intre utilizator si retea

16
Controlul congestiei in retelele cu comutare de
pachete

• Se trimit pachete de control la unele sau la
  toate nodurile sursa
• Necesita trafic aditional in timpul congestiei
• Bazat pe informatiile de rutare
• Poate reactiona prea repede
• Pachete proba capat la capat
• Adauga overhead
• Adaugare informatii despre congestie in pachete
  pe masura ce acestea trec prin nodurile retelei
• Se foloseste metoda backward sau forward

17
Gestionarea traficului la ATM

• Viteza mare, dimensiunea mica a celulei, overhead
  limitat
• Cerinte
• Majoritatea traficului nu reactioneaza imediat la
  controlul fluxului
• Feedback lent datorita reducerii timpului de
  transmisie comparat cu intarzierea de propagare
• O gama larga de cereri de aplicatii
• Diferite modele de trafic
• Diferite servicii de retea
• Comutarea de mare viteza si schimarea
  caracteristicilor transmisiei

18
Token Bucket
19
Gestionarea traficului ATM-ABR

• ABR (Available Bit rate)
• Unele aplicatii (Web, FTP) nu au caracteristici
  de trafic bine definite
• Best efforts
• Permite acestor aplicatii sa utilizeze
  capacitatea nefolosita a retelei
• Daca va creste congestia celulele sunt ignorate
• Control in bucla inchisa
• Conexiunile ABR partajeaza capacitatea
  disponibila
• Partajarea variaza intre rata minima a celulelor
  si rata maxima a celulelor
• Fluxul ABR limitat la capacitatea maxima prin
  feedback
• Bufferele preiau traficul in exces in timpul
  intarzierilor feedbackului
• Pierdere redusa a celulelor

20
Controlul congestiei la Frame Relay

• Minimizarea numarului de pachete ignorate
• Mentinerea calitatii serviciului negociate
• Minimizarea probabilitatii ca un utilizator sa
  monopolizeze reteaua
• Simplu de implementat (overhead mic)
• Creeaza trafic aditional minim
• Se distribuie echitabil resursele
• Se limiteaza raspandirea congestiei
• Opereaza eficient indiferent de fluxul de trafic
• Impact minim asupra altor sisteme
• Minimizeaza variatia calitatii serviciului

21
Tehnici

• Strategii de ignorare a pachetelor
• Evitarea congestiei
• Semnalizare explicita
• Refacerea dupa congestie
• Mecanism pentru semnalizare implicita

22
Gestionarea ratei traficului

• Este necesara ignorarea unor pachete pentru a
  face fata congestiei
• Se face arbitrar
• Fara constrangeri astfel ca sistemele capat sa
  poata transmite cat mai repede posibil
• Committed information rate (CIR)
• Datele in excess pot fi ignorate
• Nu se garanteaza
• CIR nu trebuie sa depaseasca rata fizica de date

23
Semnalizare explicita

• Retelele alerteaza sistemele capat despre
  cresterea congestiei
• Se face notificare explicita backward sau
  forward
• Procesorul de cadre monitorizeaza cozile de
  asteptare
• Poate notifica unele sau toate legaturile logice
• Raspunsul utilizatorului
• Reduce rata de date

24
Controlul fluxului laTCP

• Se realizeaza prin mecanismul Sliding Window
• Daca nu primeste ACK sau daca apare timeout se
  injumatateste dimensiunea ferestrei
• Daca se primeste ACK dupa injumatatirea ferestrei
  se creste cu 1 dimensiunea ferestrei pana se
  ajunge la dimensiunea maxima negociata

25
Required Reading

• Stallings chapter 12