Оценка потерь при работе протокола IP поверх ATM

Достаточно интересен вопрос об эффективности работы протокола IP в сетях ATM. В качестве критерия эффективности можно выбрать отношение количества ячеек, необходимых для передачи полезного IP-трафика, к общему числу ячеек.

Потеря производительности сети ATM при работе с протоколом IP может происходить за счет увеличения объема передаваемой информации. После рас­пределения полезной информации по ячейкам (48 байт) появляются одна или несколько дополнительных ячеек, содержащих служебную информацию, сфор­мированную на уровне адаптации AAL5. Чем короче IP-дейтаграмма, тем чаще будут генерироваться дополнительные служебные ячейки.

Под служебной информацией понимаются заголовки TCP, IP и заголовки идентификации данных определенных протоколов (LLC/SNAP). Кроме того, служебной информацией считаются дополнительные байты (от 0 до 47), служа­щие для выравнивания кадра уровня AAL5 до 53 байт. На рис. 16.15 показана последовательность формирования информационных и служебных ячеек ATM.

Очевидно, что чем меньше размер передаваемой IP-дейтаграммы, тем менее эффективна ее передача. Теоретически, если все ячейки несут полезную инфор­мацию и нет дополнительных ячеек со служебной информацией, эффективность IP-трафика определяется только структурой самой ячейки и равна 90.5 % (100 %x (48/53)). Практически такая эффективность достигнута быть не может, но при передаче IP-дейтаграмм большой длины влиянием ячеек со служебной инфор­мацией можно пренебречь. На рис. 16.16 показана эффективность передачи дей­таграмм в зависимости от их размера.

Приведенные выше рассуждения дополним следующим фактом. При исполь­зовании стандарта SONET на физическом уровне и технологии ATM в качестве спецификации второго уровня при IP-трафике теряется 10 % пропускной спо­собности сети.

В табл. 16.5 показана пропускная способность, остающаяся после добавления к потоку данных служебной информации различных уровней. Каждая строка в табл. 16.5 указывает пропускную способность, доступную соответствующему уровню или протоколу. Например, во второй строке в табл. 16.5 записано «До­ступна уровню ATM». Соответствующее число показывает пропускную способность, доступную этому уровню в модели ATM. Она получается из пропускной способности канала связи после вычета накладных расходов физического уров­ня (в случае использования технологии SONET). Как видно из таблицы, очень важным параметром является размер MTU (576 байт относится к взаимодейст­вию между подсетями, 9180 байт предложено для передачи IP поверх ATM, 65 527 — максимальное значение для IP поверх ATM).

Таблица 16.5. Доступная пропускная способность

В табл. 16.6 показано, какой процент пропускной способности канала зани­мает служебная информация (размер MTU минимален и равен 576; применяет­ся технология SONET). В табл. 16.6 во втором столбце показана (в процентах от скорости канала связи) оставшаяся пропускная способность, доступная тому или иному уровню, а в третьем столбце — пропускная способность в процентах, требующаяся на каждом уровне для предоставления полной пропускной способ­ности необходимой, для приложений. Иными словами, для того чтобы предоста­вить приложению исходную пропускную способность канала связи, требуется обеспечить определенный (больший, с учетом накладных расходов) процент отэтой пропускной способности на каждом уровне.

Таблица 16.6. Процент расходования пропускной способности

В табл. 16.7 показаны (в процентах) накладные расходы для того или иного уровня или протокола.

Таблица 16.7. Накладные расходы

Рассмотренный выше подход к оценке эффективности не учитывает тип тра­фика. Например, в некоторых ячейках могут передаваться служебные данные сетевого или вышележащих уровней. Поэтому следует оценить среднее количес­тво ячеек, требующихся для передачи дейтаграммы.

В общем случае схема расчетов следующая. На первом шаге определяется параметр (Е), оценивающий количество ячеек, требующихся для передачи каж­дых 100 обычных ТСР→1Р или UDP→IP пакетов. На втором шаге рассчитыва­ется средний размер пакета для данного трафика (А). И на последнем шаге определяется эффективность использования ячеек (U) — процент ячеек, ис­пользующихся для полезного IP-трафика. Этот параметр можно рассчитать по следующей формуле:

U-100% А/(53 Е).

Параметры U и Е отражают различного рода накладные расходы сети ATM при IP-трафике.

Исследования показали, что при посылке пустых пакетов (то есть пакетов без данных) ТСР→IР коэффициент U примерно равен 37 %. В этом случае реально передаются байты заголовков протоколов, которые занимают 2 ячейки (Е=200, U=100%-40/(53-200)=37.7%). Это значение можно считать наихудшим. Наилуч­шее теоретически возможное значение Е составляет 90.5 % (дейтаграммы разме­ром 64 Кбайт). Реально же наблюдается следующая картина: только порядка 87 % пропускной способности канала связи доступны приложениям, работающим в среде «IP поверх ATM». Как видно из приведенных таблиц, большинство наклад­ных расходов вносится на нижних уровнях (уровню адаптации ATM доступно чуть более 87 %), а размер передаваемых единиц данных имеет большее влия­ние, чем выбор того или иного транспортного протокола.