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

Обычный путь предотвращения перегрузок состоит в уменьшении трафика, поступающего в сеть. Обычно, команда уменьшить трафик влияет в первую очередь на низкоприоритетные источники.

К алгоритмам предотвращения перегрузок (QoS Congestion Avoidance) относятся RED, RIO, ARED и др.

Random Early Detection. При использовании алгоритма случайного раннего обнаружения (Random Early Detect, RED) поступающие в буфер пакеты отбрасываются на основании оценки средней длины очереди. Вероятность сброса пакетов растет с ростом средней длины очереди. При поступлении паке-

та вычисляется значение средней длины очереди q , на основе

которого с учётом двух пороговых значений r1 и r2 вычисляется вероятность сброса π (q) :

где — параметр, задающий максимальное значение вероятности сброса.

При вычислении значения средней длины очереди q учитываются текущий размер очереди и предыдущее значение средней длины очереди. Причём, если очередь при поступлении пуста, то

q= (1 − wq )qПРЕД + wq q,

впротивном случае

q= (1 − wq ) f (t −tq ) qПРЕД ,

где q — текущий размер очереди, wq — вес очереди, qПРЕД — предыдущее значение средней длины очереди, f — линейная функция времени, t — текущее время, tq — момент времени, с

которого очередь пуста.

51

RED with In / Out. RED with In / Out (RIO) — случайное раннее обнаружение с профильными / непрофильными пакетами. Пакеты поступающего трафика определяются как INпакеты(профильные), если трафик находится в пределах заданной политики, и как OUT-пакеты(непрофильные), если трафик вышел за пределы заданной политики.

Для принятия решения о сбросе OUT-пакетов используется алгоритм RED относительно средней длины общей очереди, а для принятия решения о сбросе IN-пакетов используется алгоритм RED относительно средней длины виртуальной очереди только из IN-пакетов.

Adaptive RED. Основная идея алгоритма Adaptive RED (RED) заключается в адаптации параметра π max так, чтобы значение средней длины очереди находилось между пороговыми значениями r1 и r2 , но лежало в интервале [0,01; 0,5].

Алгоритм адаптации параметра π max следующий. Для заданного интервала времени, если текущее значение средней

(r1 + 0, 4(r2 - r1 )) £ qt arg et £ (r1 + 0,6(r2 - r1 )) .

Таким образом, ARED устраняет зависимость RED от параметра π max , поскольку его значение не фиксируется.

Выводы по лекции 3

1.Для распределения трафика по классам используются алгоритмы скользящего временного окна с 2 цветным маркером, трёхцветного маркера для одного входящего потока и двухпараметровый трёхцветный маркер.

2.Для целей формирования трафика используются алгоритмы

Leaky Bucket и Token Bucket.

52

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

4.К алгоритмам предотвращения перегрузок (QoS Congestion Avoidance) относятся RED, RIO, ARED.

Вопросы для самопроверки по лекции 3

1.Перечислите и охарактеризуйте алгоритмы, использующиеся при распределении трафика по классам.

2.Перечислите и охарактеризуйте алгоритмы формирования трафика.

3.Перечислите и охарактеризуйте алгоритмы управления перегрузками.

4.Перечислите и охарактеризуйте алгоритмы предотвращения перегрузок.

Литература по лекции 3

1.Руководство по технологиям обьединенных сетей. - 3-е изд. - М.: Вильямс, 2002. - 1039 с.: ил.

2.Корячко, В. П. Корпоративные сети: технологии, протоколы, алгоритмы: [монография] / Корячко, В. П., Перепелкин, Д. А. - М. :Горячая линия -Телеком, 2011. - 219 с.: ил.

3.Столлингс, В. Компьютерные сети, протоколы и технологии Интернета / Столлингс, В. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 832 с.: ил.

4.Гольдштейн, А. Б. Технология и протоколы MPLS / Гольдштейн, А. Б. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 304 с.: ил.

53

Лекция 4. МОДЕЛИ INTSERV И DIFFSERV

Цели лекции: изучение моделей предоставления интегрированных и дифференцированных услуг (IntServ и DiffServ).

4.1Модель предоставления интегрированных услуг

Модель с интеграцией услуг (Integrated Services, IntServ)

была разработана для обслуживания единичных потоков, которым предоставляется два вида услуг: услуга передачи с гаранти-

рованной битовой скоростью (Guaranteed Bit Rate Service) и

услуга передачи с управляемой нагрузкой (Controlled Load Service).

Услуги с управляемой нагрузкой (control load service) обеспечивают гарантию того, что зарезервированный поток достигнет своего пункта назначения с минимальным вмешательством со стороны трафика, доставляемого без гарантий (применяются при передаче трафика Internet-приложений, чувствительных к перегрузкам в сети, например к FTP). Такие приложения отлично работают в незагруженных сетях, но при перегрузке «сразу приходят в негодность».

Услуга гарантированной битовой скорости обеспечивает ограничение задержки при передаче без отбрасывания дейтаграмм, удовлетворяющих параметрам трафика, в условиях отсутствия сбоев в работе сетевых компонентов или изменений в информации о маршрутах во время жизни потока. Эта услуга гарантирует минимальное вмешательство со стороны трафика, доставляемого без гарантий, изоляцию зарезервированных потоков и числовое выражение максимальной задержки. Максимальная задержка очереди – это задержка передачи РАТНсообщения от источника до получателя.

Служба Гарантированной битовой скорости лучше всего подходит для тех приложений масштаба реального времени, которые позволяют воспроизводить аудио- и видеофайлы. Подобные приложения используют для нормальной работы буфер с целью компенсации неравномерности прибытия пакетов. Определяя максимальную задержку очереди, служба гарантирован-

54

ной битовой скорости помогает оценить необходимый размер буфера.

Основные компоненты модели IntServ (рис. 4.1):

классификатор трафика (Packet Classifier) — распределяет поступающие пакеты по классам обслуживания;

модуль управления доступом (Flow Admission Control)

— принимает решения о возможности получения трафиком требуемого количества ресурсов, не влияя при этом на ранее предоставленные гарантии;

диспетчер пакетов (Packet Scheduler) — обеспечивает обработку пакетов в соответствии с приоритетом и дисциплиной обслуживания очередей (например, при помощи алгоритмов Drop Tail, RED, WFQ и т.п.);

модуль резервирования ресурсов (Flow Resource Reservation) — обеспечивает управление другими модулями, по запросу выполняет необходимое резервирование ресурсов и поддерживает его вплоть до момента окончания выполнения процедуры резервирования.

Рис. 4.1 Основные компоненты IntServ

За работу модуля резервирования ресурсов в модели IntServ отвечает протокол резервирования ресурсов (Resource Reservation Protocol, RSVP). Данный протокол позволяет заре-

55

зервировать определённую долю сетевых ресурсов, необходимую информационному потоку, на протяжении всего маршрута от станции отправителя до станции получателя. Кроме того, протокол RSVP содержит описание фильтра и идентификатора резервируемого потока, необходимые при распределении потоков трафика по классам.

Резервирование ресурсов для потока делится на индиви-

дуальное (Distinct Reservations) и общее (Shared Reservations).

Индивидуальное резервирование применяется в тех приложениях, в которых сразу несколько источников могут одновременно генерировать потоки данных. В этом случае каждый поток нуждается в отдельном управлении доступом и планировании очереди на всем пути к получателю. Для таких потоков необходимо осуществлять отдельное резервирование ресурсов для каждого отправителя и каждого канала в пути.

Общее резервирование применяется в тех приложениях, в которых несколько источников данных передают информацию неодновременно (например, цифровые аудиоприложения). Такой поток не нуждается в отдельном резервировании ресурсов для каждого отправителя, для него достаточно одного резервирования, которое при необходимости можно будет применить к любому отправителю в группе.

Основными компонентами RSVP являются: отправитель, получатель, маршрутизаторы и хосты, находящиеся на пути от получателя к отправителю, потоки (совокупность IP-пакетов, посылаемых отправителем одному или более получателям, с соответствующим потоку идентификатором — FlowLabel).

Механизм RSVP выглядит следующим образом:

Отправители данных посылают управляющие сообщения RSVP PATH по тому же пути, по которому они отправляют обычный трафик с данными. В этих сообщениях описываются данные, которые уже отправляются или только будут отправляться.

Каждый RSVP-маршрутизатор перехватывает РАТНсообщения, сохраняет IP-адрес предыдущей точки назначения, записывает вместо него свой собственный адрес и отправляет обновленное сообщение дальше по

56

тому же пути, по которому передаются данные приложения.

Станции-получатели выбирают подмножество сеансов, для которых они получили РАТН-информацию и с помощью RSVP RESV-сообщения запрашивают RSVPрезервирование ресурсов у предыдущего маршрутизатора. RSVP RESV -сообщения идут от получателя к отправителю в противоположном направлении по маршруту, пройденному RSVP РАТН-сообщениями.

RSVP-маршрутизаторы определяют, могут ли они удовлетворить эти RESV-запросы. Если нет, они отказывают в резервировании. Если да, то они объединяют полученные запросы на резервирование и отсылают запрос предыдущему маршрутизатору.

Отправители, получив запросы на резервирование ресурсов от соответствующих маршрутизаторов, считают резервирование ресурсов состоявшимся. Т.е реальное резервирование ресурсов осуществляется RESV-

сообщениями.

Механизм RSVP-резервирования схематически показан на рис. 4.2.

Рис. 4.2 Механизм RSVP-резервирования ресурсов

Стили резервирования

RSVP-резервирование ресурсов для потока можно разбить на два главных типа: индивидуальное и общее.

Индивидуальное резервирование (distinct reservations)

применяется в тех приложениях, в которых несколько источников данных могут отправлять информацию одновременно. В видеоприложениях каждый отправитель генерирует индивидуальный поток данных, для которого необходимо осуществлять отдельное управление доступом и планирование очереди на

57

всем пути к получателю. Следовательно, для такого потока необходимо осуществлять отдельное резервирование ресурсов для каждого отправителя и для каждого канала в пути.

Самый простой случай индивидуального резервирования ресурсов наблюдается на примере приложения с одноадресным трафиком, где есть только один отправитель и один получатель.

Общее резервирование (shared reservations) применяется в тех приложениях, в которых несколько источников данных не склонно передавать информацию одновременно, например цифровые аудиоприложения, такие как приложения VoIP. В этом случае, поскольку в любой отдельно взятый промежуток времени разговор ведет небольшое число людей, информация передается лишь небольшим ограниченным количеством отправителей. Такой поток не нуждается в отдельном резервировании ресурсов для каждого отправителя, для него нужно всего лишь одно резервирование, которое при необходимости можно будет применить к любому отправителю в группе.

В терминах протокола RSVP такой поток называется общим потоком (shared flow); он устанавливается с помощью общего явного или группового резервирования. Стили резервирования рассматриваются ниже.

При общем явном (Shared Explicit – SE) резервировании потоки, которые резервируют сетевые ресурсы, указываются отдельно.

С помощью группового фильтра (Wildcard Filter – WF) полоса пропускания и характеристики задержки могут быть зарезервированы для любого отправителя. Такой фильтр не позволяет задать отправителей отдельно – он принимает всех отправителей, на что указывает установка адреса источника и порта в ноль.

Типы услуг

Протокол RSVP предоставляет два типа интегрированных услуг, которые получатели могут запрашивать с помощью сообщений RSVP RESV: службу регулируемой нагрузки и службу гарантированной битовой скорости.

58

Служба регулируемой нагрузки (controlled load service)

обеспечивает гарантию того, что зарезервированный поток достигнет своего пункта назначения с минимальным вмешательством со стороны трафика, доставляемого без гарантий. Более того, в реализации этой услуги компанией Cisco предусмотрена изоляция отдельных зарезервированных потоков. Изоляция потока позволяет исключить влияние других присутствующих в сети зарезервированных потоков при резервировании ресурсов.

Как правило, служба регулируемой нагрузки применяется при передаче трафика Internet-приложений, чувствительных к перегрузкам в сети. Такие приложения отлично работают в незагруженных сетях, но сразу "приходят в негодность" при перегрузке. Примером может служить приложение, работающее по протоколу FTP (File Transfer Protocol – протокол передачи файлов).

Служба гарантированной битовой скорости (guaranteed bit rate service) обеспечивает ограничение задержки без отбрасывания дейтаграмм, удовлетворяющих параметрам трафика, в условиях отсутствия сбоев в работе сетевых компонентов или изменений в информации о маршрутах во время жизни потока. Эта служба гарантирует минимальное вмешательство со стороны трафика, доставляемого без гарантий, изоляцию зарезервированных потоков и числовое выражение максимальной задержки.

Служба гарантированной битовой скорости может обеспечить только максимальную, но не минимальную или среднюю задержку дейтаграмм.

Максимальная задержка очереди – это кумулятивная задержка передачи РАТН-сообщения от источника до получателя. РАТН-сообщение содержит информацию о задержке на всем пути от источника до получателя и в любое время предоставляет получателю ее точную оценку. Получатель использует информацию о задержке во время запроса гарантированного обслуживания.

Служба гарантированной битовой скорости лучше всего подходит для тех приложений масштаба реального времени, которые позволяют воспроизводить аудио- и видеофайлы.

59

Службы регулируемой нагрузки и гарантированной битовой скорости используют корзину маркеров для описания параметров потока данных.

Корзина маркеров – это механизм регулирования интенсивности трафика, определяющий среднюю скорость (средний объем данных, который можно передать за единицу времени), размер всплеска (объем данных, который можно отправить в течение заданного промежутка времени без ущерба для планирования очереди) и интервал измерения (квант времени).

При использовании обеих служб получатель запрашивает в RESV-сообщении определенную битовую скорость и размер всплеска. Планировщик WFQ и механизм управления очередью WRED с предпочтительным весом гарантируют, что трафик достигнет получателя через строго определенное время.

Масштабируемость протокола RSVP

Недостатком протокола RSVP является то, что объем требуемой информации о состоянии потоков увеличивается с ростом числа резервирований ресурсов для потоков трафика.

Так как в Internet-магистрали в любое время могут существовать многие сотни тысяч одноадресных и многоадресных потоков, использование информации о состоянии каждого потока считается неподходящим решением для магистралей Internet.

Итак, перечислим функциональные возможности про-

токола RSVP:

RSVP выполняет резервирование для уникастных и мультикастных приложений, динамически адаптируясь к изменениям членства в группе вдоль маршрута;

RSVP является симплексным протоколом, т.е. он выполняет резервирование для однонаправленного потока данных;

RSVP ориентирован на получателя, т.е. получатель данных инициирует и поддерживает резервирование ресурсов для потока;

RSVP поддерживает динамическое членство в группе и автоматически адаптируется к изменениям маршрутов;

60