В компьютерной сети общими ресурсами являются линии связи, а также возможности обработки и буферизации пакетов переадресаторов. Есть несколько вещей, которые делают эту проблему управления ресурсами более сложной, чем, скажем, планирование процессора среди конкурирующих потоков. Эти проблемы затрудняют применение централизованного подхода к планированию, аналогичного тому, который применялся в продовольственном магазине. Децентрализованные схемы представляются более перспективными. Для решения проблемы перегруженности сети было разработано множество механизмов. Конструктивные соображения, связанные с одним набором децентрализованных механизмов, аналогичных тем, которые в настоящее время используются в публичном Интернете. Эти механизмы не очень хорошо изучены, но они не только, похоже, работают, но и позволяют Интернету работать в удивительном диапазоне возможностей. На самом деле, Интернет, вероятно, является лучшим существующим контрпримером несоизмеримого правила масштабиров
В компьютерной сети общими ресурсами являются линии связи, а также возможности обработки и буферизации пакетов переадресаторов. Есть несколько вещей, которые делают эту проблему управления ресурсами более сложной, чем, скажем, планирование процессора среди конкурирующих потоков.
- Существует более одного ресурса. Даже небольшое количество ресурсов может быть использовано тревожно большим количеством различных способов, и механизмы, необходимые для отслеживания ситуации, могут быстро обостриться. Кроме того, могут иметь место динамические взаимодействия между различными ресурсами, когда один из них приближается к потенциалу другого, а другой - отталкивает другого, что может отталкивать от другого, а третий - отталкивать от первого. В зависимости от деталей, эти взаимодействия могут привести либо к тупиковой ситуации, либо к образованию "живой конверсии".
- Это легко спровоцировать коллапс заторов. Обычно выгодная независимость слоев сети пакетной переадресации способствует легкости провоцирования коллапса перегрузки. По мере роста очередей на определенный канал связи увеличиваются задержки. Когда задержки в очереди становятся слишком длинными, таймеры протоколов более высокого уровня начинают истекать и запускать ретрансляцию отложенных пакетов. Переданные повторно пакеты присоединяются к длинным очередям, но поскольку они являются дубликатами, которые в конечном итоге будут отбрасываться, они просто теряют емкость канала. Иногда дизайнеры предлагают покупать больше или больше буферов в ответ на перегруженность. Поскольку память становится дешевле, эта идея заманчива, но она не работает. Чтобы понять почему, предположим, что память настолько дешева, что переадресатор пакетов может быть оснащен неограниченным количеством пакетных буферов. Многие буферы могут поглощать неограниченное количество перегрузок, но чем больше буферов используется, тем больше задержка очереди увеличивается. В какой-то момент задержка очереди превышает таймауты протоколов из конца в конец, и протоколы из конца в конец начинают пересылать пакеты. Предлагаемая нагрузка теперь больше, возможно, вдвое больше, чем было бы при отсутствии заторов, поэтому очереди растут еще дольше. Через некоторое время ретрансляции приводят к тому, что очереди становятся достаточно длинными, чтобы сквозные протоколы ретранслировались снова, и пакеты начинают появляться в очереди три раза, а затем четыре раза и т.д. Как только это явление начинает развиваться, оно становится самоокупаемым до тех пор, пока реальный трафик не упадет менее чем наполовину (или 1/3 или 1/4, в зависимости от того, насколько плохо обстоят дела) от потенциала ресурса. Вывод заключается в том, что бесконечные буферы не решили проблему, а усугубили ее. Вместо этого, возможно, будет лучше отказаться от старых пакетов, чем позволить им использовать ограниченную пропускную способность.
- Возможности для расширения мощностей ограничены. В сети может быть не так уж много вариантов повышения пропускной способности, чтобы справиться с временной перегрузкой. Емкость обычно определяется физическими объектами: оптическими волокнами, коаксиальными кабелями, наличием спектра беспроводных сетей и приемопередатчиками. Каждая из этих вещей может быть увеличена, но недостаточно быстро, чтобы справиться с временными заторами. Если сеть соединена, можно рассмотреть отправку некоторых пакетов, находящихся в очереди, по альтернативному пути. Это может быть хорошим ответом, но делать это в достаточно короткие сроки, чтобы преодолеть временные заторы, требует знания мгновенного состояния очередей по всей сети. Стратегии для этого были опробованы; они сложны и плохо работают. Обычно единственной реалистичной стратегией является сокращение спроса.
- Возможности снижения нагрузки неудобны. Альтернативой увеличению мощности является снижение предлагаемой нагрузки. К сожалению, контрольная точка для предлагаемой нагрузки удалена и, вероятно, управляется независимо от перегруженного переадресатора пакетов. В результате возникло как минимум три проблемы:
- Путь обратной связи к удаленной контрольной точке может быть длинным. К моменту получения сигнала обратной связи отправитель, возможно, прекратил отправку (но все ранее отправленные пакеты все еще находятся на пути к очереди), либо пробки исчезли, и отправителю больше не нужно было задерживать отправку. Хуже того, если мы используем сеть для отправки сигнала, задержка будет переменной, и любая перегрузка на обратном пути может привести к потере сигнала. Система обратной связи должна быть надежной, чтобы справляться со всеми этими возможными ситуациями.
- Контрольный пункт (в данном случае, сквозной протокол или приложение) должен быть способен снизить предлагаемую нагрузку. Некоторые сквозные протоколы могут сделать это довольно легко, но другие не могут этого сделать. Например, протокол потоковой передачи данных, используемый для отправки файлов, может, вероятно, в короткие сроки снизить среднюю скорость передачи данных. С другой стороны, протокол передачи видео в реальном времени может иметь обязательство доставлять определенное количество бит каждую секунду. Протокол запроса/ответа в одном пакете не будет иметь никакого контроля над способом загрузки сети; контроль должен осуществляться приложением, что означает, что должен быть какой-то способ попросить приложение о сотрудничестве - если оно возможно.
- Контрольный пункт должен быть готов к сотрудничеству. Если перегрузка обнаружена сетевым уровнем переадресатора пакетов, но контрольная точка находится на сквозном уровне узла листа, есть большая вероятность того, что эти две организации находятся под ответственностью различных администраций. В этом случае налаживание сотрудничества может быть проблематичным; администрация контрольного пункта может быть более заинтересована в сохранении его предполагаемой нагрузки на уровне предполагаемой в надежде получить больше мощности в условиях конкуренции.
Эти проблемы затрудняют применение централизованного подхода к планированию, аналогичного тому, который применялся в продовольственном магазине. Децентрализованные схемы представляются более перспективными. Для решения проблемы перегруженности сети было разработано множество механизмов. Конструктивные соображения, связанные с одним набором децентрализованных механизмов, аналогичных тем, которые в настоящее время используются в публичном Интернете. Эти механизмы не очень хорошо изучены, но они не только, похоже, работают, но и позволяют Интернету работать в удивительном диапазоне возможностей.
На самом деле, Интернет, вероятно, является лучшим существующим контрпримером несоизмеримого правила масштабирования. Напомним, что правило предполагает, что всякий раз, когда какие-либо важные параметры изменяются в десять раз, систему необходимо переделывать. Масштабы Интернета увеличились с нескольких сотен точек крепления до нескольких сотен миллионов точек крепления с незначительными изменениями в его базовом дизайне.