Оценка эффективности работы методов управления очередями маршрутизатора в сетях TCP/IP

На данный момент существует целый ряд реализаций методов управления очередями маршрутизатора в сетях TCP/IP, отличающихся уровнем сложности подхода и внедрения, основными измеряемыми параметрами (размер очереди, уровень поступающего пакетного трафика, уровень потерь и др.), главной целью и благодаря чему она будет достигаться (стабилизация длины очереди на минимально допустимом уровне или обеспечение равноправия). Задание механизмов управления очередью заключается в стимулировании источников передавать данные с интенсивностью ниже той, что может привести к возникновению перегрузки, т.е. координации динамики очереди, а также уменьшении задержки, уровня потери пакетов и предотвращении возникновения эффекта lock-out. Методы управления очередью варьируются от самых простых, с очевидной логикой работы, как, например, Drop Tail, до механизмов, относящихся к классу активного управления очередью (AQM), которые строят свою работу на основе поведения очереди и могут адаптироваться к резким изменениям интенсивности трафика. Например, RED или целый ряд его модификаций (ARED, SRED) [1].

В данной работе проводилось исследование работы таких методов управления очередью, как RED и Drop Tail, с целью оценки эффективности их функционирования и определения оптимального механизма, который обеспечит максимальное использование ресурсов и наибольшую эффективность функционирования сети.

Исследование проводилось на базе гидродинамической модели TCP-потока, которая была выведена в [2], и использовалась в виде следующей системы дифференциальных уравнений:

где W – размер скользящего окна TCP (пакет), R – RTT (с), p – функция вероятности сброса/маркирования пакета, q – длина очереди (пакет), N – количество TCP-потоков, C – пропускная способность канала (пакет/с), T_p – задержка распространения (с).

Функции вероятности для исследуемых алгоритмов описываются следующим образом:

a) RED

где avg – средняя длина очереди, min_th – значение минимального порога, max_th – значение максимального порога, max_p – максимальная вероятность отбрасывания пакета, w_q – весовой коэффициент очереди, avg – предыдущее значение средней длины очереди, q – мгновенное значение длины очереди.

б) Drop Tail

где q_max – максимально допустимый размер очереди.

В качестве сети, на основе которой проводилось моделирование, была использована следующая топология:

Рисунок 1 – Топология сети с узким местом С и N поступающими TCP-потоками S_i

В результате проведенного исследования были получены следующие характеристики:

Рисунок 2 – Графики зависимости W(t) и q(t) для а,б) Drop Tail; в,г) RED при одинаковых параметрах исследуемой сети

На основании полученных данных проведен анализ эффективности методов управления очередью, который позволяет утверждать, что использование алгоритма RED является более рациональным, чем DT, т.к. метод позволяет минимизировать дрожание задержки пакетов путем контроля среднего размера очереди, большую стабильность интенсивности трафика и его непредвзятое обслуживание в случае кратковременных всплесков. Исследование показало большую эффективность RED, учитывая меньшее значение вероятности потерь пакетов, чем в случае использования DT, за счет превентивного отбрасывания.

Перечень ссылок

1. Welzl M. Network congestion control: managing Internet traffic / M.Welzl – John Wiley & Sons Ltd., England, 2005. – 263 c.
2. Hollot C.V., Misra V., Towsley D., Gong Wei-Bo Fluid-based analysis of a network of AQM routers supporting TCP flows with an application to RED / C.V. Hollot, V. Misra, D. Towsley, Wei-Bo Hong // Proceedings of ACM Sigcomm, Stockholm, Sweden. – August, 2000. – Режим доступа: http://dna-pubs.cs.columbia.edu...