Задача дипломного проекта 13

4.4.5. Перегрузка

Термин перегрузка в применении к коммутаторам и маршрутизаторам используется довольно часто, и вы, скорее всего, не раз читали и/или слышали об этом явлении. Но поставщики твердят о наличии у них изо­щренных схем управления перегрузкой, некоторые даже утверждают, что их изделия невозможно перегрузить. В обоих случаях предполагается, что перегрузка — это проблема, вызванная фактором, внешним по отношению к устройству. Это звучит прекрасно, но является плодом больного вообра­жения.

Если говорить кратко, перегрузка в коммутаторе и маршрутизаторе (здесь мы будем называть их устройствами) возникает при условии, что устройству не хватает внутренних ресурсов для управления возросшей на­грузкой. Вот почему оно вынуждено отбрасывать кадры. Это означает, что кадр, который в обычных условиях был бы получен и правильно обработан устройством, будет проигнорирован.
Обычно корректная обработка кадра состоит в его ретрансляции. Тем не менее перегрузка может повлиять и на другие функции, в частности на сбор статистики, прохождение трафика SNMP через управляющее устройство или создание остовного дерева при помощи протокола BPDU. С последним могут быть связаны особенно тяжелые проблемы, потому что вызвавшая их пере­грузка чаще всего возникает из-за петель, которые могут быть уничтожены лишь корректно работающим BPDU.
Устройства могут быть перегружены из-за недостатка одного, некоторых или всех элементов из следующего списка ресурсов:

• 
  буферной памяти;
  
• 
  внутренней полосы пропускания;
  
• 
  мощности центрального процессора.
  

В случае коммутаторов чаще всего приходится сталкиваться с недос­татком буферной памяти. Обычно на один из портов приходится большая доля трафика. Если трафик поступает быстрее, чем его можно передать дальше, то коммутатор должен буферизовать входные данные. Поскольку скорость поступления превышает скорость ухода, то буферы медленно (или немедленно) переполняются. Если буферы переполнены, то коммутатор должен отбрасывать вновь поступившие кадры (рис.32). Такой вид нагруз­ки называется асимметричной нагрузкой (asymmetric load).
Согласно представленной на рис. 4.25 схеме сети, кадры приходят в порты 1-4 при среднем значении показателя использования сети 30%. Измерения показывают, что 10% (или одну треть) трафика необходимо пропустить в порт 5. Это означает, что показатель использования сети в порту 5 составит 40%. Если усредненное значение показателя использования сети в порту 5 также равно 30%, то асимметричная нагрузка на данный порт составит 10%.

Рис. 4.25. Потенциальная перегрузка.

Все будет в порядке до тех пор, пока коммутатор сможет буферизовать кадры, которые нельзя направить в порт 5. Однако если асимметричная нагрузка будет продолжаться достаточно длительный период и буферы коммутатора переполнятся, возникнет перегрузка и коммутатор начнет отбрасывать полученные кадры. Способность коммутатора управлять асимметричными нагрузками – любимый предмет для обсуждения у постав­щиков, когда они говорят об управлении перегрузкой. Предлагаемые ими схемы обычно вращаются вокруг разумного и эффективного управления ресурсами буферов. Лучшая модель коммутатора будет управлять более асимметричными нагрузками в течение большего интервала времени до возникновения перегрузки.

Другое важное замечание, касающееся перегрузки, состоит в том, что избежать асимметричных нагрузок невозможно. Это нормальный и постоянно встречающийся вид нагрузок. Большинство коммутаторов управляют обычными асимметричными нагрузками в течение приемлемого времени без перегрузки, но могут отбросить некоторые кадры в моменты пиковых нагрузок сети. Как правило, асимметричные нагрузки не представляют опасности и могут быть отслежены при помощи средств управления сетью. Лучший способ управлять ими – наблюдать за перегрузкой. Если ваша сеть хорошо спроектирована, то такой вид перегрузок будет редко вызывать проблемы.
Некоторым видам сетевых соединений, например двухскоростным комму­таторам Ethernet и Fast Ethernet, изначально присуща асимметрия. Трафик из сегмента или узла Fast Ethernet в сегмент Ethernet асимметричен в силу своей природы. В частности, 5%-ное использование Fast Ethernet равносильно 50%-ному использованию сегмента Ethernet. Большинство ко­ммутаторов, поддерживающих оба вида сети, спроектированы специально для качественного управления таким видом нагрузки. Часто они имеют дополнительное буферное пространство для управления кадрами, направ­ляющимися в сегменты Ethernet.
Еще один вид перегрузки может быть вызван недостаточной шириной внутренней полосы пропускания. Например, чтобы 8-портовый коммута­тор Fast Ethernet мог справиться с шестью портами, работающими со скоростью 12,2 Мбайт/с, он должен иметь внутреннюю полосу пропускания по крайней мере в 97,6 Мбайт/с, Если же его внутренняя полоса пропускания составляет всего 50 Мбайт/с, то она не соответствует суммарной полосе пропускания подключенных устройств. Такое несоответствие характерно для большинства старых коммутаторов, потому что сделать их быстрее было слишком дорого, а часто и невозможно.
Некоторые устройства, и в первую очередь маршрутизаторы, изначально не предназначались для управления большими нагрузками, так как это сделало бы их слишком дорогими. Часто такие устройства оказываются перегруженными из-за того, что просто не успевают обработать поступаю­щие кадры.
Недостаточная мощность процессора также может вызвать перегрузку. С современными устройствами такое случается редко, потому что большую часть функций по обработке кадра берут на себя специализированные аппаратные средства. Тем не менее многие дешевые маршрутизаторы все еще могут быть перегружены из-за недостаточной мощности процессора.
Важно заметить, что существуют уровни асимметричной предложенной нагрузки, способные перегрузить любое устройство. Чем асимметричнее нагрузка, тем быстрее возникнет перегрузка. Просто некоторые устройства справляются с ней лучше других.