Контроль качества предоставления услуг (SLA) в сетях IPMPLS. Учебное пособие

ухудшению уровня качества обслуживания для уже имеющегося в сети трафика.

2.Решение по выбору оптимального пути в IP сети осуществляется маршрутизатором в зависимости от метрики, которая обозначает условную стоимость передачи по сети.

3.Наиболее распространенные протоколы маршрутизации это RIP и OSPF (внутренние) и протокола BGP (внешний). RIP и OSPF используются для обновления таблиц маршрутизации внутри автономной системы.

4.Используя вектор расстояния маршрутизации, каждый маршрутизатор периодически делится своей информацией о входах в Интернет со своими соседями.

5.Каждый маршрутизатор хранит таблицы маршрутизации, имеющие один вход для каждой сети назначения, которую маршрутизатор зарегистрировал.

6.Для того чтобы вычислить таблицы маршрутизации, применяется алгоритм Дейкстры для баз данных состояния линии маршрутизатора.

7.Одним из основных понятий в концепции обеспечения требуемого уровня качества обслуживания в современных сетях является соглашение об уровне обслуживания SLA.

Вопросы для самопроверки по лекции 2

1.Какие задачи решает механизм управления допуском?

2.Какие методы используются для управления потоком?

3.Какие задачи решает маршрутизатор?

4.Перечислите и кратко охарактеризуйте протоколы маршрутизации.

5.Чем отличается внешняя маршрутизация от внутренней?

6.Для чего нужная таблица маршрутизации и какую информацию она содержит?

7.Для чего нужны извещения о состоянии канала (LSA)?

8.Опишите принцип работы алгоритма Дейкстры.

9.Что описывает контракт SLA и для чего он нужен?

41

Литература по лекции 2

1.Руководство по технологиям обьединенных сетей. - 3-е изд.

-М.: Вильямс, 2002. - 1039 с.: ил.

2.Леммл Т. CCNP:Маршрутизация: Учеб. руководство; Пер. с англ. / Леммл Т. - М.: Лори, 2002. - 444 с.: ил.

3.Соколов Н.А. Задачи планирования сетей электросвязи. – СПб: Техника связи, 2012. - 600 с.

4.Сети следующего поколения NGN / Под ред. А.В Рослякова.

-М.: Эко-Трендз, 2008. – 424 с.

5.Бакланов И.Г. NGN: принципы построения и организации. –

М.: Эко-Трендз, 2008. – 400 с.

42

Лекция 3. МЕХАНИЗМЫ ПОДДЕРЖКИ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ В СЕТЯХ IP В ПЛОСКОСТИ ДАННЫХ

Цели лекции: изучение механизмов поддержки качества обслуживания в сетях IP в плоскости данных.

3.1Алгоритмы, использующиеся при распределении

трафика по классам

Time Sliding Window with Two Color Marking. Алгоритм скользящего временного окна с 2 цветным маркером — (Time Sliding Window with Two Color Marking, TSW2CM) (рис. 3.1)

имеет 2 составляющие: оценщик интенсивности и маркировщик, приписывающий каждому пакету определённый цвет в дополнение к приоритету сброса.

Рис. 3.1 Схема работы TSW2CM

При поступлении пакета оценщик оценивает скорость поступления информации с учётом всплесков интенсивности поступления трафика, строит оценку, аппроксимирующую долгосрочную измеренную интенсивность входящего потока. Маркировщик использует оценённую интенсивность для того, чтобы приписать пакету один из двух цветов, определяющих дополнительный приоритет.

A Single Rate Three Color Marker. Алгоритм трёхцветно-

го маркера для одного входящего потока (A Single Rate Three Color Marker, srTCM) работает по аналогичному TSW2CM

43

принципу. Измеритель (Meter) измеряет пакеты и передаёт результаты измерения маркировщику (Marker). Маркировщик srTCM измеряет пакеты входящего IP-потока и маркирует пакеты зелёным, жёлтым или красным цветом. Маркировка основы-

вается на параметре Committed Information Rate (CIR) и двух параметрах, ассоциированных с взрывным трафиком — Committed Burst Size (CBS) и Excess Burst Size (EBS). Пакет маркирует-

ся зелёным цветом, если он не превосходит CBS, жёлтым, если интенсивность поступления превосходит CBS, но не превосходит EBS, и красным в ином случае.

A Two Rate Three Color Marker. Двухпараметровый трёхцветный маркер (Two Rate Three Color Marker (trTCM)) из-

меряет пакеты IP потока и маркирует пакеты зелёным, жёлтым или красным цветом. Пакет маркируется красным, если размер пакета превосходит Peak Information Rate (PIR). Иначе поток окрашивается либо жёлтым, либо зелёным цветом, в зависимости от того, превышено или нет значение параметра Committed Information Rate (CIR). Алгоритм trTCM используется для мар-

кировки потока IP-пакетов в услугах, в которых различные уровни обслуживания соответствуют разным цветам. Например, услуга может сбрасывать все красные пакеты, продвигать вперёд пакеты жёлтого цвета и зелёные пакеты с низкой вероятностью сброса.

3.2Алгоритм формирования трафика

Алгоритм Leaky Bucket (дырявое ведро) обеспечивает контроль и, если нужно, сглаживание пульсации трафика. Алгоритм позволяет проверить соблюдение отправителем своих обязательств в отношении средней скорости передачи данных и пульсации этой скорости.

Представим себе ведро, в котором накапливаются данные, получаемые от отправителя. В днище ведра имеются отверстия, через которые данные «вытекают» из него для дальнейшей обработки (или передачи). Через определенные интервалы времени подсчитывается объем данных, которые накопились в ведре в течение интервала, предшествовавшего моменту подсчета. Если объем не превышает порога В, всплеск скорости передачи дан-

44

ных внутри этого интервала считается нормальным, и никаких действий не производится. Если объем накопившихся данных превысил порог В, все пакеты, оказавшиеся выше порога, но ниже краев ведра, снабжаются меткой DE (Discard Eligibility), а те, которые не поместились в ведре, отбрасываются. В следующем интервале данные продолжают поступать в ведро и вытекать из него в обычном порядке (независимо от наличия меток), но если ведро переполняется, то отбрасываются не вновь поступающие пакеты, а пакеты с меткой DE, которые еще не успели вытечь. Если при следующем подсчете окажется, что объем данных в ведре ниже порога В, то никаких действий не производится. Если порог превышен, и в числе пакетов, оказавшихся выше порога, имеются пакеты без метки DE, они получают такую метку

Алгоритм Token Bucket выполняет «калибровку» трафика, т.е. уменьшает до заданного предела пульсацию скорости потока данных и гарантирует, что не будет превышена заданная средняя скорость этого потока.

Имеется некое «ведро», в которое через равные промежутки времени поодиночке падают одинаковые жетоны; каждый жетон равноценен определенному числу байтов. Имеется буферный накопитель, в котором образуется очередь пакетов, требующих дальнейшей обработки (или передачи). Система работает так, что если количество жетонов в ведре равноценно числу байтов, не меньшему чем содержится в пакете, который стоит в очереди первым, этот пакет выводится из очереди для дальнейшей обработки, и одновременно соответствующее количество жетонов изымается из ведра. Если же жетонов в ведре недостаточно, пакет ожидает, пока их наберется столько, сколько нужно. Таким образом, генератор, определяющий частоту, с которой жетоны падают в ведро, контролирует скорость продвижения пакетов, а буферный накопитель сглаживает ее пульсацию.

Если трафик снизился настолько, что в буферном накопителе не осталось ни одного пакета, подача жетонов в ведро прекращается, когда в нем наберется такое их количество, которое примерно равноценно числу байтов в пакете средней длины. Как

45

только в накопитель снова начнут поступать пакеты, подача жетонов в ведро должна быть возобновлена.

3.3Алгоритмы управления перегрузками

Калгоритмам управления перегрузками (QoS Congestion Management) относятся FIFO Queueing, PQ, WFQ, CBWFQ, LLQ.

FIFO Queueing. Обработка трафика в порядке поступления пакетов (First In First Out, FIFO) является самым простым подходом к планированию очереди. Потеря пакетов происходит лишь при переполнении буфера. Задержка и потеря пребывающих пакетов зависят от интервала времени между двумя поступлениями соседних пакетов, а также от их длины. Уменьшение интервала между поступлениями пакетов и/или увеличение длины пакета приводит к росту очереди. При дисциплине обслуживания в порядке поступления в очередь все пакеты обрабатываются без приоритетов. Поэтому различным информационным потокам невозможно предоставить разное качество обслуживания.

Priority Queue. Механизм приоритетной обработки трафика (Priority Queue) (рис. 3.2) предусматривает разделение всего сетевого трафика на небольшое количество классов с назначением каждому классу приоритета. Поступивший в период перегрузки пакет помещается в одну из очередей согласно его приоритету (количество очередей соответствует числу классов).

Приоритеты очередей имеют абсолютный характер предпочтения при обработке: пока из более приоритетной очереди не будут выбраны все пакеты, устройство не переходит к обработке следующей, менее приоритетной.

Конечный размер буферной памяти сетевого устройства предполагает некоторую предельную длину каждой очереди. Пакет, поступивший в то время, когда буфер заполнен, просто отбрасывается. Приоритетное обслуживание очередей обеспечивает высокое качество сервиса для пакетов из самой приоритетной очереди. Если средняя интенсивность их поступления в устройство не превосходит пропускной способности выходного интерфейса (и производительности внутренних блоков самого устройства, участвующих в продвижении пакетов), то пакеты с

46

наивысшим приоритетом всегда получают ту пропускную способность, которая им необходима.

Рис. 3.2 Механизм Priority Queue

Качество обслуживания пакетов остальных классов ниже, чем у пакетов с наивысшим приоритетом. Приоритетное обслуживание обычно применяется в том случае, когда в сети есть чувствительный к задержкам трафик, но его интенсивность невелика, так что его наличие не слишком ущемляет остальной трафик.

Stochastic Fairness Queueing. Алгоритм стохастического справедливого обслуживания (Stochastic Fairness Queueing, SFQ)

поровну распределяет между сеансами доступную полосу пропускания. Трафик делится на достаточное количество очередей типа FIFO, по одной на каждый сеанс. После этого, все очереди обрабатываются в циклическом порядке, тем самым обеспечивая каждому сеансу равные шансы на передачу данных.

Следует заметить, что SFQ эффективен только в случае, если исходящий интерфейс полностью загружен. В противном случае очередь будет отсутствовать и, следовательно, никакого положительного эффекта наблюдаться не будет.

Weighted Queuing. Алгоритм взвешенного обслуживания (Weighted Queuing, WQ) разработан для того, чтобы для всех классов трафика можно было предоставить определённый минимум пропускной способности или удовлетворить требования к задержкам. Под весом какого-либо класса понимается доля выделяемой данному виду трафика пропускной способности выходного интерфейса.

47

Как и при приоритетном обслуживании, трафик делится на несколько классов, и для каждого вводится отдельная очередь пакетов. С каждой очередью связывается доля пропускной способности выходного интерфейса, гарантируемая данному классу трафика при перегрузках этого интерфейса (рис. 3.3).

Рис. 3.3 Механизм Weighted Queuing

Поставленная цель достигается благодаря тому, что очереди обслуживаются последовательно и циклически, и в каждом цикле из каждой очереди забирается такое число байт, которое соответствует весу очереди. В результате каждому классу трафика достаётся гарантированный минимум пропускной способности, что во многих случаях является более желательным результатом, чем подавление низкоприоритетных классов высокоприоритетным.

В общем случае взвешенное обслуживание приводит к большим задержкам и их отклонениям, чем первоочередное обслуживание для самого приоритетного класса, даже при значительном превышении выделенной пропускной способности над интенсивностью входного потока данного класса. Но для более низких приоритетных классов взвешенное справедливое обслуживание часто оказывается более приемлемым с точки зрения создания благоприятных условий обслуживания всех классов трафика.

Weighted Fair Queuing. Взвешенное справедливое обслу-

живание (Weighted Fair Queuing, WFQ) (рис. 3.4) – это комбини-

рованный механизм обслуживания очередей, сочетающий приоритетное обслуживание со взвешенным.

48

Рис. 3.4 Механизм Weighted Fair Queuing

Производители сетевого оборудования предлагают многочисленные собственные реализации WFQ, отличающиеся способом назначения весов и поддержкой различных режимов работы. Наиболее распространённая схема предусматривает существование одной особой очереди, которая обслуживается по приоритетной схеме — всегда в первую очередь и до тех пор, пока все заявки из неё не уйдут на обслуживание. Эта очередь предназначена для системных сообщений, сообщений управления сетью и, возможно, пакетов наиболее критических и требовательных приложений. Предполагается, что её трафик имеет невысокую интенсивность, поэтому значительная часть пропускной способности выходного интерфейса остаётся другим классам трафика. Остальные очереди устройство просматривает последовательно, в соответствии с алгоритмом взвешенного обслуживания.

Одним из вариантов реализации WFQ является WFQ, основанный на потоках (Flow-based WFQ, FWFQ). В маршрутизаторе создаётся столько очередей, сколько потоков существует в трафике. Под потоком в данном случае понимаются пакеты с определёнными значениями IP-адресов отправителя и получателя и/или портов TCP/UDP отправителя и получателя, а также пакеты с одинаковыми значениями поля ToS. Каждому потоку соответствует отдельная выходная очередь, для которой в периоды перегрузок механизм WFQ выделяет равные доли пропускной способности порта.

49

Другим вариантом реализации WFQ является WFQ, осно-

ванный на классах (Class-based WFQ, CWFQ или CBWFQ). От-

личие от обычного WFQ заключается в механизме распределения трафика по классам, который может осуществляться на базе групп QoS, соответствующих набору признаков из списка управления доступом (ACL), или на базе значений поля ToS заголовка пакета.

Во многих сетевых устройствах механизм WFQ является одним из основных для поддержки качества обслуживания, в том числе и в случае различных протоколов, использующих методы сигнализации для координированного поведения всех устройств сети.

Low Latency Queuing. Алгоритм обработки очередей с малой задержкой (Low Latency Queuing, LLQ) является модификацией CBWFQ. Алгоритм (подобно PQ) использует выделенную очередь для обработки трафика, чувствительного к задержке. Остальной трафик обрабатывается по алгоритму CBWFQ.

Weighted Round Robin. Дисциплина взвешенного циклического обслуживания (Weighted Round Robin, WRR) распределяет трафик по классам, используя схему взвешенного циклического обхода. Все классы получают ширину полосы пропускания, пропорциональную присвоенным им весам (рис. 3.5).

Рис. 3.5 Дисциплина WRR

3.4Алгоритмы предотвращения перегрузок

Механизмы предотвращения перегрузок поддерживают уровень нагрузки в сети ниже пропускной способности сети.

50