Функции качества обслуживания

Классификация и маркировка пакетов

Маршрутизаторы, расположенные на границе сети, используют функцию классификации для распознавания пакетов, принадлежащих различным классам трафика, в зависимости от значения одного или нескольких полей в заголовке TCP/IP. Функция маркировки пакетов используется для разметки классифицированного трафика путем установки значения поля IP-приоритета или поля кода дифференцированного обслуживания (Differentiated Services Code Point – DSCP). Более подробно функции классификации и маркировки пакетов рассматриваются в следующей лекции.

Управление интенсивностью трафика

Поставщики услуг используют ограничивающую функцию для приведения параметров поступающего в сеть клиентского трафика в соответствии с его профилем. В то же время корпорации используют выравнивающую функцию для дозирования поступающего в сеть поставщика услуг трафика и выравнивания его интенсивности в соответствии с заданным профилем.

Распределение ресурсов

Наиболее распространенным механизмом обслуживания очередей в маршрутизаторах и коммутаторах современной Internet является ставший уже традиционным механизм "первым пришел, первым вышел" (first-in, first-out – FIFO). Несмотря на простоту реализации, для механизма FIFO характерно несколько фундаментальных проблем, затрудняющих выполнение функций качества обслуживания. Так, механизм FIFO не предусматривает приоритетной обработки чувствительного к задержке трафика путем его перемещения во главу очереди. Весь трафик обрабатывается одинаково, без учета принадлежности потоков к различным классам с разными требованиями к обслуживанию.

Минимальное требование, предъявляемое к поддерживающему функции QoS алгоритму обслуживания очередей, – способность дифференцировать и определять требования к обработке различных пакетов. В соответствии с этими параметрами алгоритм обслуживания должен планировать порядок передачи поставленных в очередь пакетов. Частота обслуживания пакетов одного и того же потока трафика определяет выделенную этому потоку полосу пропускания.

Предотвращение перегрузки и политика отбрасывания пакетов

Традиционный механизм обслуживания очередей FIFO предусматривает отбрасывание всех входящих пакетов после достижения максимального значения длины очереди. Подобный способ управления очередью получил название "отбрасывание хвоста" (tail drop) и характеризуется тем, что сигнал о перегрузке поступает лишь в момент фактического переполнения очереди. К сожалению, механизм FIFO не предусматривает проведения каких-либо активных действий по предотвращению перегрузки или по уменьшению размера очереди с целью снижения времени задержки. Активный алгоритм управления очередями позволяет маршрутизатору предвидеть перегрузку еще до переполнения очереди.

Маршрутизация

Традиционная маршрутизация осуществляется на основании адреса назначения пакета и предполагает выбор наименее короткого маршрута, хранящегося в таблице маршрутизации. К сожалению, подобный механизм является недостаточно гибким для некоторых сетевых сценариев. Маршрутизация на основе политики – это функция качества обслуживания, позволяющая заменить традиционный механизм маршрутизации пакетов механизмом, учитывающим всевозможные настраиваемые пользователем параметры.

Современные протоколы маршрутизации, работающие по методу выбора наименее короткого пути, позволяют учитывать такие значения метрики, как административное расстояние, вес или число переходов. Маршрутизация пакетов осуществляется на основании хранящейся в таблице маршрутизации информации без учета требований потока трафика к качеству обслуживания или доступности сетевых ресурсов на всем протяжении маршрута. QoS-маршрутизация представляет собой механизм маршрутизации пакетов, учитывающий требования потоков трафика к качеству обслуживания и осуществляющий выбор маршрута в зависимости от наличия сетевых ресурсов.

Более подробно маршрутизация на основе политики рассматривается в приложении в следующих лекциях.

Совокупность контролируемых параметров информационного потока гарантирует соответствие между реальными параметрами качества и заданными. Заданные параметры определяют допустимые алгоритмы его маршрутизации и необходимый объем сетевых ресурсов. Оператор может использовать различные механизмы управления сетевыми ресурсами, обеспечивающие необходимый уровень QoS. Эти механизмы зависят от концепции построения системы управления мультисервисной сети и особенностей оборудования, используемого в узлах коммутации магистральной сети.

Механизмы обеспечения качества абонентского обслуживания по транспортировке трафика в мультисервисной сети QoS могут реализовываться как на канальном (2-й уровень сетевой модели), так и на сетевом (3-й уровень модели) уровне модели ISO/OSI:

• механизмы QoS канального уровня ATM;

• механизмы QoS канального уровня коммутируемой сети Ethernet, основанные на классификации и приоритезации информационных потоков;

• технология MPLS (MultiProtocol Label Switching), повышающая эффективность прохожения трафика за счет упрощения процессов маршрутизации. Механизм MPLS может быть применен для обеспечения QoS как в среде Ethernet, так и в среде ATM.

В общем случае качество обслуживания (QoS) означает предоставление приложениям и пользователям сети предсказуемого сервиса доставки данных (транспортного сервиса). Предсказуемость доставки должна означать то, что администратор может влиять и количественно оценить вероятность того, что сеть будет передавать определенный поток данных между двумя узлами в соответствии с требованиями приложений и пользователей. Качество обслуживания можно оценить следующими основными параметрами:

1) пропускная способность;

2) время задержки в передаче пакетов;

3) уровень потерь и искажений пакетов.

Первые два показателя определяют и влияют на производительность сети, последний – на надежность.

Реализацией в компьютерных сетях механизмов, обеспечивающих качество обслуживания, являются сравнительно новые тенденции. Долгое время компьютерные сети существовали без этого механизма в основном по следующим причинам: во-первых, все пользовательские приложения в сети были «нетребовательного» типа. Для таких приложений задержки пакетов или изменение средней пропускной способности в широком диапазоне не приводили к значительной потере функциональности системы. Во-вторых, сама пропускная способность 10-Мбитных сетей Ethernet удовлетворяла требованиям приложений и пользователей.

По этим причинам большинство сетей работало с тем качеством, которое могло обеспечить, но при этом никаких гарантий относительно задержек или пропускной способности не было. Такой транспортный сервис получил название «сервис с максимальными усилиями». Все пакеты приложений считались при этом равноправными и их обслуживали, или передача осуществлялась в соответствии с алгоритмом FIFO. Если очередь на передачу становилась очень большой и не помещалась в буферных устройствах, то проблема решалась отбрасыванием вновь поступивших объектов. Сервис с максимальными усилиями обеспечивает приемлемое качество обслуживания только в том случае, если производительность сети намного выше средних потребностей, то есть является избыточной.

Службы, обеспечивающие транспортный сервис, можно разделить на следующие группы:

1) службы, реализующие сервис с максимальными усилиями (фактически отсутствие службы управления качеством);

2) службы, реализующие сервис с предпочтением, называемы «мягкими». При этом некоторые типы трафика обслуживаются лучше, чем остальные. Так как этот сервис основывается на предпочтении, то он также не дает твердых гарантий;

3) гарантированный сервис («жесткий» или «истинный»). Он основан на предварительном резервировании сетевых ресурсов для определенного потока перед его отправкой в сеть. Поток, который выделил ресурсы, гарантированно имеет при прохождении через сеть те значения пропускной способности и задержек, которые определены в числовом виде.

Эти подходы не исключают, а дополняют друг друга, их комбинирование при использовании позволяет учесть разнообразные требования приложений и возможности транспортной сети информационной системы.