4.3. Служба качества обслуживания QoS

4.3.1. Структура службы QoS

Любая сеть (ИС) есть распределенная среда, состоящая из большого числа устройств, которые реализуют различные информационные технологии и протоколы. Стоит задача поддерживать единые требования по качеству обслуживания различных видов трафика, причем на всем пути продвижения пакетов от начального узла к конечному («из конца в конец» - “end-to-end”). Для решения этой задачи в сети организована служба QoS. Обычно, служба качества строится следующим образом (см. рис.4.1.):

Рис. 4.1. Структура службы качества

Так как качество обслуживания должно осуществляться из конца в конец, то компоненты службы могут находиться во всех сетевых устройствах, которые обеспечивают продвижение пакетов (коммутаторы, маршрутизаторы, серверы доступа и т. п.). Для того, чтобы координировать работу распределенных средств с целью обеспечения нужного качества обслуживания и однородности его на всем пути трафика, в составе службы существуют централизованные элементы управления, с помощью которых администратор может согласовывать работу отдельных компонентов службы в сетевых устройствах.

Обычно служба качества включает следующие подсистемы (см. рис. 4.2).

Рис. 4.2. Подсистемы службы качества

Средства службы узлов выполняют обработку поступающего в узлы трафика в соответствии с требованиями качества обслуживания. Эти средства являются основными исполнительными механизмами службы. Они непосредственно влияют на процесс продвижения пакетов между входящими и исходящими интерфейсами устройств и естественный определенный «вклад» каждого из них в параметры качества обслуживания. Эти средства могут включать элементы двух типов: механизмы обслуживания очередей и механизмы «кондиционирования» трафика.

Механизмы обслуживания очередей являются необходимым элементом любого устройства, которое работает в сети по принципу коммутации пакетов. Эти механизмы могут реализовывать различные алгоритмы обслуживания пакетов, попавших в очередь: от самых простых (FIFO) до сложных, поддерживающих обработку нескольких классов пакетов (приоритетное или взвешенное обслуживание). По умолчанию в устройствах организуется алгоритм FIFO. Однако, он достаточен лишь для реализации сервера с «максимальными усилиями».

Механизм «кондиционирования» трафика реализуется в сетевых узлах для реализации функции службы QoS для продвижения пакетов с заданными уровнями качества. Для этих целей необходимо создавать следующее условие: чтобы скорость продвижения трафика потока согласовывалась со скоростью порождения данного потока. Очереди возникают, когда скорость поступления потока больше скорости продвижения. Механизмы кондиционирования и реализовывают функции согласования этих скоростей по принципу уменьшения поступления потоков в конкретный узел настолько, чтобы он всегда был меньше скорости продвижения.

Классификация трафика. После реализации данной функции из общей последовательности потока пакетов выделяются потоки, имеющие определенные требования к качеству обслуживания. Эта классификация может реализовываться на основе различных формальных признаков, заложенных в пакеты (адреса отправителя и получателя, значение протокола TCP для портов, признаки приоритета пакетов и т. п.).

Профилирование трафика. Обычно для каждого входного потока определен соответствующий набор параметров по качеству обслуживания. Этот набор часто называют профилем трафика. Профилирование трафика подразумевает проверку соответствующего входного потока профилю. В случае нарушения параметров профиля (например, периода пульсации потока или его средней скорости) происходит сбрасывание или маркировка этого пакета, что приводит к снижению интенсивности поступления пакетов данного потока, что в свою очередь позволяет привести параметры потока в соответствии с его профилем. Маркировка пакетов обеспечивает в конечном итоге их обслуживание узлом, но с качеством обслуживания отличным (меньшим) по сравнению с параметром профиля (например, с увеличением задержки). Для реализации механизмов кондиционирования осуществляется измерение параметров потока соответствующими средствами (счетчики, таймеры).

Формирование трафика. В ходе реализации данной функции спрофилированному потоку задаются нужные временные параметры. Обычно с помощью этой функции удается сгладить пульсации потока до уровня их равномерного порождения. Сглаживание пульсацией уменьшает очереди в сетевых устройствах, которые далее будут обрабатывать этот поток. Механизмы кондиционирования могут быть реализованы как в каждом сетевом устройстве, так и только в пограничных устройствах. Этот принцип зачастую используют сервис-провайдеры, кондиционируя трафик для своих клиентов.

Протоколы сигнализации службы QoS предназначены для координации работы сетевых устройств по поддержанию необходимого уровня качества передачи пакетов из конца в конец. Они необходимы для того, чтобы механизмы службы отдельных узлов могли обмениваться управляющей информацией с целью координации усилий по обеспечению нужных параметров обслуживания на всем пути потока. С помощью этих протоколов приложения могут резервировать в себе требуемую среднюю пропускную способность по всему маршруту. Инициализация протоколов сигнализации может осуществляться не только конечными узлами, но и промежуточными.

Централизованные функции политики управления и учета. Они позволяют администратору сети целенаправленно воздействовать на сетевые устройства с целью разделения ресурсов сети между различными видами трафика при требуемом уровне качества обслуживания. Этот элемент является необязательным для сетей малых размеров. Механизм централизованного управления фактически включает все административные функции по обеспечению требуемого качества обслуживания потоков. Службы качества, в которых работают централизованные элементы поддержания политик, так и называются – службы QoS, основанные на политике (PbQoS).