Выравнивание скоростей

Предположим, что к TCP-соединений между разными хостами используют одну и ту же проблемную линию связи с пропускной способностью R бит/с (говоря «проблемная линия», мы имеем в виду, что в каждом соединении все остальные линии связи не перегружены и скорость передачи по ним значительно ближе к их пропускной способности, чем по проблемной линии). Предположим, что по каждому из соединений передается файл большого размера и в проблемной линии связи отсутствует UDP-трафик. Говорят, что механизм контроля перегрузки обеспечивает выравнивание скоростей, если средняя скорость передачи каждого соединения составляет приблизительно R/K; другими словами, пропускная способность линии связи делится между всеми использующими ее соединениями поровну.

Так как ТСР-соединения могут устанавливаться в разные моменты времени и тем самым иметь неравные размеры окон перегрузки, возникает вопрос: обеспечивает ли выравнивание скоростей алгоритм аддитивного увеличения и мультипликативного уменьшения протокола TCP?

Рассмотрим простейший случай, когда два ТСР-соединения используют общую линию связи с пропускной способностью R, как показано на рис. 3.48. Предположим, что оба соединения имеют одни и те же значения MSS и RTT (то есть если размеры окон перегрузки этих соединений равны, то скорости передачи у них также одинаковы), что передается большой объем данных и что при этом общая линия связи не используется другими TCP- или UDP-соединениями. Кроме того, мы исключаем из рассмотрения фазу медленного старта, считая, что оба соединения постоянно находятся в фазе ухода от перегрузки (работает алгоритм аддитивного увеличения и мультипликативного уменьшения).

На рис. 3.49 представлены графики соотношений пропускной способности двух TCP-соединений. Если оба соединения работают с одной и той же скоростью передачи, то соответствующая точка графика будет лежать на прямой, составляющей угол 45° с осями координат (линия равных скоростей). С точки зрения полноты использования ресурсов линии связи идеальной является ситуация, когда суммарная скорость передачи двух соединений составляет R (разумеется, нет смысла выравнивать скорости передачи для каждого соединения, если в результате они окажутся нулевыми!). Таким образом, цель алгоритма контроля перегрузки — добиться, чтобы на графике пропускная способность каждого из соединений оказалась как можно ближе к точке пересечения линии равных скоростей с линией максимального использования ресурсов.

Предположим, что размеры окон перегрузки двух соединений таковы, что в заданный момент времени соотношение значений пропускной способности соединений 1 и 2 изображается точкой А. Поскольку суммарная скорость передачи оказывается меньше R, потерь пакетов не наблюдается, и, следовательно, оба соединения в соответствии с алгоритмом ухода от перегрузки увеличивают скорости передачи на величину MSS каждый раз по истечении времени оборота. Таким образом, соотношение значений пропускной способности соединений движется от точки А вдоль линии равных скоростей. В определенный момент времени увеличение скоростей передачи приводит к тому, что суммарная скорость превышает R и происходит потеря пакета. Пусть в этот момент времени значение пропускной способности соединений изображается точкой В. Оба соединения снижают размер окна перегрузки вдвое, в результате значение пропускной способности перемещается в точку С, лежащую на середине вектора, соединяющего точку В с началом координат. Поскольку в точке С суммарная скорость передачи оказывается меньше R, соединения вновь начинают увеличивать свои скорости передачи, перемещая точку значения пропускной способности из положения С вдоль линии равных скоростей. Потеря пакета в точке D ведет к тому, что оба соединения снова уменьшают окна перегрузки вдвое, и т. д. Обратите внимание на то, что точка, изображающая значение пропускной способности двух соединений, в конечном счете приходит в движение вдоль линии равных скоростей, причем подобное поведение наблюдается независимо от того, где ее исходное положение. Хотя в основе описанной ситуации лежат некоторые идеализирующие ее допущения, она достаточно наглядно демонстрирует механизм выравнивания пропускной способности линии между ТСР-соединениями.

Мы предположили, что проблемная линия связи не используется другими соединениями, кроме TCP, время оборота для всех соединений одинаково и между каждой парой хостов установлено единственное TCP-соединение. На практике подобные допущения не выполняются, и приложения клиент/сервер зачастую используют неравные доли пропускной способности линии связи. В частности, сеансы с меньшими значениями времени оборота способны захватывать большую часть свободных ресурсов вследствие более быстрого наращивания размеров окна перегрузки по сравнению с другими соединениями.