Мультимедийные приложения и приложения реального времени в сетях Ethernet

В результатате узел  монополизирует сеть, блокируя передачу данных другими узлаим. В коммутируемой сети Ethernet при выделенном соединении число конкурирующих узлов сокращается до двух. Однако эффект захвата все же имеет место быть между конечной станцией и портом коммутатора, вызывая увеличивающуюся неравномерность задержки. Если это является сносным для традиционных приложений LAN, таких как передача файлов, то для критичных ко времени передачи multimedia-приложений и real-time-приложений это фатально.  Например, когда видео фрейм задерживается  при передаче на конечную станцию, он  отвергается видеоприложением воспроизведения.Получается прерывывистое видео и звук.  

В дуплексной среде Ethernet, нет коллизий и таким образом отсутствует эффект захвата. Однако 90 миллионов установленных узлов Ethernet, и большинство проданных на сегодняшний день коммутаторов работают сегодня в полудуплексном режиме. Таким образом, в существующей среде LAN, пользователи, несомненно встретятся с проблемой эффекта захвата.

Технология диалогового доступа (Interactive Access) улучшает поведение сети   

Улучшая негативные стороны протокола CSMA/CD, PACE технология Interactive Access устраняет эффект захвата в сетях Ethernet. Эта технология реализована аппаратно в  коммутаторах Ethernet и Fast Ethernet.Она разрешает коммутируемому порту и конечной станции попеременно посылать данные в сеть. В результате, оба имеют равноправный  доступ к среде передачи. Чередуемая передача уменьшает неравномерность задержки и существенно улучшает качество multimedia и приложений реального времени. Диалоговый  Доступ технологии PACE также поддерживает полную совместимость со всеми стандартными оконечными станциями Ethernet. Основная диаграмма потока для Диалогового Доступа технологии PACE показан на Рисунке 4. 

С технологией PACE Interactive Access, коммутируемый порт при получении данных для передачи проверяет, приняты ли данные от конечной станции, и истек ли таймер. Если одно из этих условий выполнено, порт начинает передачу. Если нет коллизий с конечной станцией, данные передаются ей. Если же есть коллизии, коммутируемый порт пытается повторить передачу немедленно без задержек. С каждой попыткой вероятность успешной передачи увеличивается экспоненциально, потому что конечная станция все более и более вероятно переходит в состояние ожидания приема. Порт пытается повторно передавать данные пока он их не передаст или не исчерпается максимальное число попыток. 

Если коммутируемый порт успешно передает данные станции, он входит в режим ожидания и включает таймер задержки. Цель ожидания - предоставить конечной станции возможность передать данные обратно на порт коммутатора.Следовательно, таймер задержки устанавливается в прямой пропорции количеству коллизий порта коммутатора на предшествующем этапе. Это дает достаточное время станции, чтобы выйти из режима ожидания и передать данные на порт коммутатора. Если порт коммутатора получает данные от станции, он выходит из режима ожидания и начинает следующую передачу. В противном случае, когда у конечной станции нет данных, таймер задержки быстро истекает и порт получает возможность для следующей передачи. 

При небольшом количестве конкурентов в случае неудачной повторной попытки передачи до достижения максимального значения числа попыток порт ждет пол-задержки текущего временного слота, прежде чем увеличивать количество попыток до максимального значения. По определению, размер полного временного слота несколько больше, чем время распространения пакета в сегменте. Во время этого тайм-аута порт коммутатора позволяет станции передать данные на порт. После получения данных порт коммутатора в свою очередь передает данные станции.  

В обоих сценариях достигается чередование передачи. Качество multimedia-приложений явно улучшается, потому что их данные не задерживаются встречным трафиком. Диалоговый Доступ технологии PACE исполняется на более низком уровне протокола, поэтому для всех multimedia-приложений поддержка является прозрачной. Т.е. приложения не нужно модифицировать.  

Обычно известный параметр "время ожидания доступа" используется для измерения jitter в сетях Ethernet. Для нормальной работы multimedia-приложений в сетях Ethernet оно должно быть в пределах от 5 до 10 миллисекунд (мс). Однако при возникновении "эффекта захвата" оно обычно бывает в пределах 300 мс.  

Диалоговый доступ технологии PACE сокращает время ожидания доступа до приемлемого уровня multimedia-приложениями и real-time-приложениями. В таблице 2 приведены максимальные значения времени ожидания доступа как функции от максимального числа коллизий в алгоритме Диалогового Доступа. Обычно в приложениях максимальное число коллизий 6 или 7. Т.о. достигается максимальное время ожидания доступа менее  5 мс.  
Таблица 2: Времена задержек технологии Диалогового Доступа PACE

Продукты 3Com поддерживают технологию  PACE Interactive Access 

Технология PACE Interactive Access выполнена аппаратно в коммутаторах 3COM Ethernet и Fast Ethernet, устройства Ethernet, подключенные к этим коммутаторам, автоматически поддерживают возможности Interactive Access. Пользователям не нужно обследовать свои сети и существующие кабельные системы. Технология PACE Interactive Access сегодня поддержана в 3Com SuperStack® II Desktop Switch, Switch 1000 и Switch 3000,  LinkBuilder® MSH™ Switch Module и CoreBuilder™ 5000 (ранее ONcore®) FastModules и во всех выпускающихся коммутаторах.  

Кроме того, сетевые карты 3Com's EtherLink® XL и Fast EtherLink XL (NICs) тоже участвуют в технологии Interactive Access для повышения производительности окружения Ethernet. Они используют концепции Interactive Access для постоянного анализа сетевого трафика и задания условий работы для наиболее эффективной передачи пакетов 
Эта возможность является частью блока расширений набора ПО, разработанного 3Com, известного как функции Dynamic Access™. Функции Dynamic Access привносят интеллектуальность сетям. Сетевые карты 3Com становятся активными компонентами сети, которые взаимодействуют с другими частями сети, оптимизируя производительность.  

3Com сотрудничает с различными организациями и комитетами по выработке стандартов для multimedia-приложений. В результате технологии  PACE  лицензированы многими производителями полупроводниковых приборов. Технология является открытой для лицензирования. 

Как применяется технология PACE Class of Service

В типичной среде LAN трафик всех приложений перемешан. Поэтому трафик приложений multimedia и real-time не может быть эффективно выделен из общего. К сожалению, современные  технологии Ethernet не имеют возможности распозавать и располагать по приоритетам различные типы трафиков. Если сеть перегружена по какой-либо причине, традиционный Ethernet не может поддержать выполнение этих типов приложений надлежащим образом.  

Вторая компонента технологии PACE, Class of Service (CoS) (Класс Сервиса), дает возможность идентифицировать и оперировать с двумя уровнями приоритетов. PACE CoS осуществляется в схеме MAC-адресации Ethernetb и обеспечивает экономически выгодный путь поддержки трафиков  multimedia и  real-time в  коммутируемой инфраструктуре Ethernet.  

Технология PACE Class of Service использует неиспользованный до сих пор управляющий бит Universally/Locally (U/L) в MAC-адресе IEEE 802.3 как флаг приоритета доступа. Двоичный флаг может иметь два приоритета - высокий и низкий. Это самый простой и дешевый способ как для станции, так и для коммутатора. 

Рис 6. Формат MAC-адреса IEEE 802.3 в реализации PACE CoSСегодняшняя реалиизация PACE Class of Service

Сетевые карты EtherLink XL и Fast EtherLink XL имеют драйверы на основе технологии PACE CoS, которые позволяют назначать приоритеты приложениям Windows 95 и NT. Пользователь может назначать приоритеты приложениям, выбирая их из списка или определять номер порта протокола. Когда коммутатор, поддерживающий PACE CoS получает выскоприоритетный пакет, он обслуживает его раньше чем низкоприоритетные пакеты.  

Адаптеры Ethernet без драйверов  PACE CoS распознает пакеты, в которых установлен  бит U/L в MAC-адресе как обычный легальный пакет. Таким образом высокоприоритетные пакеты нормально обрабатываются обычными станциями без поддержки PACE CoS. В среде, не использующей MAC-адресацию стандарта IEEE, сеть использует бит  U/L для указания локальной адресации адресов Ethernet. В этих сетях компонента технологии PACE Class of Service не может применяться.  

Рис 7. Экран задания поддержки приложений классом PACE CoS 

Технология PACE также хорошо работает в сетях Ethernet с магистралью  ATM. Сетевые карты и коммутаторы, поддерживающие PACE обеспечивают поддержку приложений multimedia и  real-time в  LAN, а магистраль ATM обеспечивает гарантированную доставку в жестких временных рамках по всей сети.  

3Com постоянно сотрудничает с производителями ПО multimedia и real-time, а также с производителями оборудования этого типа. Примеры поддерживаемых приложений указаны в Таблице 3.  

Таблица 3: Производители приложений Multimedia и Real-time

Автор: Kai Chang (3COM)