Кіріспе
Желідегі трафиктің жоғары болуына байланысты қызмет сапасының төмендеуі
Деректер желілеу және кезек күту теориясындағы желілік тығын – бұл желілік түйін немесе байланыс өз мүмкіндігінен артық деректерді тасымалдағанда болатын қызмет сапасының төмендеуі. Типтік салдары – кезекте күту кешігуі, пакеттердің жоғалуы немесе жаңа қосылымдардың бұғатталуы. Тығынның салдарынан ұсынылатын жүктеменің бірте-бірте артуы желілік өткізу қабілетін аздап арттыруы немесе тіпті төмендетуі мүмкін. Тығынға байланысты пакеттердің жоғалуын өтеу үшін агрессивті қайта жіберуді пайдаланатын желілік протоколдар, бастапқы жүктеме желілік тығынға себеп болмайтын деңгейге дейін төмендетілгеннен кейін де тығынды күшейте алады. Мұндай желілер бірдей жүктеме деңгейінде екі тұрақты күйді көрсетеді. Төмен өнімділікпен тұрақты күй «тығынға байланысты құлдырау» деп аталады. Желілер құлдыраудан сақтану үшін тығынды басқару және тығыннан аулақ болу техникаларын қолданады. Оларға: 802.11 стандартындағы CSMA/CA және алғашқы Ethernet-тегі ұқсас CSMA/CD сияқты протоколдардағы экспоненциалды кері қайту, TCP-дегі терезенің мөлшерін азайту, сондай-ақ маршрутизаторлар мен желілік коммутаторлар сияқты құрылғылардағы әділ кезекке тұру жатады. Тығынды шешуге арналған басқа техникаларға кейбір пакеттерді басқаларынан жоғары басымдықпен жіберу схемалары және қабылдауды басқару арқылы желі ресурстарын нақты ағындарға бөлу кіреді.
Желілік сыйымдылық
Желі ресурстары шектеулі, оның ішінде маршрутизатордың өңдеу уақыты және байланыс арнасының өткізу қабілеті. Ресурс үшін бәсекелестік желілерде бірнеше кең таралған жағдайда туындауы мүмкін. Сымсыз желі бір ғана жеке компьютермен оңай толып кетуі мүмкін. Тіпті жылдам компьютерлік желілерде де, магистральдық желі бірнеше сервер мен клиенттік компьютерлердің әрекетінен оңай толып кетуі мүмкін. Бот-желілер жасаған қызметтен бас тарту шабуылдары ең ірі Интернет магистральдық желілерін де толыққанды толтырып, кең ауқымды желілік тығырыл тудыруға қабілетті. Телефон желілерінде, жаппай қоңыраулар цифрлық телефондық арналарды шамадан тыс жүктеуі мүмкін, бұл өз кезегінде қызметтен бас тарту шабуылы ретінде қарастырылуы мүмкін.
Конгестивтік құлдырау
Конгестивтік құлдырау (немесе толығу құлдырауы) – бұл толығудың пайдалы байланыстың жүзеге асуына кедерес келтіруі немесе оны шектеуі. Толығу құлдырауы көбінесе желідегі тұйық нүктелерде пайда болады, онда кіріс трафигі шығыс енінен асып түседі. Жергілікті желі мен жапсарлы желі арасындағы қосылыс нүктелері – осы тұйық нүктелердің кең таралған мысалдары. Желі осы жағдайда болғанда, трафик сұранысы жоғары, бірақ пайдалы өткізу қабілеті аз болатын тұрақты күйге енеді, осы кезде пакеттердің кешігуі мен жоғалуы орын алып, қызмет сапасы нашарлайды. 1984 жылы конгестивтік құлдырау мүмкін болатын мәселе ретінде анықталды. Ол алғаш рет 1986 жылдың қазан айында NSFNET I арқалық желісінің өткізу қабілеті 32 кбит/с-тан 40 бит/с-қа үш есе төмендеген кезде байқалды, бұл соңғы түйіндер 1987 және 1988 жылдар аралығында Ван Джейкобсон мен Салли Флойдтың толығуды басқаруын іске қоса бастағанға дейін жалғасты. Егер аралық маршрутизаторлар қабылдай алатыннан артық пакеттер жіберілсе, аралық маршрутизаторлар көптеген пакеттерді тастап, желінің соңғы нүктелері ақпаратты қайта жібереді деп күтеді. Алайда, TCP-нің алғашқы нұсқаларында қайта жіберудің тиімсіздігі байқалды. Пакет жоғалған кезде, соңғы нүктелер жоғалған ақпаратты қайталайтын қосымша пакеттерді жіберіп, кіріс жылдамдығын екі есеге арттырды.
Тоқтамаларды бақылау
Толығуды басқару телекоммуникациялық желіге трафик кіруін реттейді, артық жүктелуден туындайтын желінің толығу салдарынан құлдырауын болдырмау үшін. Бұл әдетте пакеттердің жылдамдығын төмендету арқылы іске асырылады. Толығуды басқару жіберушілердің желіні шамадан тыс жүктеуіне қарсы келеді, ал ағынды басқару жіберушінің қабылдаушыны шамадан тыс жүктеуіне қарсы келеді.
Желіде тоқыраудың алдын алу
Байланысқа бағытталған протоколдар, кеңінен қолданылатын TCP протоколы сияқты, пакеттердің жоғалуын немесе тарату жылдамдығын реттеу үшін кезекте тұру кешігуін қадағалайды. Әртүрлі желілік тығындалуды болдырмау процестері әртүрлі компромистерді қолдайды.
TCP/IP тоқырауының алдын алу
TCP тығырықтан сақтану алгоритмі Интернеттегі тығырықтан басқарудың негізгі құралы болып табылады. Бір уақытта жұмыс істейтін TCP ағындары пакеттердің жоғалуына ұшырағанда, әсіресе буферлік ісіну болғанда мәселелер туындайды. Бұл кешіккен пакеттердің жоғалуы TCP-нің автоматты түрде тығырықтан сақтануына кедерілді етеді. Пакеттердің жоғалуына ұшыраған барлық ағындар бір мезгілде TCP-ні қайта оқытуды бастайды – бұл TCP жаһандық синхронизациясы деп аталады.
Белсенді кезекті басқару
Активті кезекті басқару (AQM) — желілік интерфейс контроллерімен (NIC) байланысты тарату буферінде желілік пакеттерді қайта реттеу немесе жою. Бұл міндетті желілік жоспарлаушы атқарады.
Кездейсоқ ерте анықтау
Бір шешім – желілік жабдықтың шығу тізімінде кездейсоқ ерте анықтау (RED) қолдану. Бірнеше шығу тізімі бар желілік аппараттық порттарда салмақталған кездейсоқ ерте анықтау (WRED) қолданылуы мүмкін. RED TCP жіберуші мен қабылдаушыға кейбір пакеттерді тастау арқылы жанама түрде сигнал береді, мысалы, тізімнің орташа ұзындығы белгілі бір шектен (мысалы, 50%) асса, және тізім толған сайын пакеттерді сызықтық немесе кубикалық түрде көбірек, мысалы, 100%-ға дейін жояды.
Қатаң рангикалық анықтау
Берік кездейсоқ ерте анықтау (RRED) алгоритмі қызметтен бас тарту (DoS) шабуылдарына, әсіресе төмен жылдамдықты қызметтен бас тарту (LDoS) шабуылдарына қарсы TCP өткізу қабілетін жақсарту үшін ұсынылды. Тәжірибелер RED сияқты алгоритмдердің LDoS шабуылдары кезінде шабуылдардың салдарынан туындаған тербелмелі TCP кезек өлшемдеріне байланысты әлсіз екенін растады.
Ағынды негіздегі WRED
Кейбір желілік жабдықтар әрбір ағынды қадағалап, өлшейтін порттармен жабдықталған, соның арқасында қызмет сапасы саясатына сәйкес тым көп жолақты кеңдік ағынын анықтай алады. Мұндай саясат белгілі бір критерийлер бойынша барлық ағындар арасында жолақты кеңдікті бөлуге мүмкіндік береді.
Тоқтама туралы ашық хабарлау
Тағы бір тәсіл – Explicit Congestion Notification (ECN) қолдану болып табылады. ECN екі хост оны қолдануға келіссе ғана қолданылады. Бұл әдіс протокол битін нақты тығын туралы хабарлау үшін пайдаланады. Бұл RED/WRED алгоритмдерімен пакеттердің жоғалу арқылы берілетін жанама тығын хабарламасынан жақсырақ, бірақ оның жұмыс істеуі үшін екі хосттың да қолдауы қажет.
Артқа қарай ECN
Артқа қарай ECN (BECN) – тағы бір ұсынылған тығын туралы хабарлау механизмі. Ол IP желілері үшін қарапайым ECN механизмін іске асыру үшін IP сигнализациясы ретінде ICMP бастапқы сөндіру хабарламаларын қолданады, тығын туралы хабарларды IP деңгейінде ұстап, желілік түйіндер арасында келісімдерді қажет етпейді. Тиімді тығын туралы хабарлар TCP және UDP сияқты көліктік қабат протоколдарына тиісті түзетулер жасау үшін таратылуы мүмкін.
Радиобайланыстар
Тоқтамалы құлдырауды болдырмауға бағытталған протоколдар дерек жоғалту тоқырау салдарынан туындайды деп есептейді. Сымды желілерде деректерді тарату кезінде қателер сирек кездеседі. WiFi, 3G және радио қабаты бар басқа желілер кедергілерден дерек жоғалтуға осал және кейбір жағдайларда өнімділігі нашарлауы мүмкін. Радио негізіндегі физикалық қабат арқылы жұмыс істейтін TCP қосылымдары дерек жоғалтуды байқайды және осыны тоқырау деп жаңылысады.
Қысқа мерзімді байланыстар
Баяу басталу протоколы қысқа қосылымдар үшін нашар жұмыс істейді. Ескі веб-браузерлер көптеген қысқа мерзімді қосылымдар жасады және әрбір файл үшін қосылымды ашып, жапты. Бұл көптеген қосылымдарды баяу басталу режимінде ұстап тұрды. Бастапқы өнімділік нашар болуы мүмкін, сондай-ақ көптеген қосылымдар баяу басталу режимінен шыға алмайды, бұл кідіріс уақытын күрт арттырады. Бұл мәселенің алдын алу үшін, қазіргі заманғы браузерлер бірнеше қосылымды бірден ашады немесе белгілі бір серверден сұралған барлық файлдар үшін бір қосылымды қайта қолданады.
Кіруді бақылау
Кіруді бақылау – жаңа желілік қосылымдарды орнату алдында құрылғылардың рұқсат алуын қажет ететін кез келген жүйе. Жаңа қосылым желіде тығын тудыру қаупі болса, рұқсат берілмеуі мүмкін. Мысалдарға ITU-T G.hn стандартындағы ескі сымдар арқылы үй желілері үшін қолданылатын Contention Free Transmission Opportunities (CFTXOPs), IP желілері үшін Ресурстарды резервтеу протоколы және Ethernet үшін Ағынды резервтеу протоколы жатады.