close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Vanyashin Kontrol katshestva predostavl uslug

код для вставкиСкачать
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное образовательное
бюджетное учреждение высшего профессионального
образования «Поволжский государственный университет
телекоммуникаций и информатики»
Кафедра автоматической электросвязи
Ваняшин С.В.
«Контроль качества предоставления услуг
(SLA) в сетях IP/MPLS»
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
по направлению подготовки магистра
210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
Самара
2013
УДК 621.391
Ваняшин С.В.
Контроль качества предоставления услуг (SLA) в сетях
IP/MPLS. Конспект лекций. – Самара.: ФГОБУ ВПО ПГУТИ,
2013. – 99 с.
Конспект содержит лекционный материал по дисциплине «Контроль качества предоставления услуг (SLA) в сетях IP/MPLS»,
читаемой для студентов очной полной формы обучения по направлению
подготовки
магистра
«210700Инфокоммуникационные технологии и системы связи» магистерской программы «Информационные технологии и сервисы в
инфокоммуникациях», в котором рассматриваются целый ряд
технологий обеспечения качества предоставления услуг в IP
ориентированных сетях. Содержание курса обеспечивает слушателей необходимым объемом знаний для анализа и решения
задач обеспечения качества обслуживания в IP-сетях.
Рецензенты:
Карташевский В.Г. – д.т.н., профессор, Декан факультета
«Телекоммуникаций и радиотехники» ФГОБУ ВПО ПГУТИ
Мердеев Э.М. – директор департамента проектирования ООО
«Старт2ком» филиал Самарский
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Поволжский государственный
университет телекоммуникаций и информатики»
© Ваняшин С.В., 2013
2
Содержание – перечень тем и разделов
Список обозначений и сокращений ………………………..
4
Введение ………………………………………......................
7
Лекция 1. Основы обеспечения качества обслуживания в
IP-сетях ……………………………………………………..
8
Лекция 2. Механизмы поддержки качества обслуживания
в сетях IP в плоскости контроля и административного
управления ……………..........................................................
23
Лекция 3. Механизмы поддержки качества обслуживания
в сетях IP в плоскости данных ……………………………..
45
Лекция 4. Модели IntServ и DiffServ ………………………
56
Лекция 5. Технология MPLS ……………………………….
71
Список литературы …………………………………………
93
Глоссарий ……………………………………………………
95
3
Список обозначений и сокращений
ACL
AF
API
AS
ATM
BGP
CLNP
CMIP
CQ
CSMA/CD
CWFQ
DDP
DiffServ
DPA
DPQ
DSCP
EF
FIFO
FQ
FTAM
FTP
FWFQ
HTTP
4
(Access Control List) – список управления доступом
(Assured Forwarding) – гарантированная доставка
(Application Programming Interface) – прикладной
программный интерфейс
(Autonomous System) – автономная система
(asynchronous transfer mode) – асинхронный режим
передачи
(Border Gateway Protocol) – пограничный протокол
маршрутизации
(Connection Less Network Protocol) – сетевой протокол
без организации соединений
(Common Management Information Protocol) – общий
протокол управления информацией
(Custom Queuing) – настраиваемые очереди
(Ethernet Carrier Sense Multiple Access with Collision
Detection) – множественный доступ к сетям Ethernet с
проверкой несущей и обнаружением конфликтов
(Flow-based WFQ) – основанный на классах режим
WFQ
(Datagram Delivery Protocol) – протокол доставки
дейтаграмм
(Differentiated Services) – дифференцированное
обслуживание
(Demand Priority Access) – метод доступа по приоритету
(Demand Priority Queuing) – метод доступа по очереди
запросов
(Differentiated Services Code Point) – поле кода
дифференцированной услуги
(Expedited Forwarding) – быстрое продвижение
(First In – First Out) – «первым пришел – первым ушел»
(Fair Queuing) – справедливое обслуживание
(File Transfer, Access, and Management) – протокол передачи, доступа и управления файлами
(File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов
(Flow-based WFQ) – основанный на потоках режим
WFQ
(Hyper Text Transfer Protocol) – протокол передачи
IntServ
IP
ISO
LAN
LLC
LSA
MA
MAC
MPLS
NBP
NetBIOS
OSI
OSPF
PQ
PНВ
QoS
RIP
RSVP
SE
SLA
SLIP
SNA
SPX
SSL
TCP
гипертекста
(Integrated Services) – интегрированное обслуживание
(Internet Protocol) – протокол Интернет
(International Standardization Organization) – Международная организация по стандартам
(Local Area Network) – локальная вычислительная сеть
(Logical Link Control) – управление логическим каналом осуществляет логический контроль связи
(Link State Advertisement) – извещение о состоянии
канала
(Multiply Access) – режим коллективного доступа
(Media Assess Control) – контроль доступа к среде
(Multiprotocol Label Switching) – многопротокольная
коммутация по меткам
(Name Binding Protocol) – протокол связывания имен
(Network Basic Input/Output System) – протокол для
взаимодействия программ через компьютерную сеть
(Open Systems Interconnection Reference Model) – эталонная модель взаимодействия открытых систем
(ЭМВОС)
(Open Shortest Path First) – протокол, базирующийся на
алгоритме поиска наикратчайшего пути
(Priority Queuing) – приоритетное обслуживание
(Per-Hop Behavior) – принятие решения о продвижении
пакета данных на каждом переходе
(Quality of Service) – качество обслуживания
(Routing
Information
Protocol)
–
протокол
маршрутизации
(Resource Reservation Protocol) – протокол резервирования ресурсов
(Shared Explicit) – явное резервирование
(Service Level Agreement) – соглашение о качестве обслуживания
(Serial Line IP) – Протокол последовательной посимвольной передачи данных
(System Network Architecture) – системная сетевая архитектура
(Sequenced Packet eXchange) – последовательный обмен пакетами
(Secure Sockets Layer) – протокол защищённых сокетов
(Transmission Control Protocol) – протокол управления
5
TCP/IP
ToS
UDP
VPN
WAN
WF
WFQ
WRED
БД
ЛВС
МСЭ
ПК
ПО
6
передачей стека TCP/IP
стек протоколов
(Type of Service) – тип обслуживания
(User Datagram Protocol) – пользовательский протокол
дейтаграмм стека TCP/IP
(Virtual Private Network) – виртуальная частная сеть
(Wide Area Network) – территориально распределенная
сеть
(Wildcard Filter) – групповой фильтр
(Weighted Fair Queuing) – взвешенное справедливое
обслуживание
(Weighted Random Early Detection) – взвешенное случайное обнаружение
база данных
локальная вычислительная сеть
Международный союз электросвязи
персональный компьютер
программное обеспечение
Введение
Телекоммуникационная отрасль является одной из самых
быстроразвивающихся отраслей экономики. Ее бурный и динамический рост обуславливает потребность в высокопрофессиональных специалистах, подготовку которых должны обеспечить
высшие учебные заведения страны. Такие специалисты должны
владеть знаниями технологий обеспечения качества обслуживания в современных телекоммуникационных сетях и навыками
их проектирования.
Настоящий курс лекций является частью учебнометодического комплекса и предназначен для студентов, обучающихся по программе «Контроль качества предоставления
услуг (SLA) в сетях IP/MPLS» по направлению подготовки магистра 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы
связи».
Конспект лекций состоит из 5 лекций, предусмотренных
учебной программой ПГУТИ. В лекции 1 приводятся общие
принципы обеспечения качества обслуживания в сетях, построенных на базе IP-ориентированных протоколов и вопросы стандартизации. Лекция 2 посвящена механизмам поддержки качества обслуживания в сетях IP в плоскости контроля и административного управления. В 3-й лекции обсуждаются механизмы
поддержки качества обслуживания в сетях IP в плоскости данных. Лекция 4 предлагает слушателю обзор моделей предоставления интегрированных и дифференцированных услуг (IntServ и
DiffServ), а в Лекции 5 приводится анализ организации виртуальных каналов при помощи меток, включая метки и механизмы
MPLS, а также протоколов распределения меток.
В списке источников даны ссылки на нормативные документы, статьи и монографии, использованные при написании
курса лекций.
7
Лекция 1. ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА
ОБСЛУЖИВАНИЯ В IP-СЕТЯХ
Цели лекции: изучение общих принципов обеспечения качества обслуживания в сетях, построенных на базе
IP-ориентированных протоколов и вопросов стандартизации.
1.1
Понятие качества обслуживания
Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) определяется как мера производительности передающей системы, отражающая качество передачи и доступность услуг.
Качество передачи определяется следующими факторами:
доступность (Availability):
сетевая доступность — диапазон времени сетевой
достижимости между входной и выходной точкой
сети;
доступность сервиса (Service Availability) — диапазон времени, в течение которого этот сервис
доступен между определёнными входной и выходной точками с параметрами, оговорёнными в
соглашении об уровне обслуживании (Service
Level Agreement — SLA);
потери пакетов (Packet Loss) — отношение правильно
принятых пакетов к общему количеству пакетов, которые были переданы по сети;
задержка (Delay) — время, которое требуется пакету
для того, чтобы после передачи дойти до пункта назначения:
задержка сериализации (Serialization Delay) —
время, которое требуется устройству для передачи
пакета заданного размера при заданной ширине
полосы пропускания;
задержка распространения (Propagation Delay) —
время, которое требуется переданной в канал единице информации для достижения принимающего
8
устройства (зависит от расстояния и среды передачи);
задержка коммутации (Switchiing Delay) — время,
которое требуется устройству, принявшему пакет,
для начала передачи его следующему устройству;
колебания задержки (Packet Jitter) — разница между
сквозным временем задержки, которая возникает при
передаче по сети разных пакетов;
пропускная способность (Bandwidth) — общее количество данных, которые могут быть переданы в единицу
времени между двумя точками присутствия оператора.
В пакетных сетях в информационном потоке может передаваться разнородный трафик, характеризующийся критичными
и второстепенными для себя параметрами. Для передачи аудиои видеоданных требуются разные требования к QoS. Для передачи видеоданных необходима высокая пропускная способность
и стабильное время задержки при передаче. При этом, чтобы
избежать искажений изображения, необходим стационарный
поток данных. При интерактивной передаче звука требуется
меньше пропускной способности канала, чем при передаче видео, но необходима малая задержка прохождения пакетов через
сеть, иначе возникает «эхо». Передача файлов требует высокой
пропускной способности, но, в отличие от большинства других
видов сетевого трафика, наименее чувствительна к длительным
и непостоянным задержкам в сети.
Качество обслуживания использует распределение по категориям и назначение приоритетов трафикам, что позволяет
гарантировать трафику с большим приоритетом лучшие условия
передачи через сетевую магистраль, вне зависимости от требований к пропускной способности трафика менее важных приложений.
1.2
Работы МСЭ по стандартизации качества
обслуживания в сетях IP
Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) является
предметом активных исследований и стандартизации на протяжении всей истории развития телекоммуникаций. Существен9
ный вклад в развитие различных аспектов концепции QoS внес
Международный союз электросвязи, включая, в том числе, разработку норм и требований к показателям качества обслуживания, стандартизацию сетевых механизмов, обеспечивающих необходимые показатели QoS, а также формулировку основополагающих определений.
Среди стандартов, посвященных качеству обслуживания в
электросвязи, одно из центральных мест занимает Рекомендация
МСЭ Е.800. В ней качество обслуживания определяется как
"суммарный эффект рабочих характеристик обслуживания, который определяет степень удовлетворенности пользователя
данной службой". Расширяя концепцию качества обслуживания,
отвечающую Рекомендации Е.800, Рекомендация МСЭ G.1000
разделяет рабочие характеристики обслуживания на функциональные компоненты и связывает их с сетевыми характеристиками, определенными в ряде рекомендаций МСЭ – таких как
I.350, Y.1540 и Y.1541.
В дополнение к Рекомендации МСЭ G.1000, определяющей структуру связей между рабочими характеристиками (производительностью, надежностью, потерями, задержкой и др.) и
характеристиками сети, Рекомендация МСЭ G.1010 содержит
спецификации требований со стороны приложений, ориентированных на конечного пользователя.
Исторически, первые системы оценок и механизмов поддержки качества обслуживания были разработаны для традиционных видов электросвязи – телеграфии и телефонии. Понятно,
что сегодня при широком применении сетей передачи данных,
быстром внедрении широкополосных технологий и замене телеграмм на сообщения электронной почты параметры качества
обслуживания и механизмы их поддержки в телеграфных сетях
становятся все менее актуальными. При построении и эксплуатации ТфОП задача обеспечения гарантированного качества обслуживания состоит в том, чтобы обслуживание телефонного
вызова осуществлялось с соблюдением всех установленных
норм, в том числе, и заданных показателей качества передачи
речи. Совокупность этих норм и соответствующих численных
значений базируется на документах МСЭ и ETSI.
10
Модель услуг в ТфОП была основана на принципе установления соединения и в дальнейшем (70-е – 80-е годы прошлого столетия) была распространена на такие технологии передачи
данных, как Х.25, Frame Relay и широкополосные цифровые
сети интегрального обслуживания (B-ISDN), основанные на модели виртуальных каналов. В сетях B-ISDN рекомендации МСЭ
(в частности, I.356 и I.610) и Форума ATM определяют параметры качества обслуживания и способы их измерений для межконцевых соединений.
В отличие от упомянутых выше технологий в классических сетях IP применяется метод доставки, полностью исключающий любую форму организации соединений – как физических, так и виртуальных. Этот метод основан на рассылке пакетов-дейтаграмм. Качество доставки в традиционных сетях IP
базируется на принципе так называемой "наилучшей попытки"
(Best effort). Концепция "наилучшей попытки" предполагает, что
пользователи справедливо разделяют доступные сетевые ресурсы, трафик передается со скоростью, максимально возможной в
данных условиях загрузки ресурсов сети, но при этом не гарантируется обеспечение любого предварительно определенного
уровня качества обслуживания. Очевидно, что такой подход к
обслуживанию означает следующее: отсутствуют различия между разными видами трафика, нет гарантии в доставке пакетов в
правильном порядке, и что он будет доставлен в требуемое время или вообще будет доставлен, и т. д.
Концепция "наилучшей попытки" была достаточно эффективной для приложений, где можно передавать данные не в
реальном времени (электронная почта, передача файлов). Кроме
того, с учетом переизбытка сетевых ресурсов в транспортных
сетях, построенных на базе волоконно-оптических линий связи,
принцип "наилучшей попытки" в определенной степени позволяет обеспечить сегодня требования телефонии (голос поверх
IP) и других приложений реального времени.
Однако, как только возникает недостаток ресурсов, ведущий к увеличению вероятности потерь пакетов и росту их задержек, для приложений реального времени необходимые показатели качества обслуживания не могут быть обеспечены. Прежде всего, это объясняется основным принципом функциониро11
вания IP-сетей – передачей данных в дейтаграммном режиме, т.
е. без установления соединений и без управления. С появлением
новых приложений, особенно реального времени (интерактивная передача речи, видеотелефония и видеоконференции), вопрос о гарантированном качестве обслуживания в сетях IP становится одним из наиболее сложных. Это объясняет, почему
качество обслуживания в сетях IP остается предметом постоянного внимания МСЭ, ETSI, IETF и других организаций стандартизации в электросвязи.
Сегодня общепризнанно, что сети с коммутацией каналов
и пакетов постепенно эволюционируют в направлении создания
общей инфраструктуры, базирующейся на протоколах семейства IP. Этот процесс получил название конвергенции. Инфраструктура, возникшая в результате конвергенции, должна будет
обеспечивать транспортировку трафика телефонных сетей, сетей телевидения и трафика приложений, традиционно использующих сети Интернет. Подобный сценарий конвергенции
предлагает как экономический выигрыш, получаемый благодаря
объединению технологий, так и определяет развитие сектора
телекоммуникаций через создание новых услуг.
Однако, процесс конвергенции до настоящего времени
протекает достаточно медленно. И здесь мы вновь возвращаемся
к проблеме обеспечения необходимого качества обслуживания,
которая является одним из основных тормозящих факторов в
процессе конвергенции сетей и услуг и построении единой сети
на базе IP, рассматриваемой сегодня как сеть следующего поколения (Next Generation Network, NGN). Чтобы полностью реализовать
преимущества конвергенции в будущих
IPориентированных сетях, необходимо разработать новые принципы распределения ресурсов сетей и управления трафиком,
которые будут гарантировать различные уровни показателей
качества обслуживания для большого и разнообразного числа
приложений, реализуемых конечными пользователями.
При этом разделение ресурсов и процессы управления
трафиком должны быть скоординированы в условиях наличия
большого числа разнообразных приложений с существенно отличающимися требованиями к рабочим характеристикам сети
(табл. 1.1). Детальное рассмотрение рабочих характеристик, оп12
ределяющих качество обслуживания, и соответствующих норм
будет проведено в следующих разделах.
Таблица. 1.1 Чувствительность различных приложений к сетевым характеристикам
В рамках работ МСЭ по стандартизации качества обслуживания в сетях IP предполагаются следующие этапы решения
задачи обеспечения QoS для сетей, построенных на базе IPориентированных протоколов:
создание согласованного общего набора рабочих характеристик сетей IP и норм для него;
внедрение сетевых механизмов, которые будут обеспечивать заданные показатели качества обслуживания в
конфигурации "терминал-терминал";
вложение нормированных значений показателей качества обслуживания в протоколы сигнализации;
разработка архитектуры сетевых механизмов поддержки.
В 2002 г. ИК 13 МСЭ-Т опубликовала два международных
стандарта, которые отвечают первому из перечисленных этапов.
Рекомендация МСЭ Y.1540 описывает стандартные сетевые характеристики для передачи пакетов в сетях IP. Рекомендация
МСЭ Y.1541 определяет нормы для параметров, определенных в
Y.1540, между двумя граничными сетевыми интерфейсам – точками подключения оконечных терминальных устройств. Кроме
того, в этой рекомендации специфицированы шесть классов качества обслуживания в зависимости от приложений.
Эти рекомендации важны для всех участников телекоммуникационного сценария – операторов и провайдеров, произ13
водителей оборудования и конечных пользователей. Сетевые
операторы и провайдеры будут использовать их при планировании, развертывании и оценке сетей IP в соответствии с требованиями конечных пользователей к качеству обслуживания. Производители будут опираться на эти рекомендации при создании
оборудования, которое должно отвечать спецификациям сетевых провайдеров. Наконец, конечные пользователи (в первую
очередь, корпоративные) смогут применить рекомендации
Y.1540 и Y.1541 при оценке характеристик реально функционирующих IP-сетей с позиций соответствия этих характеристик
требованиям потребителей. Рассмотрим некоторые детали рекомендаций Y.1540 и Y.1541, касающиеся основных сетевых
характеристик, связанных с обеспечением QoS в сетях IP.
1.3
Стандартизация качества обслуживания в сетях
IP в рекомендации МСЭ Y.1540
В Рекомендации Y.1540 рассматриваются следующие сетевые характеристики, как наиболее важные по степени их
влияния на сквозное качество обслуживания (от источника до
получателя), оцениваемое пользователем:
производительность сети;
надежность сети/сетевых элементов;
задержка;
вариация задержки (джиттер);
потери пакетов.
Производительность сети (или скорость передачи данных) пользователя определяется как эффективная скорость передачи, измеряемая в битах в секунду. Следует отметить, что
значение этого параметра не совпадает с максимальной пропускной способностью сети, ошибочно называемой (причем, довольно часто) полосой пропускания. Минимальное значение
производительности обычно гарантируется провайдером услуг,
который, в свою очередь, должен иметь соответствующие гарантии от сетевого провайдера.
В Рекомендации Y.1540 не приведены нормативные характеристики производительности сети, которые различаются
для различных приложений. Вместе с тем, в Рекомендации
14
Y.1541 отмечено, что параметры, связанные с эффективной скоростью передачи, могут быть определены через дескриптор
трафика IP-сети, описанный в Рекомендации МСЭ Y.1221.
Надежность сети/сетевых элементов. Пользователи
обычно ожидают высокий уровень надежности от систем связи.
Надежность сети может быть определена через ряд параметров,
из которых наиболее часто используется коэффициент готовности, вычисляемый как отношение времени простоя объекта к
суммарному времени наблюдения объекта, включающему время
простоя и время между отказами. В идеальном случае коэффициент готовности должен быть равен 1, что означает стопроцентную готовность сети. На практике коэффициент готовности
оценивается числом "девяток". Например "три девятки" означают, что коэффициент готовности составляет 0,999, что соответствует 9 часам времени недоступности (простоя) сети в год. Готовность сети ТфОП оценивается величиной "пять девяток", что
означает 5,5 мин. простоя в год. В табл. 1.2 приведены данные
по времени простоя для различного количества "девяток".
Необходимо отметить, что обеспечение коэффициента готовности "пять девяток" в сетях IP, построенных на традиционном оборудовании данных (серверы, маршрутизаторы), является
достаточно серьезной проблемой. Причина этого состоит в том,
что обработка информационных потоков в сетях IP в значительной части базируется на программном обеспечении (а не на аппаратном, как это имеет место в ТфОП).
Таблица. 1.2 Коэффициенты готовности и соответствующие значения
времени простоя оборудования
В то же время статистика отказов сетевого оборудования
показывает, что надежность программного обеспечения примерно в два раза ниже надежности аппаратного обеспечения.
Параметры доставки пакетов IP. В общем случае сеанс
связи состоит из трех фаз – установления соединения, передачи
информации и разъединения соединения. В Рекомендации
15
Y.1540 из трех фаз сеанса связи рассматривается только вторая
– фаза доставки пакетов IP. Такой подход отражает природу сетей IP, не ориентированных на установление соединений. Спецификацию рабочих характеристик и параметров QoS для двух
других фаз (установление и разъединение соединения) планируется провести в дальнейшем.
Рекомендация МСЭ-Т Y.1540 определяет следующие параметры, характеризующие доставку IP-пакетов.
Задержка доставки пакета IP (IP packet transfer delay,
IPTD). Параметр IPTD определяется как время ( t2 − t1 ) между
двумя событиями – вводом пакета во входную точку сети в момент t1 и выводом пакета из выходной точки сети в момент t2 ,
где ( t2 > t1 ) и (t2 − t1 ) ≤ Tmax .
В общем, параметр IPTD определяется как время доставки
пакета между источником и получателем для всех пакетов – как
успешно переданных, так и пораженных ошибками.
Средняя задержка доставки пакета IP – параметр, специфицированный в Рекомендации Y.1540, определяется как средняя арифметическая величина задержек пакетов в выбранном
наборе переданных и принятых пакетов. Значение средней задержки зависит от передаваемого в сети трафика и доступных
сетевых ресурсов, в частности, от пропускной способности. Рост
нагрузки и уменьшение доступных сетевых ресурсов ведут к
росту очередей в узлах сети и, как следствие, к увеличению
средних задержек доставки пакетов.
Речевая информация и, отчасти, видеоинформация являются примерами трафика, чувствительного к задержкам, тогда
как приложения данных в основном менее чувствительны к задержкам. Когда задержка доставки пакета превышает определенные значения Тmах, такие пакеты отбрасываются. В приложениях реального времени например, в IP-телефонии) это ведет
к ухудшению качества речи. Ограничения, связанные со средней
задержкой пакетов IP, играют ключевую роль для успешного
внедрения технологии Voice over IP (VoIP), видео-конференций
и других приложений реального времени. Этот параметр во
многом будет определять готовность пользователей принять подобные приложения.
16
Вариация задержки пакета IP (IP packet delay variation,
IPDV). Параметр VK , характеризует вариацию задержки IPDV.
Для IP-пакета с индексом k этот параметр определяется между
входной и выходной точками сети в виде разности между абсолютной величиной задержки X K при доставке пакета с индексом k, и определенной эталонной (или опорной) величиной задержки доставки пакета IP, d1,2 , для тех же сетевых точек:
VK = X K − d1,2 .
Эталонная задержка доставки пакета IP, d1,2 , между источником и получателем определяется как абсолютное значение
задержки доставки первого пакета IP между данными сетевыми
точками. Вариация задержки пакета IP, или джиттер, проявляется в том, что последовательные пакеты прибывают к получателю в нерегулярные моменты времени. В системах IP-телефонии
это, к примеру, ведет к искажениям звука и в результате к тому,
что речь становится неразборчивой.
Коэффициент потери пакетов IP (IP packet loss ratio,
IPLR). Коэффициент IPLR определяется как отношение суммарного числа потерянных пакетов к общему числу принятых в выбранном наборе переданных и принятых пакетов. Потери пакетов в сетях IP возникают в том случае, когда значение задержек
при их передаче превышает нормированное значение, определенное выше как Tmax . Если пакеты теряются, то при передаче
данных возможна их повторная передача по запросу принимающей стороны. В системах VoIP пакеты, пришедшие к получателю с задержкой, превышающей Тmах, отбрасываются, что
ведет к провалам в принимаемой речи. Среди причин, вызывающих потери пакетов, необходимо отметить рост очередей в
узлах сети, возникающих при перегрузках.
Коэффициент ошибок пакетов IP (IP packet error ratio,
IPER). Коэффициент IPER определяется как суммарное число
пакетов, принятых с ошибками, к сумме успешно принятых и
пакетов, принятых с ошибками.
17
1.4
Стандартизация качества обслуживания в сетях
IP в рекомендации МСЭ Y.1541
Рекомендация Y.1540 определяет численные значения параметров, специфицированных в ней, которые должны выполняться в сетях IP на международных трактах, соединяющих
терминалы пользователей. Нормы на параметры разделены по
различным классам QoS, которые определены в зависимости от
приложений и сетевых механизмов, применяемых для обеспечения гарантированного качества обслуживания. В табл. 3 представлены нормы на определенные выше сетевые характеристики.
Значения параметров, приведенные в табл. 1.3, представляют собой, соответственно, верхние границы для средних задержек, джиттера, потерь и ошибок пакетов. В Рекомендации
Y.1541 представлены спецификации набора параметров, которые связаны с измерением реальных значений сетевых характеристик – периода наблюдений, длины тестовых пакетов, числа
пакетов и т. д. В частности, при оценке качества передачи пакетов речи в IP-телефонии минимальный интервал наблюдения
должен быть порядка 1–20 с при типичной скорости передачи 50
пакетов/с. Рекомендуемый интервал измерений для задержки,
джиттера и потерь должен составлять не менее 60 с.
Таблица. 1.3 Нормы для характеристик сетей IP с распределением по
классам качества обслуживания
Примечание: Н – не нормировано
Рекомендация Y.1541 устанавливает соответствие между
классами качества обслуживания и приложениями:
Класс 0 – приложения реального времени, чувствительные к джиттеру, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (VoIP, видеоконференции);
18
Класс 1 – приложения реального времени, чувствительные к джиттеру, интерактивные (VoIP, видеоконференции);
Класс 2 – транзакции данных, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (например, сигнализация);
Класс 3 – транзакции данных, интерактивные;
Класс 4 – приложения, допускающие низкий уровень
потерь (короткие транзакции, массивы данных, потоковое видео);
Класс 5 – традиционные применения сетей IP.
Помимо определения сетевых параметров и спецификации
норм для них ИК 13 МСЭ-Т проводит в настоящее время работы
по идентификации и стандартизации сетевых механизмов, обеспечивающих QoS в IP-ориентированных сетях. В мае 2004 г.
Была принята Рекомендация МСЭ Y.1291, описывающая архитектурную модель для поддержки качества обслуживания в сетях с пакетной передачей.
Сетевые механизмы должны использоваться в комбинации с характеристиками качества обслуживания, формируемыми в зависимости от приложений. При разработке архитектуры
сетевых механизмов учитывалось, что различные услуги будут
иметь разнообразные требования к характеристикам сети. Например, для телемедицины точность доставки играет более существенную роль, чем суммарная средняя задержка или джиттер, тогда как для IP-телефонии джиттер и задержка являются
ключевыми характеристиками и должны быть минимизированы.
С учетом тенденции постоянного расширения числа приложений с различными требованиями к характеристикам качества обслуживания архитектура поддержки QoS должна включать в себя широкий набор общих сетевых механизмов, как существующих, так и перспективных, подлежащих разработке.
1.5
Механизмы поддержки качества обслуживания в
сетях IP
Как было отмечено выше, переход к сетям следующего
поколения, построенным на базе стека протоколов IP, возможен
19
только при условии, что для большого числа приложений будут
обеспечены соответствующие показатели качества обслуживания. Для достижения этой цели был разработан ряд механизмов
борьбы с задержками и потерями, которые в соответствии с разрабатываемой Рекомендацией МСЭ-TY.1291 разделены по трем
плоскостям – плоскости контроля, плоскости данных и плоскости административного управления (рис. 1.1).
Рис. 1.1 Три логические плоскости механизмов поддержки качества обслуживания в сетях IP
Плоскость контроля. Механизмы QoS контрольной
плоскости оперируют с путями, по которым передается трафик
пользователей, и включают в свой состав:
управление допуском (Admission Control, AC);
маршрутизацию для QoS (QoS routing);
резервирование ресурсов (Resource reservation).
Плоскость данных. Эта группа механизмов оперирует
непосредственно с пользовательским трафиком и включает в
себя:
управление буферами (Buffer management);
предотвращение перегрузок (Congestion avoidance);
маркировку пакетов (Packet marking);
организацию и диспетчеризацию очередей (Queuing and
scheduling);
формирование трафика (Traffic shaping);
правила обработки трафика (Traffic policing);
классификацию трафика (Traffic classification).
20
Плоскость административного управления. Эта плоскость содержит механизмы QoS, имеющие отношение к эксплуатации, администрированию и управлению сетью применительно к доставке пользовательского трафика. В число механизмов QoS на этой плоскости входят:
измерения (Metering);
заданные правила доставки (Policy);
восстановление трафика (Traffic restoration);
соглашение об уровне обслуживания (Service Level
Agreement).
Сетевые механизмы QoS (или, следуя терминологии МСЭ,
блоки QoS) могут быть специфицированы применительно к сетевым узлам (например, управление буферами узлов) или к сетевым сегментам (маршрутизация QoS), где понятие "сетевой
сегмент" может относиться к межконцевому соединению, участку доступа, межузловому участку или участку, соединяющему
две и более сетей.
Выводы по лекции 1
1. Качество обслуживания определяется как мера производительности передающей системы, отражающая качество передачи и доступность услуг.
2. Качество обслуживания использует распределение по категориям и назначение приоритетов трафикам, что позволяет
гарантировать трафику с большим приоритетом лучшие условия передачи через сетевую магистраль, вне зависимости
от требований к пропускной способности трафика менее
важных приложений.
3. Рекомендация Y.1541 устанавливает соответствие между
классами качества обслуживания и приложениями.
4. С учетом тенденции постоянного расширения числа приложений с различными требованиями к характеристикам качества обслуживания архитектура поддержки QoS должна
включать в себя широкий набор общих сетевых механизмов,
21
как существующих, так и перспективных, подлежащих разработке.
5. Все механизмы борьбы с задержками и потерями разделены
по трем плоскостям – плоскости контроля, плоскости данных и плоскости административного управления.
Вопросы для самопроверки по лекции 1
1. Дайте понятие качества облуживания.
2. Какими факторами определяется качество передачи по IP
сети?
3. Перечислите и охарактеризуйте рекомендации в области
качества обслуживания.
4. Какие параметры, характеризующие доставку IP-пакетов,
описаны в рекомендации Y.1540?
5. Какие классы качества обслуживания описываются в рекомендации Y.1541?
6. Перечислите механизмы QoS в плоскости контроля.
7. Перечислите механизмы QoS в плоскости данных.
8. Перечислите механизмы QoS в плоскости административного управления.
Литература по лекции 1
1. McDysan. QoS and Traffic Management in IP and ATM Networks / McGraw-Hill. 2000.
2. E.A. Кучерявый. Управление трафиком и качество обслуживания в сети Интернет / СПб, Наука и Техника. 2004.
3. Р. Кох, ГГ. Яновский. Эволюция и конвергенция в электросвязи. – М., Радио и связь. - 2001.
4. МСЭ-Т Recommendation Y.1540. IP Packet Transfer and
Availability Performance Parameters / December 2002.
5. МСЭ-Т Recommendation Y.1541. Network Performance Objectives for IP-Based Services / May 2002.
6. МСЭ-Т Recommendation Y.1291. An Architectural Framework
for Support of Quality of Service in Packet Networks / May
2004.
22
Лекция 2. МЕХАНИЗМЫ ПОДДЕРЖКИ КАЧЕСТВА
ОБСЛУЖИВАНИЯ В СЕТЯХ IP В ПЛОСКОСТИ
КОНТРОЛЯ И АДМИНИСТРАТИВНОГО
УПРАВЛЕНИЯ
Цели лекции: изучение механизмов поддержки качества
обслуживания в сетях IP в плоскости контроля и административного управления.
2.1
Управление допуском
Механизм управления допуском (Call Admission Control)
контролирует новые заявки на пропуск трафика через сеть, определяя, может ли вновь поступающий трафик привести к перегрузке сети или к ухудшению уровня качества обслуживания
для уже имеющегося в сети трафика. Обычно управление допуском построено на определенном наборе правил администрирования, контроля и управления сетевыми ресурсами.
Эти правила могут быть специфицированы в соответствии
с потребностями сетевого провайдера или базироваться на соглашении между провайдером и пользователем и включать в
свой состав различные параметры QoS. Для удовлетворения
требований определенных служб (например, при чрезвычайных
обстоятельствах), соответствующему трафику может быть присвоен высший приоритет при доступе в сеть.
Обычно используются три метода управления потоком:
на основе окна;
на основе скорости;
на основе кредита.
Применение метода контроля потока «на основе окна»
позволяет ограничить объем потока данных (называемый окном), передаваемый источником, и осуществить регулировку
размера окна с помощью обратной связи. Контроль потока на
основе окна очень прост. Он был первым методом, использованным в сетях передачи данных. С некоторыми уточнениями
метод используется в Интернет.
23
При контроле потока «на основе скорости» вместо размера окна контролируется скорость передачи источника, выражаемая в количестве пакетов, передаваемых за период отклика.
Первоначально скорость передачи равна нулю. С каждым периодом отклика коммутатор обеспечивает обратную связь с источником, увеличивая или уменьшая допустимую скорость источника.
При контроле потока “на основе скорости” обеспечивается более равномерная расстановка пакетов, а также более высокая пропускная способность, по сравнению с управлением на
основе окна.
При управлении потоком «на основе кредита» источник
может продолжать отправлять пакеты до тех пор, пока отсчет
кредита превышает ноль. В каждый период отклика коммутатор
посылает сообщения обратной связи, объявляя новое значение
кредита каждому источнику. Кредит рассчитывается коммутатором как число оставшихся ячеек в буфере для каждого виртуального соединения.
Метод кредита приводит к очень прерывистой, но регулярной передаче ячеек, позволяет изолировать все виртуальные
соединения друг от друга.
2.2
Маршрутизация для QoS
2.2.1 Общие принципы маршрутизации
Интернет – это комбинация сетей, соединяемых с помощью маршрутизаторов. Когда дейтаграмма идет от источника к
пункту назначения, она, вероятнее всего, проходит много маршрутизаторов, пока достигает маршрутизатора, закрепленного
за сетью пункта назначения. Маршрутизатор получает пакет от
сети и передает его другой сети. Маршрутизатор обычно закрепляется за несколькими сетями. Когда он получает пакет, он
должен решить две задачи:
1. к какой сети он должен его передать;
2. по какому пути.
Последнее решение основано на выборе оптимального пути. Какой доступный путь является оптимальным путем? Это
24
обычно определяется метрикой. Метрика – это условная стоимость передачи по сети. Полное измерение конкретного маршрута равно сумме метрик сетей, которые включают в себя
маршрут. Маршрутизатор выбирает маршрут с наименьшей
метрикой. Метрика назначается для интерфейса сети в зависимости от типа протокола. Некоторые простые протоколы, подобно протоколу маршрутной информации (RIP – Routing Information Protocol), рассматривают все сети как одинаковые. Тогда стоимость прохождения через каждую сеть — одна и та же,
и для определения метрики подсчитываются участки. Так, если
пакет, чтобы достигнуть конечного пункта, проходит через 10
сетей, полная стоимость составляет 10 участков.
Другие протоколы, такие как "первоочередное открытие
наикратчайших путей" (OSPF — Open Shortest Path First), позволяют администратору назначить стоимость для передачи через
сеть, основанную на типе требуемого обслуживания. Маршрут
через сеть может иметь различную стоимость (метрику). Например, если для типа сервиса желательна максимальная производительность, спутниковый канал имеет меньшую метрику,
чем оптическая линия. С другой стороны, если типу сервера желательна минимальная задержка, оптическая линия имеет меньшую метрику, чем спутниковый канал. OSPF позволяет каждому
маршрутизатору иметь таблицу последовательностей маршрутов, основанную на требуемом типе сервиса.
Другие протоколы определяют метрику различно. В протоколе пограничной маршрутизации (BGP — Border Gateway
Protocol) критерий — это политика, которую может устанавливать администратор. Политика — это принцип, по которому определяется путь.
В любой метрике маршрутизатор должен иметь таблицы
маршрутизации, чтобы консультироваться при дальнейшей передаче пакета. Таблица маршрутизации задает оптимальный
путь для пакета. Таблица может быть либо статическая, либо
динамическая. Статическая таблица — одна из тех, которые
часто не меняются. Динамическая таблица — одна из тех, которая обновляется автоматически, когда имеются изменения гделибо в Интернете. Сегодня Интернет нуждается в динамических
таблицах. Таблицы нужно обновлять по мере появления изме25
нений в Интернете. Например, их нужно обновить, когда маршрут вышел из строя, или они должны быть обновлены всякий
раз, когда создается лучший маршрут.
Протоколы маршрутизации созданы для отображения требований таблиц динамической маршрутизации. Протокол маршрутизации — комбинация правил и процедур, которые позволяют в Интернете маршрутизаторам информировать друг друга
об изменениях. Протоколы маршрутизации также включают
процедуры для комбинирования информации, полученной от
других маршрутизаторов.
2.2.2 Внутренняя и внешняя маршрутизация
Сегодня Интернет — громадная сеть, так что один протокол маршрутизации не может обрабатывать задачу обновления
таблиц всех маршрутизаторов. По этой причине Интернет разделяется на автономные системы. Автономная система (Autonomous System – AS) — группа сетей и маршрутизаторов под
управлением одного администратора. Маршрутизация внутри
автономной системы отнесена к внутренней маршрутизации.
Маршрутизация между автономными системами отнесена к
внешней маршрутизации. Каждая автономная система может
выбрать протокол внутренней маршрутизации для того, чтобы
обрабатывать маршрутизацию внутри автономной системы. Однако для обработки маршрутизации между автономными системами выбирается только один протокол маршрутизации.
Разработано несколько внутренних и внешних протоколов. В этой лекции мы коснемся только наиболее популярных из
них — внутренних протоколов RIP и OSPF и одного внешнего
протокола BGP. RIP и OSPF используются для обновления таблиц маршрутизации внутри автономной системы. Протокол
BGP применяется в обновлении таблиц маршрутизации для
маршрутизаторов, которые объединяют вместе автономные системы.
2.2.3 Протокол маршрутной информации (RIP)
Протокол маршрутной информации (RIP – Routing Information Protocol) — внутренний протокол маршрутизации, ис26
пользуется внутри автономной системы. Это очень простой протокол, основанный на применении дистанционного вектора
маршрутизации.
Используя вектор расстояния маршрутизации, каждый
маршрутизатор периодически делится своей информацией о
входах в Интернет со своими соседями. Ниже приводятся три
основных принципа этого процесса, для того чтобы понять, как
работает алгоритм.
Распределение информации о входе в автономную систему. Каждый маршрутизатор распределяет информацию о входе
соседним автономным системам. Вначале эта информация может быть не подробной. Однако объем и качество информации
не играют роли. Маршрутизатор посылает, во всяком случае, все
что имеет.
Распределение только соседям. Каждый маршрутизатор
посылает свою информацию только к соседям. Он посылает информацию, которую получает через все интерфейсы.
Распределение через регулярные интервалы. Каждый
маршрутизатор посылает свою информацию соседней автономной системе через фиксированные интервалы, например, каждые 30 с.
Каждый маршрутизатор хранит таблицы маршрутизации, имеющие один вход для каждой сети назначения, которую
маршрутизатор зарегистрировал. Вход содержит:
адрес сети пункта назначения,
кратчайший путь для того, чтобы достичь пункта назначения, отсчитываемый в участках,
следующий участок (следующий маршрутизатор), к которому должен быть доставлен пакет по пути к своему
конечному пункту назначения,
счетчик участков – это число сетей, которые пакет пересечет для достижения своего конечного пункта назначения.
Таблица может содержать другую информацию, такую
как маску подсети (или префикс) или время, когда этот вход был
обновлен. табл. 2.1. показывает пример таблицы маршрутизации.
27
Таблица. 2.1 Таблица вектора расстояния маршрутизации
RIP версии 2 был разработан для преодоления некоторых
недостатков версии 1. Разработчики версии 2 не дополнили
длину сообщения для каждого входа. Они только заменили те
поля в версии 1, которые были заполнены нулями для TCP/IPпротокола, некоторыми новыми полями.
2.2.4 Первоочередное открытие кратчайших путей
(OSPF — Open Shortest Path First)
Протокол "первоочередное открытие кратчайших путей"
(OSPF — Open Shortest Path First) — это другой внутренний
протокол, который получил популярность. Его область также
автономные системы. Специальный маршрутизатор, называемый пограничным маршрутизатором автономных систем, отвечает за распространение информации об автономных системах в
текущей системе. Для того чтобы обработать маршрутизацию
эффективно и вовремя, OSPF разделяет автономную систему на
зоны.
Зона — это набор всех сетей, хостов и маршрутизаторов,
содержащихся в автономной системе (рис. 2.1). Автономная
система может разделяться на много различных зон. Все сети
внутри зоны должны быть соединены.
28
Рис. 2.1 Зоны автономной системы
Маршрутизаторы внутри зоны содержат зоновую информацию маршрутизации. На границе зоны специальные маршрутизаторы, называемые пограничными маршрутизаторами зоны,
суммируют информацию о зоне и посылают другим зонам. Среди зон внутри автономной системы есть специальная зона, называемая основной. Все другие зоны внутри автономной системы должны быть подсоединены к основной. Иначе говоря, основная зона обслуживает как первичная зона, а другие зоны —
как вторичные. Однако это не означает, что маршрутизаторы в
пределах зон не могут соединяться каждый с каждым.
Маршрутизатор внутри основной зоны называется основным маршрутизатором. Заметим, что основной маршрутизатор
может также быть пограничным маршрутизатором.
Отметим одну из проблем: если соединение между основной зоной и любой зоной пересекает другую зону, то администрация должна создать виртуальную линию между маршрутизаторами для обеспечения постоянных функций основной зоны
как первичной зоны. Каждая зона имеет идентификатор зоны.
Протокол OSPF позволяет администратору назначать
стоимость, называемую метрикой, для каждого маршрута. Метрика может быть основана на типе сервиса (минимальная задержка, максимальное число переприемов и так далее). Фактически, маршрутизатор может иметь множество таблиц, каждая
из которых базируется на различном типе сервиса.
Для обновления таблиц маршрутизации OSPF использует
маршрутизацию по состоянию канала. Маршрутизация по
29
состоянию линии — процесс, при помощи которого каждый
маршрутизатор распространяет свою информацию о его соседях
каждому маршрутизатору в зоне.
Ниже приводятся три основных положения для понимания
того, как работает метод.
1. Распределение информации об окружении. Каждый
маршрутизатор посылает информацию о состоянии
своего окружения для каждого другого маршрутизатора зоны.
2. Распределение информации другим маршрутизатором.
Каждый маршрутизатор посылает информацию о состоянии окружения для каждого другого маршрутизатора зоны. Он делает это с помощью волнового процесса. При его помощи маршрутизатор посылает свою информацию всем другим соседям (через все выходные
порты). Каждый сосед посылает пакет ко всем его соседям, и так далее. Каждый маршрутизатор, который
получает пакет, посылает копии для каждого своего соседа. В конечном счете, каждый маршрутизатор (без
исключения) получает копию одной и той же информации.
3. Распределение информации, когда имеются изменения.
Каждый маршрутизатор распределяет информацию о
состоянии его окружения, только когда есть изменения.
Это правило резко отличается от дистанционного вектора маршрутизации, где информация рассылается через регулярные интервалы, не принимая во внимание
изменения.
Идея маршрутизации по состоянию линии – это то, что
каждый маршрутизатор должен иметь точную топологию Интернета на каждый момент. Другими словами, каждый маршрутизатор должен иметь полную "картину" Интернета. Исходя из
этой топологии, маршрутизатор может вычислить самый короткий путь между ним самим и каждой сетью. Топология здесь
означает граф существующих узлов и границ. Однако для того
чтобы представить Интернет графом, нам нужно привести некоторые определения.
30
В OSPF-терминологии соединение называется связь
(link). Определены четыре типа связи: "точка-точка", транзит,
ответвление и виртуальная.
Связь "точка-точка". Связь "точка-точка" соединяет два
маршрутизатора без участия любого другого хоста или маршрутизатора между ними. Другими словами, цель связи (сети) —
соединить два маршрутизатора. Например, этот тип связи представляют два маршрутизатора, соединенные телефонной линией
или уплотненной линией.
Для этого типа связи не нужно назначать сетевые адреса.
Графически маршрутизатор представляется узлами графа, и
связь представляется двунаправленной границей, соединяющей
эти узлы. Метрика, которая обычно одна и та же, показана для
двух концов, одна в каждом направлении. Другими словами,
каждый маршрутизатор имеет только одного соседа на другой
стороне линии (рис. 2.2).
Рис. 2.2 Связь "точка-точка"
Транзитная связь – это сеть с несколькими маршрутизаторами, соединенными линиями. Данные могут войти в сеть через
любой маршрутизатор и покинуть сеть через любой другой. Все
локальные сети (LAN) и глобальные сети (WAN) с двумя и более маршрутизаторами являются связями этого типа. В этом
случае, каждый маршрутизатор имеет несколько соседей. Например, рассмотрим сеть Ethernet на рис. 2.3а. Маршрутизатор
A имеет соседей B, C, D. Маршрутизатор B имеет соседей A, C,
D. Отношение соседей в этой ситуации показано в виде графа на
рис. 2.3а.
На рис. 2.3б. показана транзитная связь в сети типа "каждый с каждым". Такой тип подключения требует обмена каждого маршрутизатора с большим числом маршрутизаторов. Это не
эффективно и попросту не реалистично.
Для такой сети реальным является назначение узлового
маршрутизатора (рис. 2.3б.).
31
Рис. 2.3 Транзитная связь
Теперь каждый маршрутизатор имеет только одного соседа, назначенный маршрутизатор (сеть) имеет четырех соседей.
Мы видим, что число оповещаемых соседей уменьшилось до 8
(поскольку связь двунаправленная). Однако пока имеется метрика от каждого узла к назначенному маршрутизатору, нет метрики от назначенного маршрутизатора ни к одному узлу. Причина в том, что назначенный маршрутизатор является единственным представителем сети для внешнего мира.
Ответвление связи – это сеть, которая подключает только
один маршрутизатор. Пакеты данных вводятся сетью через отдельный маршрутизатор и покидают сеть через тот же самый
маршрутизатор. Это специальный случай транзитной сети.
Виртуальная линия. Когда линия между двумя маршрутизаторами повреждена, администратор может создать виртуальную линию между ними, используя более длинный путь, который, вероятнее всего, пройдет через несколько маршрутизаторов.
Для того чтобы распределять информацию о соседях, каждый вход распределяет извещения о состоянии связи (Link
State Advertisements – LSAs). LSA извещают состояние доступа
к связи. В зависимости от типа доступа, мы можем определить
пять типов различных извещений о состоянии связи (LSAs), которые различаются объектами рассылки:
32
связь маршрутизатора;
сетевая связь (узловым маршрутизатором);
суммарная связь к автономной системе;
внешняя связь.
Связь маршрутизатора. Связь маршрутизатора определяет все подключения к данному маршрутизатору. Маршрутизатор использует для извещения информацию обо всех его связях
и связях соседей.
Сетевая связь. Узловой маршрутизатор от имени всей
транзитной сети распределяет этот тип LSA-пакетов. Пакеты
извещают о состоянии всех маршрутизаторов, подключенных к
сети.
Суммарная связь сети. Информация о линиях маршрутизаторов и сетевых линиях внутри зоны распространяется внутри
зоны. Информация о состоянии линий вне зоны распространяется пограничным маршрутизатором. Пограничный маршрутизатор зоны действует более чем в одной зоне. Он получает извещения о линиях маршрутизатора данной зоны и линиях сети и,
как мы увидим, создает таблицу маршрутов для каждой из этих
зон. Например, на рис. 2.4 маршрутизатор R1 есть пограничный
маршрутизатор.
Рис. 2.4 Суммарная связь сети
Он имеет две таблицы маршрутизации, одна для зоны 1 и
одна для зоны 0. R1 заполняется информацией о зоне 1 и вторая
— информацией о том, как достигнуть сети, расположенной в
33
зоне 0. Тем же самым способом маршрутизатор R2 заполняется
информацией о зоне 2 и о том, как достигнуть по этой же самой
сети зоны 0. Суммарная связь в зоне 0 позволяет обмен между
маршрутизаторами, она может быть реализована одним из уже
рассмотренных четырех типов связи: "точка-точка", транзит,
ответвление и виртуальная.
Суммарная связь к пограничному маршрутизатору автономной системы. Предыдущее извещение позволяло каждому
маршрутизатору знать стоимость маршрута для того, чтобы выбрать маршрут внутри автономной системы. Если маршрутизатор внутри зоны хочет послать пакет внешней автономной системе, он должен сначала знать маршрут к пограничному маршрутизатору автономной системы. Суммарная линия к пограничному маршрутизатору автономной системы (АС) обеспечивает эту информацию. Зоновый пограничный маршрутизатор
заполняет их зоны этой информацией (рис. 2.5).
Рис. 2.5 Суммарная связь к пограничному маршрутизатору автономной системы
Внешняя связь. Извещения внешней связи обеспечивают
информацией о том, какая сеть доступна вне автономной системы. Используют таблицу маршрутизации, создаваемую внешним протоколом маршрутизатора. Каждое извещение оповещает
одну отдельную сеть. Если имеется более чем одна сеть, делаются отдельные извещения.
34
Каждый маршрутизатор в зоне получает линию LSAs
маршрутизатора и сетевую линию от каждого маршрутизатора и
формы базы данных состояний линии.
База данных состояния связи – это таблица, представляющая топологию Интернета внутри зоны. Она показывает
связь между каждым маршрутизатором и соседним к нему,
включая метрику.
Алгоритм Дейкстры
Для того чтобы вычислить таблицы маршрутизации, применяется алгоритм Дейкстры для баз данных состояния линии
этого маршрутизатора. Алгоритм Дейкстры вычисляет кратчайший путь между двумя точками в сети, используя граф по методу узлов и границ. Алгоритм разделяет узлы на два множества:
пробные и постоянные. Он выбирает узлы, делает их пробными,
анализирует их и, если они проходят по критериям, делает их
постоянными.
Работа алгоритма поясняется на рис. 2.6. На рис. 2.6а приведен пример сети. Эта же сеть представлена в виде графа. На
этом графе нанесена назначенная стоимость прохождения по
участкам. Далее на рис. 2.6б. приводится вычисление накопленной стоимости при прохождении.
Сам алгоритм заключается в прохождении графа и вычислении накопленной стоимости. Алгоритм прохождения графа приведен во многих книгах. Ниже рассматривается порядок
вычисления наикратчайшего пути. Номер следующего узла
представляет накопленную стоимость от корневого узла. Заметим, что сеть достигает маршрутизатора E через два направления с накопленной стоимостью 14 и 10. При этом сохраняется
направление с накопленной стоимостью 10, а второе удаляется.
Каждый маршрутизатор применяет метод наикратчайшего
пути по дереву для построения своей таблицы маршрутизации. Таблица маршрутизации показывает стоимость достижения каждого узла в зоне, маршрутизатор использует извещения:
суммарной линии сети, суммарной линии пограничного маршрутизатора и внешней линии.
35
Рис. 2.6 Вычисление стоимости наикратчайшего участка
Табл. 2.2. показывает таблицу маршрутизации для маршрутизатора A согласно результатам вычислений по рис. 2.6в.
Таблица. 2.2 Таблица состояния линий для маршрутизатора A
36
2.2.5 Протокол пограничной маршрутизации (BGP —
Border Gateway Protocol)
Протокол пограничной маршрутизации (BGP — Border
Gateway Protocol) – это протокол маршрутизации между автономными системами. Он основан на методах маршрутизации,
называемых "маршрутизация вектором пути". Рассмотрим вначале принципы такой маршрутизации. Попробуем понять, почему два ранее показанных метода, а именно маршрутизация с
помощью вектора расстояния маршрута (RIP) и маршрутизация
по состоянию линии (OSF), не являются желательными для использования системой маршрутизации между автономными
системами.
Маршрутизация с помощью вектора расстояния маршрута
может быть нежелательной, потому что имеются случаи, в которых маршрут, вычисленный с наименьшим числом участков, не
является предпочтительным. Например, существует запрет на
передачу через автономную систему, которая не обеспечивает
безопасности по наикратчайшему маршруту. Вектор маршрутизации с использованием вектора длины маршрута ведет к нестабильности, поскольку путь маршрутизации рассчитывается
только по числу участков к пункту назначения, без анализа состояния всего пути (например, перегрузки участков), который
ведет к этому пункту назначения.
Маршрутизация по состоянию линий также не является
желательной для системы маршрутизации между автономными
системами, потому что Интернет обычно слишком большая сеть
для этого метода маршрутизации. Чтобы использовать маршрутизацию по состоянию линий для всего Интернета, каждому
маршрутизатору понадобилось бы иметь огромную базу данных
состояний. Это также привело к длительному времени работы
каждого маршрутизатора для вычисления его таблицы маршрутов с использованием алгоритма Дейкстры.
Маршрутизация с использованием вектора путей отличается и от маршрутизации с использованием вектора длины
маршрута, и от маршрутизации состоянием линии. Каждый вход
в таблицу маршрутизации содержит сеть пункта назначения,
следующий маршрутизатор и путь до пункта назначения. Путь
37
обычно определяется как упорядоченный список автономной
системы, который должен пройти пакет для достижения пункта
назначения. Табл. 2.3. показывает пример таблицы маршрутизации векторов пути.
Таблица. 2.3 Таблица маршрутного вектора пути
Автономный пограничный маршрутизатор, который участвует в маршрутизации с использованием вектора путей, извещает о достижимости сетей в их собственной автономной системе для соседних автономных пограничных маршрутизаторов.
Концепция окружения здесь та же самая, как в уже рассмотренных протоколах RIP и OSPF. Два пограничных маршрутизатора
автономных систем, подключенные к той же самой сети, – соседи.
Заметим, что пограничный маршрутизатор автономной
системы получает свою информацию от внутреннего алгоритма
маршрутизации, такого как RIP и OSPF.
Каждый маршрутизатор, который получает вектор пути,
проверяет, что предложенный путь согласован с его политикой
(набором правил, назначаемых администратором, который
управляет маршрутизатором). Если политика маршрутизации
соответствует записанной в программе, маршрутизатор обновляет таблицы маршрутизации и модифицирует сообщение, прежде чем послать его к следующему соседу. Модификация содержит дополнение номера своего АС для пути и замещающий
номер следующего маршрутизатора, входящего со своим собственным идентификатором.
Например, рис. 2.7 показывает сеть Интернет с четырьмя
автономными системами. Маршрутизатор R1 посылает сообщение вектора путей, извещающего о достижимости N1, маршру38
тизатор R2 получает сообщение, обновляет свою таблицу маршрутизации, после этого добавляет свою информацию об автономной системе к информации пути и вставляет самого себя как
соседний маршрутизатор, посылает сообщение к маршрутизатору R3. Маршрутизатор R3 получает сообщение, обновляет свою
таблицу маршрутизации и посылает сообщение после изменения к маршрутизатору R4.
Рис. 2.7 Принцип формирования вектора путей
Нестабильности маршрутизации с использованием дистанционного вектора маршрутизации и порождения петель
можно избежать при маршрутизации с использованием вектора
путей. Когда маршрутизатор получит сообщение, он проверяет
его, чтобы посмотреть, есть ли в его автономной системе список
путей к пункту назначения. Если он есть, то возможно возникновение петель и сообщение игнорируется.
Политика маршрутизации может быть просто реализована с использованием вектора путей. Когда маршрутизатор получает сообщение, он проверяет путь. Если одна из автономных
систем, указанных в списке, не совпадет с его политикой, он
может игнорировать этот путь и этот конечный пункт. Он не
обновляет свою таблицу маршрутизации в части этого пути и не
посылает сообщения своим соседям. Это означает, что таблицы
маршрутизации в методе маршрутизации с использованием вектора путей не основываются на подсчете наикратчайшего пути
или минимальной метрике. Они основаны на политике, навязываемой маршрутизатору администратором.
При рассматриваемом методе путь был представлен как
список автономных систем, но фактически это список атрибутов. Список атрибутов помогает принимающему маршрутиза39
тору вырабатывать решение, когда применяется его политика.
Атрибуты разделяются на две категории: закрепленные (wellknow) и опциональные. Закрепленный атрибут — единица, которую каждый BGP-маршрутизатор должен распознавать. Опциональный атрибут — единица, которую не надо распознавать
каждому BGP-маршрутизатору.
Закрепленный атрибут сам разделяется на две категории:
обязательный и по усмотрению. Закрепленный атрибут по усмотрению — единица, которая должна быть опознана каждым
маршрутизатором, но не требует включения в каждое обновленное сообщение.
Единица обязательного закрепленного атрибута – это
ORGIN. Она определяет информацию об источнике маршрутизации (RIP, OSPF и так далее). Другой хорошо известный закрепленный обязательный атрибут – это AS_PATH. Он определяет
список автономных систем, через которые может быть достигнут пункт назначения. Еще один обязательный атрибут – это
NEXT-HOP, он определяет следующий маршрутизатор, к которому должен быть послан пакет данных.
Опциональные атрибуты могут также быть подразделены
на две категории: транзитные и не транзитные. Опциональный
транзитный атрибут — единица, которая должна быть передана
к следующему маршрутизатору маршрутизатором, который не
выполняет этот атрибут. Опциональный не транзитный атрибут
— единица, которая должна быть удалена, если приемный маршрутизатор не может выполнить ее.
2.3
Измерения
Измерения обеспечивают контроль параметров трафика –
например, скорость потока данных в сравнении с согласованной
в SLA скоростью. По результатам измерений могут быть реализованы определенные процедуры – такие, как сброс пакетов и
применение механизмов Leaky Bucket и Token Bucket. Более
подробно данные механизмы будут рассмотрены в следующей
лекции.
40
2.4
Заданные правила доставки
Под правилами доставки здесь понимается набор правил,
используемых для контроля и административного управления
доступом к сетевым ресурсам. На основе таких правил поставщики услуг могут осуществлять реализацию механизмов в
плоскости управления и плоскости данных. Возможными применениями правил доставки являются маршрутизация по заданным правилам, фильтрация пакетов на основе заданных правил
(маркировка или отбрасывание пакетов), регистрация заданных
потоков, правила обработки, связанные с безопасностью. Более
подробно данные механизмы будут рассмотрены в следующей
лекции.
2.5
Восстановление трафика
Под восстановлением трафика в данной рекомендации
понимается реакция сети, смягчающая последствия в условиях
отказа. Восстановление трафика рассматривается на различных
уровнях эталонной модели процессов. На физическом уровне
при использовании SDH надежность обеспечивается автоматической защитной коммутацией. На канальном уровне транспортных сетей восстановление трафика обеспечивается специальными механизмами, развитыми для кольцевых и ячеистых
структур. Соответствующие процедуры предусмотрены в технологии ATM. Восстановление на сетевом уровне (протокол IP)
осуществляется с помощью технологии MPLS. Более подробно
технология MPLS будет рассмотрена в пятой лекции.
2.6
Соглашение об уровне обслуживания
Одним из основных понятий в концепции обеспечения
требуемого уровня качества обслуживания в современных сетях
является соглашение об уровне обслуживания. Первые SLAконтракты были разработаны в середине 90-х годов при
предоставлении услуг передачи данных с использованием
технологий Frame Relay, ATM и IP. Необходимость подобных
контрактов была вызвана возрастающими требованиями к
операторам со стороны клиентов, чей бизнес все больше зависел
41
от надежной и своевременной передачи информации. Контракт
SLA предполагает повышенную ответственность поставщика
услуг, дисциплинирует его. В какой-то степени это
дисциплинирует
и
заказчика,
поскольку
заключению
соглашения предшествует этап анализа требований к уровню
сервиса.
Соглашение SLA, называемое в ряде источников
контрактом по трафику, представляет собой контракт между
пользователем и провайдером услуг/сетевым провайдером. В
контракте определяются основные характеристики (профиль)
трафика, формируемого в оборудовании пользователя, и
параметры QoS, предоставляемые провайдером. Соглашение
SLA может включать в себя также и ценовые характеристики.
Техническая часть SLA специфицирует набор параметров и их
значения, которые вместе определяют уровень обслуживания,
обеспечиваемый трафику пользователя со стороны сетевого
провайдера.
Контракт SLA может быть статическим (согласовывается
на длительный период – месяц, год и т. п.) или динамическим
(определяется для каждого сеанса). В последнем случае для
запроса требуемого уровня QoS должен использоваться
сигнальный протокол (например, RSVP). Соглашения SLA,
прежде всего, предполагают четко регламентированные
обязательства поставщика услуг по обеспечению их качества
(время предоставления услуги, например, круглосуточно или
только в рабочие дни; время реакции на инцидент; время выезда
персонала к заказчику; время закрытия инцидента и т. д.), а
также штрафные санкции за нарушение регламента. Из опыта
зарубежных сетевых провайдеров известно, что стоимость SLA
добавляется к стоимости гарантийного обслуживания и в ряде
случаев может быть в несколько раз выше стоимости
гарантийного обслуживания.
Выводы по лекции 2
1. Механизм управления допуском контролирует новые заявки
на пропуск трафика через сеть, определяя, может ли вновь
поступающий трафик привести к перегрузке сети или к
42
2.
3.
4.
5.
6.
7.
ухудшению уровня качества обслуживания для уже имеющегося в сети трафика.
Решение по выбору оптимального пути в IP сети осуществляется маршрутизатором в зависимости от метрики, которая
обозначает условную стоимость передачи по сети.
Наиболее распространенные протоколы маршрутизации это
RIP и OSPF (внутренние) и протокола BGP (внешний). RIP и
OSPF используются для обновления таблиц маршрутизации
внутри автономной системы.
Используя вектор расстояния маршрутизации, каждый маршрутизатор периодически делится своей информацией о
входах в Интернет со своими соседями.
Каждый маршрутизатор хранит таблицы маршрутизации,
имеющие один вход для каждой сети назначения, которую
маршрутизатор зарегистрировал.
Для того чтобы вычислить таблицы маршрутизации, применяется алгоритм Дейкстры для баз данных состояния линии
маршрутизатора.
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.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Какие задачи решает механизм управления допуском?
Какие методы используются для управления потоком?
Какие задачи решает маршрутизатор?
Перечислите и кратко охарактеризуйте протоколы маршрутизации.
Чем отличается внешняя маршрутизация от внутренней?
Для чего нужная таблица маршрутизации и какую информацию она содержит?
Для чего нужны извещения о состоянии канала (LSA)?
Опишите принцип работы алгоритма Дейкстры.
Что описывает контракт SLA и для чего он нужен?
43
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.
44
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.
3.1
Алгоритмы, 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 трёхцветного маркера для одного входящего потока (A Single Rate Three
Color Marker, srTCM) работает по аналогичному TSW2CM
45
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 основывается на параметре Committed Information Rate (CIR) и двух
параметрах, ассоциированных с взрывным трафиком — Committed Burst Size (CBS) и Excess Burst Size (EBS). Пакет маркируется 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)) измеряет 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 маркировки 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.
3.2
Алгоритм 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 дан46
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
47
только в накопитель снова начнут поступать пакеты, подача жетонов в ведро должна быть возобновлена.
3.3
Алгоритмы управления перегрузками
К алгоритмам 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
48
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.
49
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 обслуживание (Weighted Fair Queuing, WFQ) (рис. 3.4) – это комбинированный механизм обслуживания очередей, сочетающий приоритетное обслуживание со взвешенным.
50
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.
51
Другим вариантом реализации WFQ является WFQ, основанный на классах (Class-based WFQ, CWFQ или CBWFQ). Отличие 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
3.4
Алгоритмы предотвращения перегрузок
Механизмы предотвращения перегрузок поддерживают
уровень нагрузки в сети ниже пропускной способности сети.
52
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 пакета вычисляется значение средней длины очереди q , на основе
которого с учётом двух пороговых значений r1 и r2 вычисляется
вероятность сброса π (q ) :
0,
0 ≤ q < r1 ,

 q − r1
π (q ) 
π max , r1 ≤ q ≤ r2 ,
 r2 − r1
q > r2 ,
1

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 )q ПРЕД + wq q,
в противном случае
f ( t −t )
q = (1 − wq ) q q ПРЕД ,
где q — текущий размер очереди, wq — вес очереди, q ПРЕД —
предыдущее значение средней длины очереди, f — линейная
функция времени, t — текущее время, tq — момент времени, с
которого очередь пуста.
53
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
длины очереди q > q t arg et и π max ≤ 0,5 , то π max увеличивается на
величину α = min(0,01, π max 4) . В противном случае, если текущее значение средней длины очереди q < q t arg et и π max ≥ 0,01 ,
то
π max
умножается
на
величину β = 0,9 .
При
этом
(r1 + 0, 4(r2 − r1 )) ≤ q t 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.
54
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.
55
Лекция 4. МОДЕЛИ INTSERV И DIFFSERV
Цели лекции: изучение моделей предоставления интегрированных и дифференцированных услуг (IntServ и DiffServ).
4.1
Модель предоставления интегрированных услуг
Модель с интеграцией услуг (Integrated Services, IntServ)
была разработана для обслуживания единичных потоков, которым предоставляется два вида услуг: услуга передачи с гарантированной 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 гарантирован56
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 заре57
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 индивидуальное (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
58
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 RESVсообщениями.
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
59
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.
60
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.
61
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 протокола 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;
62
RSVP не является маршрутным протоколом, но зависит
от существующих и будущих маршрутных протоколов;
RSVP транспортирует и поддерживает параметры
управления трафиком и политикой, которые остаются
непрозрачными для RSVP;
RSVP обеспечивает несколько моделей резервирования, для того чтобы удовлетворить требованиям различных приложений;
RSVP обеспечивает прозрачность операций для маршрутизаторов, которые его не поддерживают;
RSVP может работать с IPv4 и IPv6.
Преимущества модели IntServ:
протокол RSVP, на котором базируется IntServ, не зависит от протоколов маршрутизации, т.к. сам рассылает вдоль зарезервированного пути управляющие сообщения и контролирует таким образом состояние маршрута;
IntServ может обеспечить гарантированную величину
задержки, если трафик имеет более или менее определённую природу (например, соответствует каким-то
ограничениям) и маршрутизаторы поддерживают дисциплину обслуживания WFQ;
IntServ при помощи WFQ может обеспечить контролируемое совместное использование каналов (перегружающий канал трафик ограничен выделенной ему шириной полосы пропускания, но если у канал имеет остаточную ёмкость, то по нему разрешается передавать
любую комбинацию трафика).
Недостатки модели IntServ:
плохая масштабируемость RSVP, особенно в высокоскоростных магистральных сетях, поскольку объём ресурсов, которые необходимы маршрутизатору для обработки и хранения информации RSVP, увеличивается
пропорционально количеству потоков QoS, вследствие
чего возрастает нагрузка на маршрутизаторы;
для поддержания резервирования ресурсов протокол
RSVP вынужден постоянно рассылать обновляющие
63
сообщения для сохранения состояния вдоль зарезервированных путей.
4.2
Модель предоставления дифференцированных
услуг
Модель дифференцированных услуг (Differentiated
Services, DiffServ или DS) была предложена IETF в 1997–1998
гг. Модель DiffServ предлагает простой, но довольно эффективный метод приоритезации трафика в соответствии с требованиями различных приложений.
В модели DiffServ архитектура сети представляется в виде
двух сегментов – пограничных участков и ядра. На входе в сеть
в узле доступа (пограничном маршрутизаторе) пакеты классифицируются (механизм Traffic classification), и трафик нормируется (механизм Traffic conditioning).
При необходимости поток пакетов проходит через устройство профилирования (механизм Traffic shaping). Магистральные маршрутизаторы, составляющие ядро сети, обеспечивают пересылку пакетов в соответствии с требуемым уровнем
QoS (рис. 4.3).
Для приоритезации трафика в соответствии с требованиями различных приложений модель DiffServ использует кодовое
слово (DiffServ Code Point, DSCP), необходимое для выбора
правил пошаговой обработки (Per-Hop Behavior, PHB), которой
пакет подвергается в каждом узле.
Рис. 4.3 Архитектура метода DiffServ
64
DSCP располагается в поле Тип обслуживания (Type of
Service — ToS) заголовка IPv4 или в поле Класс трафика (Class
of Traffic — CoT) заголовка IPv6 (рис. 4.4).
Рис. 4.4 Поле TOS заголовка IPv4 и DSCP
Для кодировки DSCP используются шесть младших бит, а
два старших зарезервированы для дальнейшего развития технологии, и их значения должны игнорироваться DS-системами.
Исторически три младших бита поля типа IP-сервиса применялись для обозначения относительного приоритета данного пакета. В целях сохранения частичной обратной совместимости с
более ранними системами в архитектуре DS предусмотрено резервирование восьми типов локального поведения (Per Hop
Behavior — PHB) для обслуживания пакетов с DSCP вида
«ххх000», где «х» принимает значения 0 или 1. Такие кодовые
слова называют селекторами класса. Так, PHB, соответствующие кодовому слову DSCP=«11х000», обслуживают пакеты с
большим
приоритетом,
чем
PHB,
соответствующие
DSCP=«000000».
РНВ-политика
Сетевые узлы с поддержкой дифференцированного обслуживания используют поле DSCP в заголовке IP-пакета для
определения соответствующей этому пакету РНВ-политики.
РНВ-политика может быть определена в терминах приоритета в предоставлении ресурсов по отношению к другим
РНВ-политикам или же с помощью таких измеряемых характе65
ристик трафика, как задержка пакетов, уровень потери пакетов
или дрожание трафика. В некоторой степени РНВ-политику
можно рассматривать как своеобразный "черный ящик", поскольку она определяет некоторое наблюдаемое извне поведение сетевого узла в отношении поступающих пакетов, не навязывая при этом конкретную реализацию.
В качестве стандартной РНВ-политики в diffserv-сети
можно рассматривать негарантированную доставку трафика. В
соответствии с архитектурой дифференцированного обслуживания каждой РНВ-политике рекомендуется назначить определенный код DSCP, однако поставщик услуг волен выбрать отличные от рекомендованных значения поля DSCP для своей собственной сети. Рекомендованное значение поля DSCP для политики негарантированной доставки пакетов равняется 000 000.
РНВ-политика, соответствующая определенному классу
трафика, зависит от целого ряда факторов:
интенсивность входного потока или нагрузки для заданного класса трафика. Этот параметр контролируется
пограничным формирователем трафика;
распределение ресурсов для заданного класса трафика.
Этот параметр контролируется функциями распределения ресурсов, реализованными в узлах diffserv-домена;
уровень потери трафика. Этот параметр зависит от политики отбрасывания пакетов, проводимой в узлах
diffserv-домена.
Существуют две стандартные РНВ-политики – РНВполитика немедленной передачи (EF РНВ) и РНВ-политика гарантированной доставки (AF РНВ).
РНВ-политика
немедленной
передачи
пакетов
(Expedited Forwarding РНВ – EF РНВ) используется для обеспечения сквозного обслуживания пакетов в узлах diffserv-домена,
характерными чертами которого являются низкий уровень потери пакетов, малая задержка, незначительное дрожание трафика,
а также гарантированная полоса пропускания. Политика EF РНВ
применяется для обслуживания трафика таких приложений, как
передача голоса по сетям IP (Voice over IP – VoIP), приложений
видеоконференций, а также для обеспечения таких услуг, как
66
передача информации по виртуальным арендуемым каналам,
поскольку эта услуга представляет собой двухточечное соединение конечных узлов diffserv-домена. Подобный тип обслуживания достаточно часто называют также услугами высокого
класса (premium service).
Один из способов избежать задержки пакетов, связанной с
возникновением больших очередей, – ограничение максимальной интенсивности входного потока трафика минимальной интенсивностью его выходного потока. РНВ-политика немедленной передачи пакетов предусматривает установку значения интенсивности выходного потока трафика, в то время как интенсивность входного потока контролируется формирователями
трафика, реализованными в пограничных устройствах сети.
Поскольку в соответствии с политикой EF РНВ входящие
пакеты не должны образовывать очередь (допускается очередь
очень малого размера), интенсивность исходящего потока трафика должна быть равной интенсивности входящего потока или
превышать ее. Следует отметить, что интенсивность исходящего
потока (полоса пропускания) не должна зависеть от других потоков трафика. Как правило, интенсивность входящего и исходящего потоков измеряется с интервалами, равными времени,
которое требуется для передачи MTU-пакета (пакета максимального размера, который может быть передан через интерфейс маршрутизатора) по данной линии связи.
Маршрутизатор может выделить ресурсы, достаточные
для обеспечения определенной интенсивности исходящего трафика для заданного интерфейса, путем использования различных функциональных реализаций политики EF РНВ. Когда речь
идет о передаче трафика через перегруженный сегмент сети (а
это предполагает наличие больших накопленных очередей),
данная функциональная возможность может быть реализована
за счет применения различных механизмов обслуживания очередей.
РНВ-политика гарантированной доставки пакетов
(Assured Forwarding РНВ – AF РНВ) представляет собой средство, с помощью которого поставщик услуг может обеспечить несколько различных уровней надежности доставки IP-пакетов,
67
полученных из diffserv-домена клиента. Политика AF РНВ является приемлемой для большинства ТСР-приложений.
РНВ-политика гарантированной доставки пакетов подразумевает наличие различных уровней обслуживания для каждого из четырех классов AF-трафика. Каждому классу AF-трафика
соответствует собственная очередь пакетов, что позволяет проводить эффективное управление полосой пропускания. Каждый
класс AF-трафика характеризуется тремя уровнями приоритета
отбрасывания пакетов (низкий, средний и высокий), что позволяет реализовать механизм управления очередью по типу механизма произвольного раннего обнаружения (Random Early
Detection – RED).
Политика AF РНВ представляет собой средство, с помощью которого поставщик услуг может обеспечить несколько
различных уровней надежности доставки IP-пакетов в зависимости от значения поля DSCP.
Существует три решения формирования политики PHB:
инициализация сети;
сигнализация о качестве обслуживания;
диспетчер политик.
Значения DSCP, рекомендованные для маркировки пакетов группы AF, приведены в табл. 4.1.
Таблица. 4.1 Группа типов локального поведения AF
Вероятность
потери
Класс 1
Класс 2
Класс 3
Класс 4
Низкая
AF11
001010
AF21
010010
AF31
011010
AF41
100010
Средняя
AF12
001100
AF22
010100
AF32
011100
AF42
100100
Высокая
AF13
001110
AF23
010110
AF33
011110
AF43
100110
Следует отметить, что механизмы DiffServ все же не могут гарантировать такой же уровень QoS, какой можно получить
в цифровых телефонных сетях, базирующихся на коммутации
каналов.
68
Выводы по лекции 4
1. Модель с интеграцией услуг была разработана для обслуживания единичных потоков, которым предоставляется два вида услуг: услуга передачи с гарантированной битовой скоростью и услуга передачи с управляемой нагрузкой.
2. 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.
3. Служба Гарантированной битовой скорости лучше всего
подходит для тех приложений масштаба реального времени,
которые позволяют воспроизводить аудио- и видеофайлы.
4. RSVP-резервирование ресурсов для потока можно разбить
на два главных типа: индивидуальное и общее.
5. Модель DiffServ предлагает простой, но довольно эффективный метод приоритезации трафика в соответствии с требованиями различных приложений.
6. Сетевые узлы с поддержкой дифференцированного обслуживания используют поле DSCP в заголовке IP-пакета для
определения соответствующей этому пакету РНВ-политики.
Вопросы для самопроверки по лекции 4
1. Для решения каких задач была разработана модель с интеграцией услуг?
2. Перечислите основные компоненты модели IntServ.
3. Каким образом работает протокол RSVP?
4. Для чего используется корзина маркеров?
5. Перечислите функциональные возможности протокола
RSVP.
6. Перечислите достоинства и недостатки модели IntServ.
7. Каким образом происходит приоритезация трафика в соответствии с требованиями различных приложений в модели
DiffServ?
8. Что такое РНВ-политика?
9. Для чего используется РНВ-политика немедленной передачи
пакетов?
69
10. Для чего используется РНВ-политика гарантированной доставки пакетов и её отличия от EF РНВ?
Литература по лекции 4
1. Гулевич, Д. С. Сети связи следующего поколения: учеб. пособие / Гулевич, Д. С. - М.: Интернет Ун-т Информ. Технологий, 2007. - 183 с.: ил.
2. Сети следующего поколения NGN / Под ред. А.В Рослякова.
- М.: Эко-Трендз, 2008.
3. Руководство по технологиям обьединенных сетей. - 3-е изд.
- М.: Вильямс, 2002. - 1039 с.: ил.
4. Гольдштейн, А. Б. Технология и протоколы MPLS / Гольдштейн, А. Б. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 304 с.: ил.
70
Лекция 5. ТЕХНОЛОГИЯ MPLS
Цели лекции: изучение организации виртуальных каналов
при помощи меток, включая метки и механизмы MPLS, а также
протоколы распределения меток
5.1
Организация виртуальных каналов при помощи
меток (MPLS)
Многопротокольная коммутация меток MPLS – технология, разработанная рабочей группой по созданию интегрированных услуг IETF. Это новая архитектура построения магистральных сетей, которая значительно расширяет имеющиеся перспективы масштабирования, повышает скорость обработки трафика
и предоставляет огромные возможности для организации дополнительных услуг.
Технология MPLS сочетает в себе возможности управления трафиком, присущие технологиям канального уровня, и
масштабируемость и гибкость протоколов, характерные для сетевого уровня. Являясь результатом слияния механизмов разных
компаний, она впитала в себя наиболее эффективные решения
каждой. MPLS соединила в себе надежность ATM, удобные и
мощные средства доставки и обеспечения гарантированного качества обслуживания IP-сетей, — такая интеграция сетей позволяет получить дополнительную выгоду из совместного использования протоколов IP и ATM.
Главная особенность технологии MPLS – отделение процесса коммутации пакета от анализа IP-адреса в его заголовке,
что позволяет осуществлять коммутацию пакетов значительно
быстрее. В соответствии с протоколом MPLS маршрутизаторы и
коммутаторы присваивают на каждой точке входа в таблицу
маршрутизации особую метку и сообщают эту метку соседним
устройствам.
Наличие таких меток позволяет маршрутизаторам и коммутаторам, поддерживающим технологию MPLS, определять
следующий шаг в маршруте пакета без выполнения процедуры
поиска адреса. На сегодняшний день существуют три основные
области применения MPLS:
71
управление трафиком;
поддержка классов обслуживания (CoS);
организация виртуальных частных сетей (VPN).
Расположение технологии MPLS в семиуровневой модели
взаимодействия открытых систем (ВОС, OSI) показано на рис.
5.1.
Сетевой уровень – это комплексный уровень, который
обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным
"подсетям", которые могут находиться в разных географических
пунктах. В данном случае "подсеть" – это, по сути, независимый
сетевой кабель (иногда называемый сегментом). Так как две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей.
Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.
Канальный уровень (формально называемый информационно-канальным уровнем) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный
уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети,
линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, а
также вопросы упорядоченной доставки блоков данных и
управления потоком информации.
Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики
активации, поддержания и дезактивации физического канала
между конечными системами. Спецификации физического
уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи
физической информации, максимальные расстояния передачи
информации, физические соединители и другие аналогичные
характеристики.
72
Рис. 5.1 Плоскости MPLS
"Multiprotocol" в названии технологии означает "многопротокольный". Это говорит о том, что технология MPLS применима к любому протоколу сетевого уровня, т.е. MPLS – это
своего рода инкапсулирующий протокол, способный транспонировать информацию множества других протоколов высших
уровней модели OSI. Таким образом, технология MPLS остается
независимой от протоколов уровней 2 и 3 в сетях IP, ATM и
Frame Relay, а также взаимодействует с существующими протоколами маршрутизации, такими как протокол резервирования
ресурсов RSVP или сетевой протокол преимущественного выбора кратчайших маршрутов OSPF.
Представленная на рис. 5.1 плоскость пересылки данных
MPLS не образует полноценного уровня, она "вклинивается" в
сети IP, ATM или Frame Relay между 2-м и 3-м уровнями модели OSI, оставаясь независимой от этих уровней. Можно сказать,
что одновременное функционирование MPLS на сетевом уровне
и на уровне звена данных приводит к образованию так называемого уровня 2.5, где, собственно, и выполняется коммутация по
меткам.
Комитет IETF определил три основных элемента технологии MPLS:
метка;
73
FEC – класс эквивалентности пересылки;
LSP – коммутируемый по меткам тракт;
Рассмотрим каждый из них подробно.
Метка – это идентификатор фиксированной длины, определяющий класс эквивалентности пересылки FEC. Метки имеют
локальное значение, т.е. привязка метки к FEC используется
только для пары маршрутизаторов. Метка используется для пересылки пакетов от верхнего маршрутизатора к нижнему, где,
являясь входящей, заменяется на исходящую метку, имеющую
также локальное значение на следующем участке пути. Метка
передается в составе любого пакета, при этом ее место в пакете
зависит от используемой технологии канального уровня.
Протокол MPLS поддерживает различные типы меток: это
может быть 4-байтовая метка, которая вставляется между заголовками канального и сетевого уровня. Являясь протокольно
независимой, она может использоваться для инкапсуляции пакетов любого протокола сетевого уровня. Это может быть метка
идентификаторов виртуального канала и виртуального пути
(VCI/VPI) или метка идентификатора соединения канального
уровня (DLCI).
Размер метки составляет 4 байта. Идентификатор самой
метки занимает первые 20 бит. Информация об уровне качества
обслуживания в сети MPLS передается в поле CoS, занимающем
следующие три бита в поле метки.
Пакет, передаваемый по сети MPLS, как правило, содержит не одну, а несколько меток. Такой набор меток образует
стек. Основное назначение стека меток – поддержание древовидности множества трактов LSP, заканчивающихся в одном
входном LSR, а, кроме того, в том, чтобы использовать метки
при создании так называемых LSP- туннелей.
FEC – это форма представления группы пакетов с одинаковыми требованиями к передаче. Как говорилось ранее, в заголовке IP-пакета содержится гораздо больше информации, чем
требуется для выбора следующего маршрутизатора. Этот выбор
можно организовать путем выполнения следующих двух групп
функций в маршрутизаторе:
относит пакет к определенному классу FEC;
74
ставит в соответствие каждому FEC следующий шаг
маршрутизации.
При традиционной IP-маршрутизации конкретный маршрутизатор тоже может считать, что два пакета принадлежат
одному и тому же условному классу эквивалентности, если в его
таблицах маршрутизации используется некий адресный префикс, идентифицирующий направление, в котором предполагаемые маршруты транспортировки этих двух пакетов совпадают наиболее долго. По мере продвижения пакета по сети каждый следующий маршрутизатор анализирует его заголовок и
приписывает этот пакет к тому из собственных, принадлежащих
только этому маршрутизатору классов эквивалентности, который соответствует тому же направлению. В отличие от традиционной маршрутизации, при использовании многопротокольной коммутации на основе меток пакет ставится в соответствие
определенному классу FEC только один раз на входе в сеть
MPLS. Этому FEC присваивается метка, передаваемая затем
вместе с пакетом при его пересылке к следующему маршрутизатору. В остальных маршрутизаторах заголовок пакета не анализируется. Определение FECs реализуется на основе требований
к обслуживанию данной совокупности пакетов или просто адресного префикса.
Таким образом, подводя итог вышесказанного, можно
дать следующее определение FEC. Класс эквивалентности пересылки FEC – это форма представления группы пакетов с одинаковыми требованиями к их передаче, т.е. все пакеты такой группы обрабатываются одинаково на пути их следования к пункту
назначения.
Примером FEC могут служить все IP-пакеты с адресами
пунктов назначения, соответствующими некоторому префиксу,
например 212.18.6. Возможны также FEC на основе префикса
адреса и еще какого-нибудь поля IP-заголовка, например тип
обслуживания (ToS). Каждый маршрутизатор сети MPLS создает таблицу, с помощью которой определяет, каким образом
должен пересылаться пакет. Эта таблица, которая называется
информационной базой LIB, содержит используемое множество
меток и для каждой из них – привязку "FEC-метка". Метки, ис75
пользуемые маршрутизатором LSR при привязке "FEC-метка",
подразделяются на следующие категории:
на платформенной основе, когда значения меток уникальны по всему тракту LSP; метки выбираются из общего пула меток, и никакие две метки, распределяемые
по разным интерфейсам, не имеют одинаковых значений;
на интерфейсной основе, когда значения меток связаны
с интерфейсами: для каждого интерфейса определяется
отдельный пул меток, из которого для этого интерфейса и выбираются метки. При этом метки, назначаемые
для разных интерфейсов, могут быть одинаковыми.
Класс FEC представляет собой набор FEC-элементов, каждый из которых идентифицируется определенной меткой. На
сегодняшний день существует всего два FEC-элемента: Address
Prefix и Host Address.
При соотнесении пакетов по различным FEC большую
роль играют IP-адреса, приоритеты обслуживания и другие параметры трафика. Каждый FEC обрабатывается отдельно, что
позволяет поддерживать требуемое качество обслуживания в
сети MPLS.
Метод пересылки пакетов на основе пар "FEC-метка",
принятый в MPLS, имеет ряд преимуществ перед методами, основанными на анализе заголовка блоков сетевого уровня. В частности, пересылку по методу MPLS могут выполнять маршрутизаторы, которые способны читать и заменять метки, но при
этом либо вообще не способны анализировать заголовки блоков
сетевого уровня, либо не способны делать это достаточно быстро.
Коммутируемый по меткам тракт – это последовательность MPLS-маршрутизаторов. Набор пакетов, передаваемый по
LSP, относится к одному FEC, и каждый маршрутизатор LSR в
LSP-туннеле назначает для него свою метку. LSP-туннель создается внутри LSP-тракта. Следует отметить, что зачастую начало и конец туннеля не совпадают с началом и концом LSPтракта. Как правило, туннель короче. Для каждого туннеля подсчитывается число пропущенных пакетов и байт. Иногда поток
данных может быть настолько велик, что для него создается не76
сколько LSP-туннелей между отправителем и получателем. В
одном LSP может быть создано несколько LSP-туннелей с различными точками приема и передачи, а в каждом туннеле могут
быть созданы LSP-туннели другого уровня. В этом проявляется
иерархичность структуры MPLS.
Возможны два варианта создания туннелей: по принципу
hop-by-hop, который предполагает, что каждый маршрутизатор
самостоятельно выбирает дальнейший путь следования пакета,
или по принципу явной маршрутизации, в котором маршрутизаторы передают пакет в соответствии с указаниями, полученными от верхнего в данном тракте LSR. Таким образом, в первом
случае маршрут следования пакетов определяется случайным
образом, а в случае явной маршрутизации он известен заранее.
В сети MPLS может существовать набор маршрутизаторов, которые являются входными для конкретного FEC, тогда считается, что для этого FEC существует LSP-туннель с разными точками входа и выхода. Если для некоторых из этих LSP выходным является один и тот же LER, то можно говорить о дереве
LSP, корнем которого служит данный выходной маршрутизатор.
LSP можно рассматривать как тракт, создаваемый путем сцепления одного и более участков маршрута, который позволяет
пересылать пакет, заменяя на каждом узле сети MPLS входящую метку исходящей меткой (так называемый алгоритм перестановки меток).
Таким образом, тракт сети MPLS можно рассматривать
как туннель, для создания которого в IP-пакет вставляется заголовок – метка, о котором речь шла ранее. LSP устанавливаются
либо перед передачей данных (с управлением от программы),
либо при обнаружении определенного потока данных (управляемые данными LSP). На сегодняшний день применение туннелирования реализовано во многих технологиях. Образование
в виртуальном тракте туннелей, по которым проходят другие
виртуальные тракты, основывается на инкапсуляции передаваемых пакетов в пакеты, следующие по этому тракту к данному
адресу назначения.
Основные понятия приведены в табл. 5.1.
77
Таблица. 5.1 Основные термины MPLS
Понятие
FEC – Forwarding Equivalence
Class –класс эквивалентности
пересылки
Множество пакетов, которые пересылаются
одинаково, например, с целью обеспечить заданное QoS
Label – метка
Короткий идентификатор фиксированной длины, определяющий принадлежность пакета
тому или иному FEC
Label swapping – замена меток
Замена метки принятого узлом сети MPLS пакета новой меткой, связанной с тем же FEC, при
пересылке этого пакета к нижестоящему узлу
LER – MPLS edge router – пограничный узел сети MPLS
Пограничный узел сети MPLS, который соединяет домен MPLS с узлом, находящимся вне
этого домена
Loop detection - выявление закольцованных маршрутов
Метод выявления и устранения закольцованных маршрутов
Loop prevention – предотвраще- Метод, позволяющий обнаружить, что пакет
ние образования закольцован- прошел через узел более одного раза
ных маршрутов
LSP – Label Switched Path –
коммутируемый по меткам
тракт
Приходящий через один или более LSR тракт,
по которому следуют пакеты одного и того же
FEC
ER–LSP – explicitly routed LSP – Тракт LSP, который организован способом,
LSP с явно заданным маршру- отличным от традиционной маршрутизации
том
пакетов IP
LSR – label switching router –
маршрутизатор коммутации по
меткам
Маршутизатор, способный пересылать пакеты
по технологии MPLS
MPLS domain – домен MPLS
Совокупность узлов MPLS, между которыми
существуют непрерывные LSP
MPLS egress node – выходной
узел сети MPLS
Последний MPLS-узел в LSP, направляющий
исходный пакет к адресату, который находится
вне MPLS-сети
MPLS ingress node
Первый MPLS-узел в LSP, принимающий исходный пакет и помещающий в него метку
MPLS
Любой IP-пакет на входе в сеть MPLS, независимо от того, поступает этот пакет от отправителя или же он пришел из
смежной сети, которая может быть MPLS-сетью более высокого
уровня, относится к определенному классу эквивалентной пересылки FEC (Forwarding Equivalence Class). Напомним, что анализ заголовка IP-пакета и назначение FEC производится только
один раз на входе в сеть (рис. 5.2).
78
Рис. 5.2 Фрагмент MPLS-сети
Этап 1. Сеть автоматически формирует таблицы маршрутизации. В этом процессе участвуют маршрутизаторы или коммутаторы IP+ATM, установленные в сети сервис-провайдера.
При этом применяются внутренние протоколы маршрутизации,
такие как OSPF или IS-IS.
Этап 2. Протокол распределения меток (Label Distribution
Protocol — LDP) использует отраженную в таблицах топологию
маршрутизации для определения значений меток, указывающих
на соседние устройства. В результате этой операции формируются маршруты с коммутацией по меткам (Label Switched Paths
– LSP).Автоматическое присвоение меток MPLS выгодно отличает эту технологию от технологии частных виртуальных каналов ATM PVC, требующих ручного присвоения VCI/VPI.
Этап 3. Входящий пакет поступает на пограничный Label
Switch Router (LSR), который определяет, какие услуги 3-го
уровня необходимы этому пакету (например QoS или управление полосой пропускания). На основе учета всех требований
маршрутизации и правил высокого уровня (policies), пограничный LSR выбирает и присваивает метку, которая записывается в
заголовок пакета, после чего пакет передается дальше.
Этап 4. Устройство LSR, находящееся в опорной сети,
считывает метки каждого пакета, заменяет старые метки новыми (новые метки определяются по локальной таблице) и переда79
ет пакет дальше. Эта операция повторяется в каждой точке передачи пакета по опорной сети.
Этап 5. На выходе пакет попадает в пограничный LSR, который удаляет метку, считывает заголовок пакета и передает его
по месту назначения. В магистральных LSR метка MPLS сравнивается с заранее рассчитанными таблицами коммутации и содержит информацию 3-го уровня. Это позволяет каждому устройству LSR автоматически оказывать каждому пакету необходимые IP-услуги. Таблицы рассчитываются заранее, что снимает
необходимость повторной обработки пакетов в каждой точке
передачи. Такая схема не только позволяет разделить разные
типы трафика (например, отделить неприоритетный трафик от
критически важного); она делает решения MPLS хорошо масштабируемыми. Поскольку для присвоения меток технология
MPLS использует разные наборы правил (policy mechanisms),
она отделяет передачу пакетов от содержания заголовков IP.
Метки имеют только локальное значение и многократно переиспользуются в крупных сетях, поэтому исчерпать запас меток
практически невозможно. В рамках предоставления корпоративных IP-услуг самое главное преимущество MPLS заключается в способности присваивать метки, имеющие специальное
значение. Наборы меток определяют не только место назначения, но и тип приложения и класс обслуживания
5.2
Протоколы распределения меток
В технологии MPLS могут использоваться два режима
распределения меток: нижестоящим LSR по запросу вышестоящего или нижестоящим LSR по собственной инициативе.
Режим распределения нижестоящим по запросу вышестоящего используется для создания трактов LSP по участкам.
Он позволяет вышестоящему LSR в явном виде запрашивать
привязку метки к определенному FEC у соседнего с ним нижестоящего LSR.
Режим распределения меток нижестоящим по собственной инициативе используется тогда, когда нижестоящему LSR
нужно "раздать" метки вышестоящим, хотя те не передавали
запроса в явном виде.
80
Архитектура MPLS не предполагает применения какогото единственного протокола распределения меток. В одной и
той же сети MPLS могут использоваться:
специальный протокол распределения меток Label
Distribution Protocol (LDP);
протокол сигнализации RSVP;
расширения возможностей протоколов маршрутизации,
например протокола междоменовой маршрутизации
Border Gateway Protocol (ВGР).
Протокол LDP
Понятие класс эквивалентности пересылки FEC уже обсуждалось в предыдущих лекциях. Там же говорилось о том, что
для переноса через сеть MPLS пакетов, принадлежащих разным
FEC, в сети создаются виртуальные тракты LSP, и было показано, как с помощью метки MPLS устанавливается соответствие
"пакет-FEC", определяющее, по какому LSP должен быть направлен пакет с этой меткой. В этой лекции речь пойдет о том,
каким образом производится распределение меток по всем LSR
сети MPLS с использованием протокола LDP (Label Distribution
Protocol).
В спецификации LDP к настоящему моменту установлены
два типа элементов, с помощью которых может определяться
FEC:
Address Prefix – адресный префикс любой длины от нуля до полного адреса;
Host Address – полный адрес хоста.
Решения о назначении меток могут основываться на критериях пересылки, таких как:
одноадресная маршрутизация к получателю;
оптимизация распределения трафика в сети;
многоадресная рассылка;
виртуальная частная сеть VPN;
механизмы обеспечения качества обслуживания QoS и
др.
81
Спецификация же протокола LDP определяет правила, по
которым устанавливается соответствие между входным пакетом
и его LSR.
Для распределения меток могут использоваться разные
методы:
метод на основе топологии (topology-based method); использует стандартную обработку протоколов маршрутизации (например OSPF и BGP, рассматриваемых ниже);
метод на основе запросов (request-based method); использует обработку управляющего протокола на основе
запросов (например, протокола RSVP);
метод на основе трафика (traffic-based method); запускает процедуру присвоения и распределения меток при
получении пакета.
Во всех этих случаях архитектурой MPLS предусматривается, что назначение метки, то есть ее привязку к определенному FEC, производит LSR, который является выходным пограничным маршрутизатором для пакетов этого FEC – нижний или
нижестоящий LSR, а расположенный "выше по течению" LSR –
верхний или вышестоящий LSR (рис. 5.3).
Таким образом, назначение меток всегда производится
снизу, то есть в сторону, противоположную направлению трафика. Нижний LSR информирует соседние верхние LSR о том,
какие метки он привязал к каждому FEC поступающих к нему
пакетов. Этот процесс и называется распределением меток, а
обеспечивает его протокол распределения меток.
Архитектура MPLS не требует обязательного применения
LDP. Для распределения меток могут применяться модификации существующих протоколов маршрутизации, позволяющие
использовать их для передачи информации о метках, например
рассматриваемый протокол BGP, RSVP, который рассматривается ниже, также имеет расширения, обеспечивающие поддержку обмена метками с уведомлением.
82
Рис. 5.3 Фрагмент MPLS-сети
Но все же протокол распределения меток LDP был признан комитетом IETF наиболее удачным и, что еще важнее, хорошо специфицирован им. Кроме того, определено расширение
базового протокола LDP для поддержки явной маршрутизации с
учетом обеспечения качества обслуживанияя QoS и управления
трафиком ТЕ – протокол LDP с учетом ограничивающих условий CR-LDP(Constraint-Based LDP). Ко всему прочему LDP устанавливает надежные транспортные соединения со смежными
маршрутизаторами LSR по протоколу TCP, причем в случае,
если между двумя LSR надо одновременно установить несколько LDP-сеансов, используется единственное TCP-соединение.
Имеются следующие схемы обмена метками:
LDP преобразует в метки IP-адреса получателя при одноадресной передаче;
RSVP и CR-LDP используются для оптимизации распределения трафика в сети и для резервирования ресурсов;
BGP работает с внешними метками VPN.
В связи с тем, что протокол LDP тесно взаимодействует с
протоколами внутренней маршрутизации IPG, его часто называют протоколом пересылки по участкам.
Протокол распределения меток LDP представляет собой
набор процедур и сообщений, при помощи которых LSR организует тракты коммутации по меткам, обмениваясь информаци83
ей о привязке меток в FEC с "соседними" LSR, поддерживает и
прекращает LSP-сеансы (двусторонний диалог взаимодействующих LSR, являющихся в данном контексте одноранговыми
узлами LDP, в ходе которого каждый из взаимодействующих
LSR получает сведения о привязке меток к FEC в другом LSR).
Также в протоколе определен механизм передачи уведомлений и обнаружения в LSP закольцованных маршрутов, уже
обсуждавшийся ранее.
Процедуры протокола LDP позволяют LSR, выполняющему этот протокол, создавать тракты LSP. Конечной точкой
такого тракта является либо смежный LSR, имеющий прямую
связь с данным LSR, либо выходной LSR, доступный этому LSR
через некоторое количество транзитных LSR. Процессы обнаружения конечных точек этих двух типов называются соответственно процессом базового обнаружения и процессом расширенного обнаружения. LDP создает двустороннюю связь двух
смежных LSR, которые становятся одноранговыми узлами LDP,
взаимодействующими друг с другом посредством LDP-сеанса.
При обмене между LSR информацией, связанной с привязкой "метка-FEC", используются четыре категории сообщений
LDP:
сообщения обнаружения (discovery messages), используемые для того, чтобы объявить и поддерживать присутствие LSR в сети;
сеансовые сообщения (session messages), предназначенные для создания, поддержки и прекращения LDPсеансов между LSR;
сообщения-объявления (advertisement messages), используемые для создания, изменения и отмены привязки метки к FEC;
уведомляющие сообщения (notification messages), содержащие вспомогательную информацию и информацию об ошибках.
Хотя "раздает" метки всегда нижний LSR, инициатором
их распределения не обязательно должен быть он; процесс может инициировать и верхний LSR, направив к нижнему LSR соответствующий запрос; такой режим называется downstream on84
demand. В той или иной сети может использоваться распределение меток либо только по запросам сверху, либо только по инициативе нижнего LSR (unsolicited downstream), либо и то и другое вместе.
распределение меток может быть независимым или упорядоченным. В первом случае LSR может уведомить вышестоящий LSR о привязке метки к FEC до того, как получит информацию о привязке от нижестоящего LSR. Во втором случае
высылать подобное уведомление "наверх" разрешается только
после получения таких сведений "снизу".
Нижний LSR распределяет метки не только по тем верхним LSR, которые имеют с ним прямые связи. Протокол распределения меток может быть использован и для диалога двух
LSR, между которыми существует лишь коммутируемая связь,
однако результат распределения в этом случае зависит от того, в
каком из двух режимов, либеральном или консервативном, работает верхний LSR.
Консервативный режим распределения меток – в этом режиме сообщения-объявления о привязке "метка-FEC", получаемые от несмежных LSR, не принимаются и отбрасываются. LSR
привязывает метку к FEC только в том случае, если он является
выходным маршрутизатором или если он получил сообщение о
привязке от смежного с ним LSR. Такой режим позволяет LSR
обслуживать меньшее число меток.
Либеральный режим распределения меток – в этом режиме привязка метки, выданная тем нижним LSR, с которым нет
прямой связи, запоминается и используется. Такой режим удобен тем, что при реконфигурации сети соответствие между меткой и FEC сохраняется, даже если связь с LSR, определившим
это соответствие, стала не коммутируемой, а прямой. Недостаток либерального режима состоит в том, что в верхнем LSR
приходится хранить и обрабатывать заметно больше информации о соответствии между метками и FEC.
Как уже говорилось, метка всегда локальна, то есть обозначает некоторый FEC только для пары маршрутизаторов, между которыми имеется прямая или коммутируемая связь, и используется при пересылке пакетов этого FEC от того из маршрутизаторов данной пары, который является в ней верхним
85
(upstream LSR), к тому, который является нижним (downstream
LSR). Для пересылки пакетов того же FEC к следующему маршрутизатору используется другая метка, идентифицирующая
этот FEC для новой пары маршрутизаторов, в которой маршрутизатор, бывший в предыдущей паре нижним, приобретает статус верхнего, а статус нижнего получает второй маршрутизатор
этой новой пары. Отсюда ясно, что каждый маршрутизатор
MPLS-сети должен хранить соответствие между входящими и
исходящими метками для всех FEC, которыми он оперирует.
Одной из важнейших функций протокола LDP является
обнаружение петель. Для этой цели можно использовать два
поля в сообщениях Label Request и Label mapping, а именно Path
Vector и Hop Count.
Поле Path Vector содержит список LSR-идентификаторов
(первые 4 октета LDP-идентификатора), принадлежащих тем
LSR, через которые прошло содержащее его сообщение. Если
LSR получает сообщение и обнаруживает в поле Path Vector
свой собственный LSR-идентификатор, он "понимает", что возникла петля. В протоколе LDP предусматривается возможность
задать максимально допустимое значение поля Path Length, по
достижении которого тоже принимается решение о возникновении петли.
Второй вариант — поле Hop Count, которое содержит
счетчик LSR, пройденных сообщением LSR. Каждый пройденный LSR увеличивает его значение на единицу. Маршрутизатор,
обнаруживший, что счетчик достиг максимально допустимой
величины, обрабатывает сообщение как сделавшее петлю.
Протокол CR-LDP
Протокол LDP может следовать только таблицам маршрутизации IP. Чтобы преодолеть ограничение, было предложено
расширение LDP, названное CR-LDR.
Протокол CR-LDP является вариантом LDP, в котором
определены механизмы создания и поддержания трактов LSP с
явно заданным маршрутом. Для создания тракта CR-LSP используется больше информации, чем можно получить от тради86
ционных протоколов внутренней маршрутизации. CR-LDP применяется для таких приложений MPLS, как ТЕ (Traffic
Engineering) – управление трафиком и QoS, где требуется дополнительная информация о маршрутах. В этом протоколе запрос метки может не следовать слепо вдоль дерева маршрутизации для данного адресата, т.к. предусмотрена возможность точно сообщить, как он должен следовать, включив в сообщение
явно заданный маршрут. При этом программное обеспечение
CR-LDP не использует для маршрутизации таблицы пересылки,
а маршрутизирует запрос в соответствии с содержащимися в
сообщении инструкциями.
Протокол CR-LDP не поддерживает динамического вычисления явно задаваемых маршрутов, поэтому сведения о динамическом резервировании пропускной способности должны
включаться в вещательную информацию протоколов OSPF или
IS-IS, или в извещения о состоянии каналов LSA. Используя эти
механизмы, CR-LDP может занимать и резервировать пропускную способность. Доступная пропускная способность изменяется в соответствии с запросом, и ее новое значение рассылается
другим узлам с помощью расширений протоколов OSPF и IS-IS,
которые будут рассмотрены ниже.
В результате протокол CR-LDP получает в свое распоряжение явный маршрут для организации LSR. Тракт создается
посредством сообщения запроса метки, содержащего динамически вычисляемый явный маршрут.
Протокол CR-LDP имеет также другие, новые по сравнению с базовой версией LDP функциональные возможности:
явная маршрутизация с точно определенными и свободными маршрутами, при которой маршрут задается в
виде последовательности групп узлов. В том случае,
если в группе указано более одного маршрутизатора,
при создании явного маршрута возможна определенная
гибкость;
спецификация параметров трафика (например пиковая
скорость передачи, гарантированная скорость передачи
и допустимая вариация задержки);
87
закрепление маршрута (route pinning), которое может
использоваться в тех случаях, когда изменять трассу
LSP нежелательно, например, в сегментах со свободной
маршрутизацией, когда в этом сегменте становится
доступным лучший маршрут;
механизм приоритетного вытеснения LSP с помощью
системы приоритетов создания и удержания. Ранжируются существующие тракты LSP (приоритет удержания) и новые тракты LSP (приоритет создания) с тем,
чтобы определить, может ли новый LSP вытеснять существующий LSR. Для приоритетов предложен диапазон значений от 0 (высший приоритет) до 7 (низший
приоритет);
введены новые коды состояний LSR;
введен LSPID – уникальный идентификатор тракта CRLSP в сети;
введены классы (цвета) сетевых ресурсов, назначаемые
администратором сети.
Хотя CR-LDP обладает довольно широкими возможностями инжиниринга трафика (ТЕ – Traffic Engineering) в сетях
MPLS и не требует реализации в оборудовании дополнительного протокола, а лишь расширения уже существующего, но в самое последнее время по ряду косвенных данных прослеживается
сворачивание работ над CR-LDP в IETF в пользу протокола
RSVP-TE.
RSVP для MPLS
RSVP, как и DiffServ, не найдя широкого самостоятельного применения, успешно влился в технологию MPLS, способствуя, наряду с CR-LDP, улучшению ее характеристик. Протокол
RSVP был изучен в предыдущих лекциях, а здесь рассмотрим
применение протокола RSVP и его расширения RSVP-TE в
MPLS.
Первой из двух функций, возложенных на RSVP технологией MPLS, является распределение меток (вместо протокола
LDP). Вторая, традиционная для RSVP роль заключается в под88
держании QoS в сети MPLS. Вне зависимости от используемого
протокола распределения меток, маршрутизаторы LSR должны
согласовать между собой параметры QoS для каждого FEC.
Метки позволяют определить огромное число классов QoS, но
реально в типичных мультисервисных сетях, даже при очень
большом количестве классов FEC, будут существовать, как правило, всего несколько классов QoS.
Первая цель введения в сеть MPLS функций поддержки
протокола RSVP состоит в том, чтобы LSR, которые классифицируют пакеты, анализируя их метки, а не IP-заголовки, могли
распознавать пакеты, принадлежащие тем потокам, для которых
было сделано резервирование ресурсов. Другими словами, нужно создавать привязку меток к FEC для потоков, которые обеспечены резервированными ресурсами с помощью протокола
RSVP. Можно рассматривать совокупность пакетов, для которых было выполнено резервирование по протоколу RSVP, как
совокупность пакетов, принадлежащих некоторому новому
классу FEC.
В расширенной версии протокола, описанной в RFC 3209
"Extensions to RSVP for LSP Tunnels" и получившей название
RSVP-ТЕ, определен новый объект LABEL, который переносится в сообщении Resv. Таким образом, RSVP становится инструментом для распределения меток MPLS. Когда маршрутизатору
LSR нужно передать сообщение Resv для нового потока, он выбирает из своего пула свободную метку, создает запись в своей
таблице LFIB, определяя выбранную метку как входящую, и
затем передает сообщение Resv, содержащее эту метку в объекте LABEL. Следует отметить, что, поскольку сообщения Resv
идут от получателя к отправителю, это – разновидность распределения меток снизу.
При получении сообщения Resv, содержащего метку потока, маршрутизатор записывает ее в своей базе LIB как исходящую, назначает для данной исходящей метки входящую и пересылает ее вышестоящему LSR. Таким образом, по пути распространения сообщения создается тракт LSP. Поскольку в сообщениях Resv указываются метки, каждый LSR может легко
связать соответствующие ресурсы QoS с трактом LSP. Протокол
RSVP, расширенный объектом LABEL, может создать тракт LSP
89
только вдоль маршрута, вычисленного схемой традиционной
маршрутизации пакетов IP. Причина в том, что при использовании обычного протокола RSVP путь, по которому идет сообщение Path, управляется парадигмой пересылки на основе пункта
назначения, а маршрут, по которому идет сообщение Path, задает путь LSP. Когда маршрутизатор должен переслать сообщение
Path, он для определения следующего маршрутизатора, к которому он должен переслать сообщение, использует имеющуюся у
него таблицу маршрутизации, которая формируется с помощью
таких протоколов, как IS-IS, OSPF, RIP или BGP, и адрес получателя, содержащийся в заголовке IP-пакета. При этом отсутствует способность "управлять" сообщением Path, отправляя его
вдоль конкретного, явно заданного маршрута.
Для возможности задания явного маршрута в протокол
RSVP-TE ввели еще один объект – Explicit Route Object (ERO).
ERO содержит последовательность маршрутизаторов, представляющую собой явно заданный маршрут, и включается в сообщении Path. В ответ на это сообщение по данному маршруту
передается сообщение Resv, благодаря чему резервируются ресурсы сети и устанавливается путь LSP.
Поскольку трафик, проходящий по LSP, определяется
меткой, присвоенной на входном маршрутизаторе, то данный
путь можно считать своеобразным туннелем, находящемся под
уровнем IP-маршрутизации, причем трафик, идущий по нему,
непрозрачен для промежуточных узлов. Таким образом, появилось понятие LSP-туннеля.
Управление трафиком в MPLS. Протокол MPLS стратегически достаточен для управления трафиком, и существует
возможность автоматизировать функции такого управления. Для
этого сигнальные протоколы MPLS должны переносить информацию, которая необходима для работы механизмов управления
трафиком, находящихся на прикладном уровне, а также создавать LSP с явно заданными маршрутами. При этом есть возможность получить дополнительную гибкость, если маршрут может
быть задан как строго, так и не строго, т.е. если группа узлов
может быть задана как "абстрактный узел", в рамках которого
существует известная свобода выбора маршрута.
90
Перед IETF, точнее, перед ее рабочей группой MPLS, возникла задача выбора такого протокола. Лучшими оказались два
варианта:
RSVP-TE;
CR-LDP.
В первом варианте протокол RSVP должен делать в сети
MPLS то же, что он делает в сетях IP, а именно – обрабатывать
информацию, связанную с QoS, и резервировать ресурсы. Необходимо лишь добавить к этому возможности распределения меток. Во втором варианте в протокол LDP добавлено несколько
новых объектов, обеспечивающих перенос информации о QoS.
На сегодняшний день оба протокола достаточно развиты.
Выводы по лекции 5
1. Многопротокольная коммутация меток MPLS – технология,
разработанная рабочей группой по созданию интегрированных услуг IETF. Это новая архитектура построения магистральных сетей, которая значительно расширяет имеющиеся
перспективы масштабирования, повышает скорость обработки трафика и предоставляет огромные возможности для
организации дополнительных услуг.
2. Главная особенность технологии MPLS – отделение процесса коммутации пакета от анализа IP-адреса в его заголовке,
что позволяет осуществлять коммутацию пакетов значительно быстрее.
3. На сегодняшний день существуют три основные области
применения MPLS: управление трафиком; поддержка классов обслуживания (CoS); организация виртуальных частных
сетей (VPN).
4. Тракт сети MPLS можно рассматривать как туннель, для
создания которого в IP-пакет вставляется заголовок – метка.
5. Механизм инкапсуляции переносит один или более протоколов верхних уровней внутри полезной нагрузки дейтаграммы инкапсулирующего протокола.
6. В технологии MPLS могут использоваться два режима распределения меток: нижестоящим LSR по запросу выше-
91
стоящего или нижестоящим LSR по собственной инициативе.
Вопросы для самопроверки по лекции 5
1. Как возникла технология многопротокольной коммутации
меток MPLS и какие задачи она решает?
2. Какие основные области применения MPLS существуют на
сегодняшний день?
3. Перечислите и охарактеризуйте три основных элемента технологии MPLS.
4. Какие режимы распределения меток могут использоваться в
технологии MPLS?
5. Какие существуют схемы обмена метками?
6. Какие задачи решает протокол LDP?
7. Какие задачи решает протокол CR-LDP?
8. Какие возможности существуют в MPLS для управления
трафиком и какие протоколы для этого могут использоваться?
Литература по лекции 5
1. Гольдштейн, А. Б. Технология и протоколы MPLS / Гольдштейн, А. Б. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 304 с.: ил.
2. Руководство по технологиям обьединенных сетей. - 3-е изд.
- М.: Вильямс, 2002. - 1039 с.: ил.
3. Вегешна, Ш. Качество обслуживания в сетях IP / Вегешна
Ш. - М. : Вильямс, 2003. - 368 с. : ил.
4. Олвейн, В. Структура и реализация современной технологии
MPLS / Олвейн В. - М.: Вильямс, 2004. - 480 с. :ил.
5. Битнер, В. И. Принципы и протоколы взаимодействия телекоммуникационных сетей: учеб. пособие для вузов / Битнер,
В. И. - М.: Горячая линия - Телеком, 2008. - 272 с.: ил.
6. Гулевич, Д. С. Сети связи следующего поколения: учеб. пособие / Гулевич, Д. С. - М.: Интернет Ун-т Информ. Технологий, 2007. - 183 с.: ил.
7. Сети следующего поколения NGN / Под ред. А.В Рослякова.
- М.: Эко-Трендз, 2008.
92
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
E.A. Кучерявый. Управление трафиком и качество обслуживания в сети Интернет / СПб, Наука и Техника. 2004.
McDysan. QoS and Traffic Management in IP and ATM Networks / McGraw-Hill. 2000.
Бакланов И.Г. NGN: принципы построения и организации.
– М.: Эко-Трендз, 2008. – 400 с.
Битнер, В. И. Принципы и протоколы взаимодействия телекоммуникационных сетей: учеб. пособие для вузов /
Битнер, В. И. - М.: Горячая линия - Телеком, 2008. - 272 с.:
ил.
Вегешна, Ш. Качество обслуживания в сетях IP / Вегешна
Ш. - М. : Вильямс, 2003. - 368 с. : ил.
Гольдштейн, А. Б. Технология и протоколы MPLS /
Гольдштейн, А. Б. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 304 с.:
ил.
Гулевич, Д. С. Сети связи следующего поколения: учеб.
пособие / Гулевич, Д. С. - М.: Интернет Ун-т Информ. Технологий, 2007. - 183 с.: ил.
Корячко, В. П. Корпоративные сети: технологии, протоколы, алгоритмы: [монография] / Корячко, В. П., Перепелкин,
Д. А. - М. :Горячая линия -Телеком, 2011. - 219 с.: ил.
Леммл Т. CCNP:Маршрутизация: Учеб. руководство; Пер.
с англ. / Леммл Т. - М.: Лори, 2002. - 444 с.: ил.
МСЭ-Т Recommendation Y.1291. An Architectural Framework for Support of Quality of Service in Packet Networks /
May 2004.
МСЭ-Т Recommendation Y.1540. IP Packet Transfer and
Availability Performance Parameters / December 2002.
МСЭ-Т Recommendation Y.1541. Network Performance Objectives for IP-Based Services / May 2002.
Олвейн, В. Структура и реализация современной технологии MPLS / Олвейн В. - М.: Вильямс, 2004. - 480 с. :ил.
Р. Кох, ГГ. Яновский. Эволюция и конвергенция в электросвязи. – М., Радио и связь. - 2001.
93
15. Руководство по технологиям обьединенных сетей. - 3-е изд.
- М.: Вильямс, 2002. - 1039 с.: ил.
16. Сети следующего поколения NGN / Под ред. А.В Рослякова. - М.: Эко-Трендз, 2008.
17. Соколов Н.А. Задачи планирования сетей электросвязи. –
СПб: Техника связи, 2012. - 600 с.
18. Столлингс, В. Компьютерные сети, протоколы и технологии Интернета / Столлингс, В. - СПб.: БХВ-Петербург,
2005. - 832 с.: ил.
94
ГЛОССАРИЙ
Asynchronous Transfer Mode (ATM) – Мультисервисная, высокоскоростная технология асинхронной передачи данных (ячеек небольшого размера фиксированной длины — по 53 байта) со встроенной поддержкой обеспечения гарантированного качества обслуживания (QoS); может применяться при построении магистральных
сетей, например, поверх SONET/SDH
DiffServ-домен (или DS-домен) – Множество смежных DS-узлов,
работающих в соответствии с определёнными наборами политик
обслуживания трафика и согласованными множествами правил
пошагового обслуживания групп PHB в каждом узле
Edge LSR (E-LSR) – Маршрутизатор на границе сети MPLS, осуществляющий классификацию поступающих в MPLS-сеть пакетов,
их фильтрацию, управление трафиком и т.п.
Label-Switch Router (LSR) – Маршрутизатор сети MPLS, поддерживающий как обычную маршрутизацию IP, так и коммутацию по
меткам
MPLS – Механизм передачи данных, который эмулирует различные свойства сетей с коммутацией каналов поверх сетей с коммутацией пакетов
Token Bucket Filter (TBF) или «маркерное ведро» - Простая дисциплина очереди, которая передаёт поступающие пакеты со скоростью, не превышающей административно заданный порог, но с
возможностью превышающих его коротких всплесков
X.25 – Технология для организации региональных сетей (Wide Area
Network, WAN) на базе телефонных сетей общего пользования
(ТфОП); имеет свой стек протоколов с одноимённым названием
Автономная система – Совокупность сетей, находящихся под
единым административным управлением
Алгоритм вектора расстояния (Distance-Vector) – Тип алгоритма
маршрутизации, в котором маршрутизатор через заранее определённые промежутки времени передаёт соседним маршрутизаторам
содержимое своей таблицы маршрутизации
Алгоритм взвешенного обслуживания (Weighted Queuing, WQ) –
Алгоритм, поровну распределяющий между сеансами доступную
полосу пропускания, причём трафик делится на достаточное коли95
чество очередей типа FIFO (по одной на каждый сеанс), и все очереди имеют долю пропускной способности выходного интерфейса,
гарантируемую при перегрузках определённого интерфейса
Алгоритм случайного раннего обнаружения (Random Early
Detect, RED) – Алгоритм, позволяющий контролировать нагрузку с
помощью выборочного случайного уничтожения некоторых пакетов до полного заполнения очереди
Алгоритм состояния канала (Link-State) – Тип алгоритма маршрутизации, в котором маршрутизатор передаёт информацию
только об изменениях состояния системы
Взвешенное справедливое обслуживание (Weighted Fair Queuing,
WFQ) – Комбинированный механизм обслуживания очередей, сочетающий приоритетное обслуживание (PQ) со взвешенным (WQ)
Возвратный адрес (Loopback) – Адрес для внутреннего взаимодействия процессов узла
Глобальная сеть (Wide Area Network, WAN) – Сеть, охватывающая большие территории и включающая в себя десятки и сотни
тысяч компьютеров
Групповое вещание (Multicasting) – Пакет передаётся нескольким
узлам по схеме «один-ко-многим»
Дисциплина взвешенного циклического обслуживания (WRR) –
Алгоритм, распределяющий трафик по классам, используя схему
взвешенного циклического обхода, при котором все классы получают ширину полосы пропускания, пропорциональную присвоенным им весам
Доступность сервиса (Service Availability) – Диапазон времени, в
течение которого сервис доступен между определёнными входной
и выходной точками с параметрами, оговорёнными в соглашении
об уровне обслуживании (Service Level Agreement — SLA)
Задержка коммутации (Switchiing Delay) – Время, которое требуется устройству, принявшему пакет, для начала передачи его следующему устройству
Задержка распространения (Propagation Delay) – Время, которое
требуется переданной в канал единице информации для достижения принимающего устройства (зависит от расстояния и среды передачи)
96
Задержка сериализации (Serialization Delay) – Время, которое
требуется устройству для передачи пакета заданного размера при
заданной ширине полосы пропускания
Канальный уровень (Data Link Layer) модели ISO/OSI – Обеспечивает функциональные и процедурные средства для установления,
поддержания и разрыва соединений канального уровня между сетевыми логическими объектами и для передачи сервисных блоков
данных этого уровня
Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) – Мера производительности передающей системы, отражающая качество передачи
и доступность услуг
Локальная сеть (Local Area Network, LAN) – Сеть здания или организации
Маршрутизатор (Router) – Сетевое устройство, осуществляющее
связь разных типов сетей и обеспечивает доступ к глобальной сети,
управляет трафиком на основе протокола сетевого уровня
Маска подсети (Subnet Mask) IPv4 – 32-разрядное двоичное число,
в разрядах расширенного префикса содержащая единицу, а в остальных разрядах — ноль
Метрика (Metric) – Обобщённая характеристика качеств маршрута
Механизм приоритетной обработки трафика (Priority Queue) –
Алгоритм, предусматривающий разделение всего сетевого трафика
на небольшое количество классов с назначением каждому классу
приоритета
Модель ISO/OSI – Чётко определяет уровни взаимодействия систем, стандартизует имена уровней и указывает услуги и функции
каждого уровня
Мультисервисная сеть – Инфраструктура, использующая единый
канал для передачи данных разных типов трафика
Определение маршрута перемещения пакета (маршрутизация) –
Процесс, использующий таблицы маршрутизации для определения
адреса (сетевого уровня) следующего маршрутизатора или непосредственно получателя по имеющемуся адресу (сетевого уровня),
после чего выбирается определённый выходной физический порт
маршрутизатора
Прикладной уровень (Application Layer) модели ISO/OSI – Поддерживает локальные операционные системы, предоставляя им на97
бор разнообразных протоколов, с помощью которых производится
доступ к сетевым ресурсам
Пропускная способность канала – Максимально возможная при
определённых условиях скорость, при которой информация может
передаваться по конкретному тракту связи или каналу
Протокол (сетевой протокол) – Набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя включёнными в сеть компьютерами; набор правил, описывающих формат и
назначение пакетов, которыми обмениваются одноранговые сущности
Региональная сеть (Metropolitan Area Network, MAN) – Сеть
уровня города или региона
Сеансовый уровень (Session Layer) модели ISO/OSI – Реализует
службу имён (отображение логических имён в сетевые адреса), устанавливает сеансы между службами и создаёт точки для контрольной синхронизации в случае потери связи
Сервис или услуга (Service) – Набор примитивов, которые предоставляются вышележащему уровню нижележащим; описывает интерфейс между двумя уровнями, в котором нижележащий уровень
является поставщиком услуги, а вышележащий — её потребителем
Сетевой коммутатор (Switch) – Сетевое устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в
пределах одного сегмента и хранящее в памяти таблицу MACадресов, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла
порту коммутатора
Сетевой уровень (Network Layer) модели ISO/OSI – Предоставляет
средства установления, поддержания и разрыва сетевого соединения, а также функциональные и процедурные средства для обмена
по сетевому соединению сетевыми сервисными блоками данных
между транспортными логическими объектами
Сеть связи – Совокупность линий связи и промежуточного оборудования/промежуточных узлов, терминалов/оконечных узлов,
предназначенных для передачи информации от отправителя до получателя с заданными параметрами качества обслуживания
Скорость передачи данных – Скорость в битах в секунду (бит/с),
с которой могут передаваться данные
Стек протоколов – Используемый системой список протоколов
98
Транспортный уровень (Transport Layer) модели ISO/OSI – Обеспечивает передачу данных без каких-либо изменений между сеансовыми логическими объектами и освобождает их от выполнения
операций, обеспечивающих надёжную и экономически эффективную передачу данных
Уровень представления (Presentational Layer) модели ISO/OSI –
Устанавливает способы представления информации, которой обмениваются прикладные логические объекты или на которую они
ссылаются в процессе этого обмена
Уровень управления логическим каналом (Logical Link Control,
LLC) – Отвечает за передачу кадров между узлами с различной
степенью надёжности, а также реализует функции интерфейса с
прилегающим к нему сетевым уровнем
Физический уровень (Physical Layer) модели ISO/OSI – Обеспечивает передачу битовых потоков без каких-либо изменений между
логическими объектами уровня звена данных по физическим соединениям
Широковещание (Broadcast) – Пакет передаётся всем узлам сети
Шлюз (Gateway) – Сетевое устройство, соединяющее отдельные
сегменты сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения
Шлюз по-умолчанию (Default Gateway) – Специальный узел, куда
необходимо передать дейтаграммы, адрес сети назначения которых
не указан в таблице маршрутизации
99
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 103 Кб
Теги
vanyashin, predostavl, usluga, kontrol, katshestva
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа