Управление потоком кадров (проблема переполнения выходного буфера)

Трафик неравномерно распределяется между выходными портами коммутатора, легко представить ситуацию, когда в какой-либо выходной порт будет направляться трафик с суммарной средней интенсивностью большей, чем протокольный максимум.

На рис. … изображена как раз такая ситуация, когда в порт 3 коммутатора направляется трафик от портов 1,2,4 и 6. Естественно, что когда кадры поступают в буфер порта со скоростью превышающей скорость ухода, то внутренний буфер выходного порта начинает неуклонно заполняться необработанными кадрами. Какой бы ни был объем буфера порта, он в какой-то момент времени обязательно переполнится. Для того чтобы избежать потери кадров необходимо заставить узлы, которые шлют кадры вызывающие переполнение, прекратить их передачу. При этом нельзя менять существующие протоколы работы оборудования на физическом и канальном уровне.

Рисунок 4‑11. Переполнение буфера порта из-за несбалансированности трафика

Если порты коммутатора работают в обычном, то есть в полудуплексном режиме, то у коммутатора имеется возможность оказать некоторое воздействие на конечный узел и заставить его приостановить передачу кадров, пока у коммутатора не разгрузятся внутренние буферы. Эта возможность основана на воздействии порта на конечный узел с помощью механизмов алгоритма доступа к среде, который конечный узел обязан отрабатывать. Т.е. каждый входной порт оказывает воздействие на узел находящийся в сегменте, который к нему подключен.

Обычно применяются два основных способа управления потоком кадров — обратное давление на конечный узел и агрессивный захват среды.

Метод обратного давления (backpressure) состоит в создании искусственных коллизий в сегменте, который чересчур интенсивно посылает кадры в коммутатор. Для этого коммутатор обычно использует специальную последовательность (jam-последовательность), отправляемую в выход порта, к которому подключен сегмент (или узел), чтобы приостановить его активность. Т.е. в ответ на передачу узлом своего кадра коммутатор сразу начинает свою передачу, которая вызывает коллизию и тем самым прерывает передачу узла.

Второй метод «торможения» конечного узла в условиях перегрузки внутренних буферов коммутатора основан на так называемом агрессивном поведении порта коммутатора при захвате среды либо после окончания передачи очередного пакета, либо после коллизии. Т.е. коммутатор сам начинает передачу нового кадра после передачи предыдущего, не дожидаясь окончания технологической паузы. Компьютер не может захватить среду, так как он выдерживает стандартную паузу и обнаруживает после этого, что среда уже занята.

Если коммутатор работает в полнодуплексном режиме, то уже не существует возможности воздействовать на узел с помощью механизмов доступа к разделяемой среде, и протокол работы конечных узлов, и его портов должен меняется. В соответствии со стандартом IEEE 802.3x для поддержки полнодуплексного режима работы коммутаторов протоколы взаимодействия узлов были модифицированы, путем встраивания в них явного механизма управления потоком кадров.

Процедура управления потоком кадров в полнодуплексном режиме подразумевает две команды — «Приостановить передачу» и «Возобновить передачу», которые направляются от порта коммутатора узлу. Эти команды реализуются на уровне символов кодов физического уровня, таких как 4В/5В, а не на уровне команд, оформленных в специальные управляющие кадры. (Напомним, что в результате логического кодирования 4В/5В мы получаем 16 «запрещенных» 5 битных символов, которые не могут использоваться для передачи данных, среди этих запрещенных символов и выбираются указанные две команды.) Сетевой адаптер или порт коммутатора поддерживающий стандарт 802.3х и получивший команду «Приостановить передачу», должен прекратить передавать кадры впредь до получения команды «Возобновить передачу».