Ералиева Б.Ш., г.Тараз

Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати

 

Управление качеством

передачи трафика в глобальных сетях (технология QoS).

 

 

В настоящее время вместе с планомерным увеличением скоростей передачи данных в телекоммуникациях увеличивается доля интерактивного трафика, крайне чувствительного к параметрам среды транспортировки. Поэтому задача обеспечения качества обслуживания (Quality of Service, QoS) становится все более актуальной.

Один из верных определений термина QoS ‑ от Cisco: «QoS ‑ QoS refers lo the ability of a network to provide better service to selected network traffic over various underlying technologies...». Что можно литературно перевести как: «QoS ‑ способность сети обеспечить необходимый сервис заданному трафику в определенных технологических рамках».

Служба QoS имеет распределенный характер, так как ее элементы должны присутствовать во всех сетевых устройствах, продвигающих пакеты: коммутаторах, маршрутизаторах, серверах доступа. С другой стороны, служба QoS должна включать также элементы централизованного управления, поскольку работу отдельных сетевых устройств, поддерживающих QoS, нужно координировать, чтобы качество обслуживания было однородным вдоль всего пути, по которому следуют пакеты потока. Любые гарантии QoS настолько хороши, насколько их обеспечивает наиболее «слабый» элемент в цепочке между отправителем и получателем. Поэтому поддержка QoS только в одном сетевом устройстве, пусть даже и магистральном, может весьма незначительно улучшить качество обслуживания или же совсем не влиять на параметры QoS.

Сервисные модели QoS

Используются все доступные ресурсы сети без какого-либо выделения отдельных классов трафика и регулирования. Считается, что лучшим механизмом обеспечения QoS является увеличение пропускной способности. Это в принципе правильно, однако некоторые виды трафика (например, голосовой) очень чувствительны к задержкам пакетов и вариации скорости их прохождения. Модель «Best Effort Service» даже при наличии больших резервов допускает возникновение перегрузок в случае резких всплесков трафика. Поэтому были разработаны и другие подходы к обеспечению QoS.

Integrated Service (IntServ, RFC 1633) ‑ модель интегрированного обслуживания. Может обеспечить сквозное (End-to-End) качество обслуживания, гарантируя необходимую пропускную способность. IntServ использует для своих целей протокол сигнализации RSVP (ReSerVation Protocol). Позволяет приложениям выражать сквозные требования к ресурсам и содержит механизмы обеспечения данных требований. IntServ можно кратко охарактеризовать как резервирование ресурсов (Resource reservation).

В соответствии с концепциями «Integrated Services» приложения могут выбирать для своих потоков данных любой из многочисленных контролируемых уровней качества обслуживания. Для этого к базовым IP-сервисам добавляются новые компоненты и механизмы. Обслуживание в реальном времени требует гарантий, и эти гарантии не могут быть обес­печены без резервирования. Протокол резервирования RSVP предусматривает, что ресурсы резервируются для каждого потока, требующего QoS, на каждом промежуточном маршрутизаторе на пути от отправителя к получателю с использованием сигнализации «из конца в конец». Это, в свою очередь, требует хранения на маршрутизаторах данных о состоянии каждого конкретного потока и, как следствие, подразумевает кардинальные изменения в общей модели Internet. Кроме того, такое решение предлагает способ передачи требований приложения элементам сети, расположенным вдоль пути, и обмена служебной информацией QoS между сетевыми элементами и приложением.

Недостатки использования протокола RSVP следующие:

· время на прокладку маршрута резервирования, что может быть критичным в глобальных сетях;

· загрузка промежуточных маршрутизаторов информацией о характере передаваемого трафика.

Differentiated Service (DiffServ)

Differentiated Service (DiffServ, RFC 2474/2475) ‑ модель дифференцированного обслуживания. Определяет обеспечение QoS на основе четко определенных компонентов, комбинируемых с целью предоставления требуемых услуг. Архитектура DiffServ предполагает наличие классификаторов и формирователей трафика на границе сети, а также поддержку функции распределения ресурсов в ядре сети в целях обеспечения требуемой политики пошагового обслуживания (Per-Hop Behavior ‑ РНВ). Разделяет трафик на классы, вводя несколько уровней QoS. DiffServ состоит из следующих функциональных блоков: граничные формирователи трафика (классификация пакетов, маркировка, управление интенсивностью) и реализаторы РНВ политики (распределение ресурсов, политика отбрасывания пакетов). DiffServ можно кратко охарактеризовать как приоритезацию трафика (Prioritization).

Механизмы «Differentiated Services» усовершенствуют протокол IP с целью преодолеть ограничения IntServ/RSVP и обеспечить масштабируемое избирательное обслуживание в Internet без необходимости запоминать состояние каждого потока и поддерживать сигнализацию. В отличие от RSVP, в случае DiffServ отправитель и получатель не обмениваются информацией о требованиях к качеству обслуживания, что исключает временные затраты на прокладку пути, присущие RSVP.

Механизмы DiffServ ограничиваются только установлением соответствия между услугами и различными уровнями «чувствительности» к задержкам и потерям, то есть не имеют дела с точными значениями или гарантиями. Они не рассчитаны на обеспечение того или иного уровня обслуживания. Вместо этого они стараются обеспечить относительное упорядочивание агрегированных потоков, так что с одним агрегированным потоком будут «обращаться лучше», чем с другим, в зависимости от правил обслуживания, определенных для каждого агрегированного потока.

Масштабируемость архитектуры DiffServ достигается за счет объединения классификационных признаков трафика, при этом информация о типе трафика передается в заголовке IP-датаграммы. При этом сложные операции классификации, маркировки, определения правил обслуживания и формирования трафика необходимо выполнять только на грани­цах сети или же на хостах

Применяемые вместе IntServ и DiffServ могут способствовать внедрению IР-телефонии, видео по требованию и различных критически важных для предприятий не мультимедийных приложений. IntServ позволяет хостам запрашивать конкретный объем ресурсов для каждого потока и использовать обратную связь для определения возможности выполнения запросов. DiffServ обеспечивает масштабируемость для крупных сетей. В настоящее время предложена гибридная структура, которая, по-видимому, является наиболее выигрышным компромиссом. Она предусматривает применение модели, в которой периферийные подсети поддерживают RSVP и IntServ. Эти подсети связаны сетями DiffServ. Благодаря масштабируемости сетей DiffServ данная модель позволяет расширить диапазон действия сетей IntServ/RSVP. Промежуточные сети DiffServ выглядят для сетей IntServ/RSVP как одно транзитное звено. Хосты, подключенные к периферийным сетям IntServ/RSVP, передают через сети DiffServ запросы друг другу на резервирование ресурсов для каждого отдельного потока. Внутри периферийных сетей IntServ/RSVP применяется стандартная обработка протоколов IntServ/RSVP, а сигнальные сообщения RSVP передаются через сети DiffServ прозрачным образом. Устройства на границе между сетями IntServ/RSVP и сетями DiffServ обрабатывают сообщения RSVP и обеспечивают входной контроль с учетом наличия ресурсов внутри сети DiffServ.

Базовые функции QoS заключаются в обеспечении необходимых параметров сервиса и определяются по отношению к трафику как:

· классификация;

· разметка;

· управление перегрузками;

· предотвращение перегрузок;

· регулирование.

Функционально классификация и разметка чаще всего обеспечиваются на входных портах оборудования, а управление и предотвращение перегрузок ‑ на выходных.

Классификация пакетов (Packet Classification) представляет собой механизм соотнесения пакета к определенному классу трафика. Другой не менее важной задачей при обработке пакетов является маркировка пакетов (Packet Marking) ‑ назначение соответствующего приоритета (метки). В зависимости от уровня рассмотрения (имеется в виду OSI) эти задачи решаются по-разному.

 

Литература

 

1.    Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-е изд. – СПб.: Питер 2006. -958с.

2.    Степанов А.Н. Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей. – СПб.: Питер 2007. -509с.

3.    Бройдо В.Л., Ильина В.Л.,. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации – СПб.: Питер 2008. -766с.