Два источника и маршрутизатор с буферами неограниченной емкости
Мы начнем с рассмотрения самой простой из возможных ситуаций, приводящих к перегрузке в сети. Два хоста (А и В) поддерживают соединения, использующие общий маршрутизатор, как показано на рис. 3.38.
Предположим, что приложение хоста А осуществляет передачу данных (например, отправляя их транспортному уровню через сокет) со средней скоростью Лвх байт/с. Каждая единица обмена поступает в сокет только один раз. Будем считать, что протокол транспортного уровня максимально примитивен: его функции заключаются лишь в преобразовании данных в сегменты и не имеют механизмов защиты от ошибок (например, путем повторной передачи), контроля потока и предотвращения перегрузки. Пренебрегая увеличением объема передаваемых данных, обусловленных добавлением заголовков транспортного и других уровней, можно считать скорость передачи данных хостом А равной λ(вх) байт/с. Передача данных хостом В осуществляется аналогичным образом, и мы также примем ее скорость равной λ(вх) байт/с. Пакеты, посылаемые хостами А и В, через маршрутизатор поступают в общую линию связи с пропускной способностью R. Маршрутизатор располагает буферами, предназначенными для промежуточного хранения пакетов в случаях, когда частота приема пакетов превышает частоту их передачи. В этом примере мы будем считать объем буферного пространства бесконечным.
На рис. 3.39 представлены графики функционирования соединения со стороны хоста А. График слева изображает зависимость производительности соединения (числа байтов в единицу времени, получаемых принимающей стороной) от скорости передачи данных передающей стороной. При скоростях передачи, лежащих в диапазоне от 0 до R/2, производительность соединения равна скорости передачи: все данные, посылаемые в сеть передающей стороной, достигают хоста назначения. Если скорость передачи превышает значение R/2, производительность соединения остается равной R/2: часть пакетов попросту теряется из-за невозможности линии связи осуществить их передачу. Величина R/2 является максимальным значением производительности для данного случая, и какими бы ни были скорости передачи хостов А и В, ни одному из них не удастся преодолеть этот максимум.
С одной стороны, достижение максимальной производительности каждым соединением можно считать хорошим результатом, поскольку в этом случае ресурсы линии связи используются полностью. С другой стороны, график зависимости задержки от скорости передачи свидетельствует о том, что при производительности, близкой к максимальной (значения λ(вх) близки к R/2), задержки передачи данных неограниченно растут (в предположении, что передающие стороны не изменяют скорость передачи в течение бесконечного промежутка времени). Таким образом, оказывается, что высокая производительность негативно воздействует на время передачи данных. Даже в такой чрезвычайно простой и идеализированной ситуации мы столкнулись с вредным воздействием перегрузки в сети на качество обслуживания: чем ближе скорость передачи данных к пропускной способности линии связи, тем большими становятся задержки ожидания пакетов.