5.3. Модели управления сервисом QoS в корпоративных сетях

Корпоративные сети связи (КСС) являются своеобразным полигоном для внедрения новых технологий и алгоритмов управления. КСС должна обладать свойством управляемости и иметь высокий уровень RAS (reliability, availability, serviceability) – безотказность, живучесть, обслуживаемость при поддержке работы критически важных приложений.

Большое количество приложений и все возрастающий объем трафика приводят к росту нагрузки на корпоративную сеть. Традиционно, пропускная способность сети может регулироваться увеличением ширины полосы пропускания используемых линий связи, и увеличением производительности задействованных в работе сети сетевых устройств, таких как коммутаторы доступа, коммутаторы ядра, роутеры, мультиплексоры. Эти вид регулирования не учитывают какой именно тип трафика должен передаваться (обрабатываться) в первую очередь, а для какого допустима передача во вторую очередь.

В зависимости от типа приложения/сервиса пользователи КСС предъявляют к ним различные требования. К примеру, задержка при получении письма по внутрикорпоративной почте до 2 минут вполне приемлема с точки зрения пользователя. Однако прерывания связи, искажение или пропадание звука и изображения при селекторных совещаниях с использованием видеоконференцсвязи резко снижают оценку пользователей данного сервиса, приводят к повышению организационных издержек, потерям времени и снижению производительности в целом.

В некоторых случаях отказ в обслуживании со стороны КСС приводит к высоким финансовым издержкам и административным взысканиям. Например, если оператор клиент-банка не смог вовремя осуществить транзакцию или же работники бухгалтерии не смогли в установленный срок передать налоговую отчетность, то корпорации может быть начислено пени или наложено взыскание. Аналогичная ситуация может возникнуть при отправке отчетности или взаимодействии с отраслевыми регулирующими органами.

Для обеспечения работы КСС на уровне пакетной сети и контроля уровня оказания сервиса, как правило, необходим контроль и управление следующими параметрами: задержка (delay); джиттер (jitter); ширина полосы пропускания (bandwidth); показатели потери пакетов (packet loss parameters).

Для управления и снижения значений данных параметров в сетевой среде КСС могут использоваться три типа (модели) управления сервисом (QoS):

Негарантированная доставка (Best-effort delivery);

Интегрированный сервис (Integrated services model, IntServ, RFC 1633;

Дифференцированное обслуживание (Differentiated services model, DiffServ, RFC 2474, RFC 2475).

Негарантированная доставка – это метод, который не содержит в себе механизмов тонкого регулирования на основе типа и назначения трафика и основывается на увеличении пропускной способности без какого-либо выделения отдельных классов трафика и регулирования. Трафик будет передаваться в порядке общей очереди, как правило по принципу FIFO (first input first output).

Интегрированный сервис – модель сервисного обслуживания, которая гарантирует требуемое качество обслуживания, заранее определяя весь путь (маршрут) движения приоритетного трафика от источника к назначению. В настоящий момент этот метод реализует протокол RSVP (Resource Reservation Protocol), который был разработан как механизм для определения и резервирования соответствующего требованиям по ширине полосы пропускания пути для каждого приложения. Модифицированная версия данного протокола (RSVP-TE) используется для сигнализации MPLS TE LSP (Multi Protocol Label Switching Traffic Engineering Label-Switched Path). Посредством данного протокола приложение - источник самостоятельно запрашивает параметры QoS. Каждое сетевое устройство на пути следования должно проверить, может ли оно предоставить возможность передачи трафика с указанными параметрами. Как только все устройства на предполагаемом маршруте сообщают о своем соответствии минимальным заданным параметрам, приложение источник может начать передачу данных.

Недостаток данной модели заключается в низкой степени масштабирования в случае, когда множество приложений-источников пытается зарезервировать полосу пропускания по маршруту «точка-точка».

Как правило, для предоставления высокого уровня сервиса для передачи голосового и видео трафика в современных сетях используется модель DiffServ, то есть дифференцированное обслуживание. Оно, в отличие от интегрированного сервиса, позволяет сетевым устройствам регулировать управление пакетами на индивидуальной основе, когда каждый коммутатор или маршрутизатор принимает решение, базируясь на собственных политиках QoS. Данный метод не требует дополнительной резервации путей, QoS работает динамически. В случае, когда IntServ метод регулирует прохождение потоков данных (flow), DiffServ применяется для управления QoS в случае передачи на следующий узел (hop) и распространяется на группу схожих потоков.

При использовании DiffServ каждый маршрутизатор на пути следования трафика инспектирует специальный заголовок каждого IP-пакета (поле ToS, Type of Service, тип обслуживания) на наличие определённых флагов, классификаций или маркировок и на основании его содержимого принимает решение о передаче пакета, базируясь на настроенных в нем политиках QoS.

Исторически поле ToS имело различные цели и с течением времени получило описание в более чем 5 RFC. Этот байт содержал 3 бита значения IP Precedence (приоритет IP) и 4 бита значения ToS. Для регулирования выбора следующего хопа использовалось только 3 бита IP Precedence, что ограничивало возможности регулирования.

В настоящий момент байт ToS используется моделью DiffServ в качестве DS (Differentiated Services) поля, с форматом, отличным от изначального формата ToS. Оно содержит 6-битное значение DS, называемое также DSCP (differentiated service code point). 6 и 7 биты относятся к полю ECN (Explicit Congestion Notification, явное сообщение о задержке (управление IP-потоком)) и не используются моделью DiffServ. Форматы байтов ToS и DSCP приведены на рис.5.3. Стандартизированное поле DiffServ маркируется таким образом, что каждый пакет на его основании пересылается специальным образом согласно правилам пересылки или правилам PHB (Per-Hop Behaviors) на каждом сетевом узле.

Байт ToS (ToS Byte)	P2	P1	P0	T3	T2	T1	T0	Zero
Байт DS (DS Byte)	DS5	DS4	DS3	DS2	DS1	DS0	ECN1	ECN0
	Селектор класса (Class selector)			Приоритет уничтожения (Drop precedence)

Рисунок 5.3 - Форматы байтов ToS и DSCP

Значение DSCP по умолчанию 000 000. Поле селектор классов DSCP имеет значения, которые обеспечивают обратную совместимость с приоритетом IP (IP Precedence). При этом при преобразовании между IP Precedence и DSCP сопоставляются 3 наиболее значимых бита. Например, IP Prec 5 (101) транслируется в IP DSCP 101 000.

Значение битов DS5-DS3 позволяет классифицировать пакет по одному из 8 классов:

1. Класс 0, используется по умолчанию, предполагает использование негарантированной доставки (best-effort forwarding);

2. Классы 1-4 идентифицируют уровень сервиса заверенной доставки (assured forwarding, AF). Чем выше номер класса, тем выше приоритет трафика. Пакеты, относящиеся к данным классам, могут быть уничтожены (dropped);

3. Класс 5 идентифицирует уровень сервиса по ускоренной доставке (expedited forwarding, EF). Пакеты с этой меткой могут быть уничтожены в крайнем случае, так что они всегда относятся к данным, чувствительным к временным задержкам, таким, к примеру, как голосовой трафик;

4. Классы 6 и 7 относятся к межсетевому контролю и сетевому контролю соответственно (internet work control, network control). Как правило, маршрутизаторы и коммутаторы используют данные классы для маркировки трафика протоколов маршрутизации и Spanning Tree Protocol, для которых критичен высокий уровень сервиса.

Каждый класс DSCP имеет также 3 уровня приоритета уничтожения (Drop Precedence), определяемых значениями битов DS2-DS0, причем значение DS0 всегда равно 0:

Низкий (Low, 1);

Средний (Medium, 2);

Высокий (High, 3).

Чем выше значение drop precedence, тем больше вероятность, что внутри одного класса пакет будет уничтожен. Таким образом, чем ниже значение данного параметра, тем выше уровень сервиса.

Классификация кадров (уровень L2) имеет свои особенности, так как кадры сами по себе не имеют механизма индикации приоритета или важности их полезной нагрузки. Таким образом, коммутаторы типа Layer 2 по умолчанию поддерживают только негарантированную доставку. Однако, при передаче кадра от одного коммутатора к другому при инкапсуляции различных VLAN в один транк, возникает возможность маркировать каждый кадр значением CoS (Class of Service), так как при транковой инкапсуляции к каждому кадру добавляется идентификатор VLAN и инкапсуляция добавляет отдельное поле для указания CoS каждого кадра. Наиболее распространенный в корпоративных сетях стандарт инкапсуляции IEEE 802.1Q добавляет к каждому кадру 12-битный заголовок, содержащий VLAN ID и User field (пользовательское поле). User field содержит 3 бита, определяющих значение CoS кадра. Данное поле может принимать значения от 0 до 7, где 0 является индикатором наименьшего приоритета в обслуживании, а 7 – наивысшего.

При этом следует отметить, что кадры типа native vlan (VLAN 1) получают сконфигурированное по умолчанию значение CoS.

Использование метода дифференцированного обслуживания дает следующие преимущества:

снижает нагрузку на сетевые устройства и легко масштабируется по мере роста сети;

позволяет клиентам сохранять существующую схему Layer 3 ToS приоритетов, которая может быть использована;

позволяет использовать устройства как с поддержкой DiffServ, так и с поддержкой ToS;

устраняет узкие места за счет управления имеющимися корпоративными сетевыми устройствами.

В том случае, когда часть КСС находится вне зоны ответственности Общества (корпорации), к примеру, когда каналы связи не принадлежат Обществу и не обслуживаются его представителями, а арендуются у внешней организации, качество связи определяется Соглашением об уровне предоставления услуги (SLA, Service Level Agreement).

Согласно RFC 2475, SLA определяется как сервисный контракт между клиентом и сервисным провайдером, который определяет уровень сервиса, предоставляемый клиенту. SLA может включать правила регулирования трафика, параметры надежности и доступности услуги, а также регулировать уровни технической поддержки услуги.

Содержание

Стр.

Введение…………………………………………………………………….. 4

1. Тенденции развития телекоммуникационных сетей………………. 5

1.1. Развитие услуг связи…………………………………………………. 5

1.2. Структура сети связи концепции NGN…………………………….. 6

1.3. Сеть архитектуры IMS……………………………………………….. 9