close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Buranova Kireeva Tehnologii obespetsheniya katshestva obsluzhivaniya v multiservisnyh setyah

код для вставкиСкачать
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ»
Кафедра МСИБ
М.А. Буранова, Н.В. Киреева
ТЕХНОЛОГИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА
ОБСЛУЖИВАНИЯ В МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ
СЕТЯХ
Учебное пособие
Самара
2016
Авторы: М.А. Буранова, Н.В. Киреева
УДК 621.395:004.738.5.057.4
Б 912
Рекомендовано к изданию методическим советом ПГУТИ, протокол
№ 10, от 11. 03. 2016 г.
Рецензент:
Доцент кафедры МСИБ ФГБОУ ВО ПГУТИ,
к.т.н., доцент, Пугин В.В.
Буранова М.А., Киреева Н.В.
Б Технологии
обеспечения
качества
обслуживания
в
мультисервисных сетях: учебное пособие/ М.А. Буранова, Н.В.
Киреева. – Самара: ПГУТИ, 2016. – 194 с.
В учебном пособии «Технологии обеспечения качества обслуживания в
мультисервисных сетях» рассматриваются вопросы обеспечения
качества обслуживания (QoS) в мультисервисных сетей, особенности
современных инфокоммуникационных сетей, технологии MPLS,
семейство технологий Ethernet. Учебное пособие разработано в
соответствии с ФГОС ВО по направлению подготовки 11.03.02
Инфокоммуникационные технологии и системы связи, предназначно для
студентов для проведения самостоятельной подготовки и для
подготовки лекционных занятий.
2
СОДЕРЖАНИЕ
1. Особенности современных мультисервисных сетей…….……………...
4
1.1 Трафик современных телекоммуникационных сетей………………
8
1.2 Требования к полосе пропускания…………………………………..
16
2. Обеспечение качества обслуживания в современных
телекоммуникационных сетях……………………………………………… 19
2.1 Введение в качество обслуживания (QoS). Аспекты качества
телекоммуникационных услуг……………………………………………… 19
2.2 Управление в мультисервисных сетях………………………………. 31
2.3 Архитектура сетевых механизмов обеспечения качества
обслуживания в сетях IP……………………………………………………
38
2.4. Классификация, мониторинг, допуск и управление нагрузкой.
Управление допуском нагрузки в сеть ………………………………….
72
2.5 Методы обеспечения качества обслуживания «из-конца-вконец»……………………………………………………………………
99
2.6 Реализация функционирования IntServ через DiffServ……………. 112
3. Концепция QoS-маршрутизации………………………………………… 118
4. Технология MPLS………………………………………………………… 125
4.1 Концепция инжинринга трафика в MPLS………………………….. 134
4.2 «Все» через MPLS……………………………………………………. 150
5 Семейство технологий Ethernet. Архитектура, топологии,
поддерживаемые протоколы, сервисы, безопасность……………………. 160
Вопросы……………………………………………………………………… 185
Глоссарий…………………………………………………………………… 187
Список рекомендованных источников……………………………………. 191
3
1 Особенности современных мультисервисных сетей
Рост популярности мультисервисных сетей связи - одна из самых
заметных тенденций российского рынка телекоммуникационных услуг в
последние годы. Услуги такой сети в первую очередь предназначены для
компаний,
ориентированных
на
интенсивное
развитие
бизнеса,
оптимизацию затрат, автоматизацию бизнес-процессов, современные
методы управления и обеспечение информационной безопасности.
Наиболее эффективное применение мультисервисные сети могут найти
у традиционных телекоммуникационных операторов, которые таким
образом значительно расширяют гамму предоставляемых услуг. Для
корпоративного рынка объединение всех удаленных подразделений в
единую мультисервисную сеть на порядок увеличивает оперативность
обмена информацией, обеспечивая доступность данных в любое время.
Благодаря возможности обмениваться большими объемами данных
между офисами можно устраивать селекторные совещания и проводить
видеоконференции с отдаленными подразделениями. Все это ускоряет
реакцию на изменения, происходящие в компании, и обеспечивает
оптимальное управление всеми процессами в реальном масштабе
времени.
Мультисервисная
сеть
представляет
собой
универсальную
многоцелевую среду, предназначенную для передачи речи, изображений
и данных с использованием технологии коммутации пакетов (IP). Она
отличается надежностью, характерной для телефонных сетей (в
противоположность
негарантированному
качеству
связи
через
Интернет), и обеспечивает низкую стоимость передачи в расчете на
единицу объема информации (приближающуюся к стоимости передачи
данных
по
Интернету).
Вообще
говоря,
основная
задача
мультисервисных сетей заключается в том, чтобы обеспечить работу
4
разнородных информационных и телекоммуникационных систем и
приложений в единой транспортной среде, когда для передачи и
обычного трафика (данных), и трафика другой информации (речи, видео
и т. д.) используется единая инфраструктура.
Мультисервисная
сеть
открывает
массу возможностей
для
построения многообразных наложенных сервисов поверх универсальной
транспортной среды - от пакетной телефонии до интерактивного
телевидения и Web-сервисов. Сеть нового поколения имеет следующие
особенности:

универсальный характер обслуживания разных приложений;
 независимость от технологий услуг связи и гибкость получения
набора, объема и качества услуг;
 полная прозрачность взаимоотношений между поставщиком услуг
и пользователями.
Интеграция трафика разнородных данных и речи позволяет
качественно повысить эффективность информационной поддержки
управления предприятием; при этом использование интегрированной
транспортной среды снижает издержки на создание и эксплуатацию
сети. Мультисервисная сеть, используя единый канал для передачи
данных разных типов, дает возможность уменьшить разнообразие типов
оборудования,
применять
единые
стандарты
и
технологии,
централизованно управлять коммуникационной средой.
Мультисервисные сети поддерживают такие виды услуг, как
телефонная и факсимильная связь; выделенные цифровые каналы с
постоянной скоростью передачи; пакетная передача данных (FR) с
требуемым
качеством
сервиса;
передача
изображений,
видеоконференцсвязь; телевидение; услуги по требованию (On-Demand);
IP-телефония;
широкополосный
доступ
в
Интернет;
сопряжение
удаленных ЛВС, в том числе работающих в различных стандартах;
5
создание
виртуальных
корпоративных
сетей,
коммутируемых
и
управляемых пользователем.
Надо
отметить,
что
мультисервисные
сети
-
это
скорее
технологическая доктрина или новый подход к осознанию сегодняшней
роли
телекоммуникаций,
основанный
на
понимании
того,
что
компьютер и данные сегодня выходят на первое место по сравнению с
речевой
связью.
широкополосных
Эта
модель
сетей
связи
бизнеса,
построенная
следующего
на
поколения,
основе
позволяет
предоставлять очень широкий набор услуг и дает гибкие возможности
создавать их, управлять ими и персонализировать. Основные отличия
таких сетей состоят в следующем:
 возможность передачи большому количеству пользователей в
реальном времени очень больших объемов информации с
необходимой синхронизацией и с использованием сложных
конфигураций соединений;
 интеллектуальность (управление услугой, вызовом и соединением
со стороны пользователя или поставщика сервиса, раздельная
тарификация и управление условным доступом);
 инвариантность
доступа
(организация
доступа
к
услугам
участия
нескольких
независимо от используемой технологии);
 комплексность
провайдеров
услуги
в
(возможность
предоставлении
услуги
и
разделение
их
ответственности и дохода сообразно с видом деятельности
каждого).
Основные проблемы, ограничивающие сегодня распространение
широкополосного доступа, а значит, и внедрение мультисервисных
сетей, заключаются в том, что это требует значительных инвестиций в
отрасль.
Кроме
того,
в
нашей
стране
отсутствует
мощная
многогигабитная магистральная инфраструктура и слабо развиты
6
абонентские сети. Необходимо полное изменение бизнес-модели для
операторов, а огромная территория и неравномерность расселения
требуют внимательного подбора технологий (и их комбинации) в
зависимости от географии и населенности конкретного региона. Не
следует забывать и о "пиратстве", а также обеспечении прав владения
через IP. Ведь борьба с мошенничеством требует бизнес-модели,
основанной на продаже контента, со сложными системами управления,
контроля доступа и тарификации.
Круг
потенциальных
пользователей
мультисервисных
сетей
весьма широк. Это, во-первых, бизнес-центры, фирмы, расположенные в
одном здании. Корпоративным клиентам необходимо множество
телефонных линий, высокоскоростной доступ в Интернет, системы
аудио- и видеоконференцсвязи, сигнализации и телеметрии. Это также
крупные холдинги, имеющие территориально удаленные филиалы и
подразделения, это компании, использующие удаленные автоматические
терминалы
телемедицины
(банкоматы,
разного
торговые
уровня
и
автоматы).
компании
Это
мобильной
системы
связи,
распределенные офисы, коммутационные центры и базовые станции
которых также могут подключаться к единой мультисервисной сети.
Базовыми понятиями для мультисервисных сетей выступают QoS
(Quality Of Service) и SLA (Service Level Agreement), т. е. качество
обслуживания и соглашение об уровне (качестве) предоставления услуг
сети. Переход к новым мультисервисным технологиям изменяет саму
концепцию предоставления услуг, когда качество гарантируется не
только на уровне договорных соглашений с поставщиком услуг и
требований соблюдения стандартов, но и на уровне технологий и
операторских сетей. Архитектурно в структуре мультисервисной сети
можно выделить несколько основных уровней: магистральный, уровень
распределения и агрегирования и уровень доступа.
7
Магистральный уровень представляет собой универсальную
высокоскоростную и по возможности однородную платформу передачи
информации, реализованную на базе цифровых телекоммуникационных
каналов.
Уровень распределения включает узловое оборудование сети
оператора, а уровень агрегирования выполняет задачи агрегации
трафика
с
уровня
доступа
и
подключения
к
магистральной
(транспортной) сети.
Уровень доступа включает корпоративные или внутридомовые
сети, а также каналы связи, обеспечивающие их подключение к узлу
(узлам) распределения сети.
Мультисервисные сети можно строить на базе самых разных
технологий, как на платформе IP (IP VPN), так и на основе выделенных
каналов связи. На магистральном уровне наиболее популярны сегодня
технологии IP/MPLS, Packet over SONET/SDH, POS, ATM, xGE, DWDM,
CWDM, RPR. Реально большая часть магистральных мультисервисных
сетей сегодня строится на основе технологий POS, DWDM, которые
получили заметное распространение в России, а также IP/MPLS,
которые считаются особенно перспективными при значительной широте
охвата и большом числе потребителей.
1.1
Трафик современных телекоммуникационных сетей
В качестве основных критериев классификации приняты три
характеристики трафика: относительная предсказуемость скорости
передачи данных, чувствительность трафика к задержкам пакетов и
чувствительность трафика к потерям и искажениям пакетов (рис. 1.1).
8
Рис.1.1 Классификация типов сетевого трафика
Приложения с потоковым трафиком порождают равномерный
поток данных, который поступает в сеть с постоянной битовой
скоростью (CBR). При использовании метода коммутации пакетов
трафик таких приложений представляет собой последовательность
пакетов одинакового размера (равного В бит), следующих друг за
другом через один и тот же интервал времени Т. CBR может быть
вычислена путем усреднения на одном периоде: CBR = В/Т бит/с.
Приложения с пульсирующим трафиком отличаются высокой
степенью непредсказуемости, когда периоды молчания сменяются
пульсацией, в течение которой пакеты «плотно» следуют друг за другом.
В результате трафик имеет переменную битовую скорость (VBR).
Практически любой трафик, даже трафик потоковых приложений, имеет
ненулевой коэффициент пульсации (для пульсирующего трафика - от 2:1
до 100:1, для потокового - приблизительно 1:1).
К асинхронным приложениям относятся приложения, которые
практически не имеют ограничений на время задержки (эластичный
трафик), пример - электронная почта.
9
Интерактивные
приложения
это
-
приложения,
на
функциональности которых задержки не сказываются негативно,
например - текстовый редактор, работающий с удаленным файлом.
Изохронные
вариациям
приложения
задержек,
имеют
превышение
порог
чувствительности
которого
резко
к
снижает
функциональность приложения, пример – передача голоса.
Функциональность сверхчувствительных к задержкам приложений
задержка сводит к нулю, пример - приложения, управляющие
техническим объектом в реальном времени.
Приложения, чувствительные к потере данных, - приложения,
передающие алфавитно-цифровые данные (текстовые документы, коды
программ, числовые массивы и т. п.). Все традиционные сетевые
приложения (файловый сервис, сервис баз данных, электронная почта и
т. д.) относятся к этому типу приложений.
Приложения, устойчивые к потере данных,
-
приложения,
передающие трафик с информацией об инерционных физических
процессах. Их устойчивость к потерям объясняется тем, что небольшое
количество отсутствующих данных можно определить на основе
принятых. К этому типу относится большая часть приложений,
работающих с мультимедийным трафиком (аудио- и видеоприложения).
Однако процент потерянных пакетов не может быть большим
(например, не более 1 %) [2].
Современная сеть, с учетом обслуживаемого трафика, является
мультисервисной и должна удовлетворять следующим требованиям:
 использовать новейшие принципы построения, в основе которых
должны
лежать
протоколы
и
технологии,
одобренные
соответствующими комитетами по стандартизации в области связи;
 ориентироваться на широкое применение оптоволокна, как при
построении сетей, так и магистрального сегмента;
10
 обладать
высокой
структурной
надежностью
и
обеспечивать
связность сети при обрыве каналов связи и отказе оборудования;
 использовать оборудование операторского класса, обеспечивающее
высокую надежность и возможность восстановления соединений в
реальном времени при аварийных ситуациях;
 обеспечивать конфиденциальность и защиту данных;
 предусматривать механизмы обеспечения качества обслуживания
QoS,
что
является
обязательным
условием
при
передаче
чувствительного к параметрам задержек трафика, такого как речь и
видео;
 обеспечивать масштабируемость сети, под которой будем понимать
возможность многократного увеличения портовой мощности сети,
пропускной способности магистрали, возможности расширения
списка оказываемых услуг;
 гарантировать выполнение соглашений об уровне обслуживания для
заданных групп абонентов, а в идеале - для каждого клиента;
 использовать управление сетью по стандарту TMN (концепция сети
управления телекоммуникациями (Telecommunications Management
Network, TMN) разрабатывалась с целью описать инфраструктуру,
которая
обеспечила
бы
развертывание
услуг
связи
и
их
администрирование).
Вне зависимости от сетевой технологии, времени ее появления,
внедрения в реальные сети производители оборудования заявляют о
поддержке требования по сходимости 50 мс.
Под сходимостью сети будем понимать время восстановления
каналов и услуг сети связи в зоне ответственности оператора связи,
провайдера связи или едином домене качества обслуживания.
11
Рис.1.2 Классификация сетевых приложений
Рассмотрим приложения, требующие надежной работы. Оценим
важность сходимости 50 мс для данных приложений:
Приложения передачи данных В нашем случае не будем
рассматривать приложения с установкой соединения, которые работают
по протоколу TCP, поскольку данный протокол предусматривает потери
и включает механизм повторной передачи. Для данного протокола
обрыв связи 50 мс не является существенным.
 Приложения
с однонаправленной и
групповой
передачей
(Unicast и Multicast)
Рассмотрим приложения, которые работают без установления
соединения. В данном случае перерыв в работе сети ведет к потерям не
ретранслируемых данных.
Приложения,
работающие
в
вооруженных
силах
К
приложениям, работающим в вооруженных силах согласно RFC 1679,
предъявляются высокие требования по надежности, но мы их
12
рассматривать не будем, поскольку они не используются сервис
провайдерами.
Приложения по синхронизации Протоколы синхронизации NTP
(Time synchronization protocols), IEEE1588 не требуют сходимости 50 мс,
поскольку в случае обрыва связи оконечное оборудование ожидает
повторной передачи со стороны источника синхронизации и находится в
режиме удержания синхронизации.
Распределенные приложения реального времени (Real-Time
Distributed Applications) Типы распределенных приложений реального
времени зависят от скорости каналов передачи данных между узлами
связи. В качестве транспортных протоколов для этих приложений могут
быть как TCP так и UDP. Однако в случае падения сетевых каналов в
ряде этих приложений не предусмотрена ретрансляция данных, что
ведет к их потери. Таким образом, следует предъявить требования по
живучести сети, резервированию каналов связи, в том числе обозначить
время сходимости порядка 50 мс по требованию заказчика.
Приложения торговых систем Банки и крупные торговые
компании, которые, например, занимаются железнодорожными и авиа
перевозками имеют собственные сети отличные от Ethernet. Речь идет о
сетях по которым передаются транзакции. В случае потери пакета
транзакция не передается, что ведет к потери денег. Для данных сетей
требуется высокая надежность и резервирование каналов связи. В
качестве каналов обычно используются потоки E1 и протокол передачи
данных X.25.
Приложения передачи речи
 VoIP
VoIP включает в себя 2 типа трафика, а именно речь и
сигнализацию. Если связь обрывается во время разговора между
абонентами в пределах нескольких секунд, то разрыва соединения не
13
происходит. Если связь обрывается на этапе установления соединения,
то абонент в случае необходимости повторно наберет номер. Обычно
сети с поддержкой VoIP предусматривают сходимость 800мс или более.
 Эмуляция каналов через IP (Circuit Emulation Service over Packet
(CESoP)
В данном случае через сети с коммутаций пакетов (PSN)
передаются потоки E1. Это технология транков, т.е. через сети PSN,
подключаются телефонные станции АТС. Обрыв связи порядка 50мс
может привести к разрушению соединений.
Приложения передачи видео
Примеры различных видео приложений:
• Видео конференции;
• Широковещание (TVoDSL);
• VoD;
• Видеонаблюдение;
• Интернет потоки к PC пользователям;
• Доставка ТВ-программ в центры видеопроизводства по каналам
передачи и т.п.
Тонкое место видео приложений – это механизм FEC (Forward Error
Correction), который обеспечивает защиту пакетов RTP (Real-Time
Transport Protocol). FEC улучшает качество предоставления услуги, но
вносит дополнительную избыточность и задержку. Обрыв связи порядка
50 мс может привести к нарушению работы протокола FEC, хотя не
является критичным для данного протокола.
Итак, сервис провайдеру приходится выбирать между качеством
предоставления услуг и объемом инвестиций в сеть. Сходимость сети 50
мс позволит максимально качественно предоставлять полный спектр
сетевых услуг. Для повышения качества обслуживания заказчика
поставщик услуг, провайдеры, операторы вынуждены повышать
14
живучесть сети, надежность сети (network resilience), организовывать
резервные каналы (protection switching), и обеспечивать высокую
скорость переключения на резервные направления [9].
Влияние самоподобия трафика на качество обслуживания
Анализ многочисленных измерений информационных потоков на
пакетном уровне указывает на специфическую природу процессов в
компьютерных
сетях,
не
укладывающуюся
в
рамки
известных
случайных моделей. Характерным для пакетного трафика являются
обнаруженные на практике свойства самоподобия или масштабной
инвариантности статистических характеристик.
С увеличением параметра Херста мультиплексированного потока
процент потерянных пакетов (drop) и средняя задержка на IP-пакет
(delay) возрастают. Также увеличиваются среднее значение джиттера на
IP-пакет и коэффициент использования сети.
Таким
образом,
самоподобие
речевого
трафика
ухудшает
показатели качества обслуживания. Тем не менее, наличие свойства
самоподобия
позволяет
разработать
алгоритмы
прогнозирования,
которые смогут посредством анализа трафика на относительно
небольшом отрезке времени предсказать его поведение на более
длительных интервалах.
Алгоритмы "корзины маркеров" могут быть эффективными для
трафика с относительно невысоким уровнем пачечности. В случае
берстного
самоподобного
трафика
профиль
трафика
будет
выравниваться за счет значительных вносимых задержек, которые будут
неприемлемы
для
большинства
систем
обработки
информации
реального времени. Поэтому необходимо модифицировать алгоритмы "
корзины маркеров" с учетом влияния эффекта самоподобия.
15
С
точки
зрения
управления
виртуальными
соединениями
необходимо определить моменты времени, в которые уровень сетевого
процесса
начинает
превышать
некоторое
пороговое
значение,
определяемое эмпирически и зависящее от конфигурации конкретной
сети и работы алгоритмов управления очередями, а также степени
заполнения очередей в конкретных маршрутизаторах. В простейшем
случае это максимально допустимый уровень трафика, выше которого
произойдет переполнение очереди и, соответственно, начнутся потери
пакетов. Поэтому необходим алгоритм для анализа роста очереди в
буфере
сетевого
инвариантности
устройства
статистических
с
учетом
свойства
характеристик
масштабной
трафика,
который
позволит определить момент времени, когда необходимо запустить
механизм подавления сверхактивных источников [2, 6].На данный
момент существует несколько вариантов реализации QoS в сетях, но
каждый из них имеет недостатки, поэтому необходима разработка
дополнительных средств предоставления приложениям требуемого
уровня сервиса.
Свойства
масштабной
инвариантности
статистических
характеристик трафика отрицательно влияют на показатели качества
обслуживания.
Поэтому
в
дальнейшем
необходимо
разработать
алгоритмы формирования трафика и предотвращения перегрузки с
учетом самоподобия трафика, что позволит улучшить показатели QoS.
1.2 Требования к полосе пропускания при оказании различных
услуг
Интернет, в своем первоначальном виде, ориентирован, в основном,
на оказание узкополосных услуг. Однако современные сети носят
мультисервисный характер. Перечень наиболее популярных услуг
16
Оператора связи с указание полосы пропускания приведен в таблице 1.1
[1].
Таблица 1.1
№
Услуга (сервис)
Требуемая полоса
пропускания
1
Удаленный доступ в Интернет
От 128 Кбит/с до 6 Мбит/с
2
Широковещательное
От 2 Мбит/с до 5 Мбит/с (в
телевидение
(IPTV)
(полоса, зависимости
занимаемая одним абонентом)
3
от
степени
компрессии)
Видео по запросу (VoD) (полоса, От 2 Мбит/с до 5 Мбит/с (в
занимаемая
одним зависимости
от
степени
пользователем)
компрессии)
4
IP-телефония (один разговор)
24 кбит/с
5
Аудио по запросу
От 110 Кбит/с до 700 Кбит/с
6
Выделенная
линия
для От 1 Мбит/с до 50 Мбит/с для
корпоративных пользователей – подключения по xDSL, до
доступ
в
Интернет
и 100 Мбит/с при подключении
корпоративные сети
через Ethernet
7
Удаленное обучение
От 128 Кбит/с до 6 Мбит/с
8
Сетевые игры
От 40 Кбит/с до 600 Кбит/с
Перспективы развития сетей операторов связи ориентированы на
обеспечение требуемой полосы пропускания, чем, в большей степени
определяются современные сетевые технологии.
Прогноз
развития
телекоммуникационных
сетей,
должен
предусматривать тот факт, что трафик IP сетей удваивается каждый год.
Современная тенденция конвергенции сетей различных типов, а также
увеличение объема трафика и появление приложений, работающих в
режиме реального времени, мультимедийных приложений привели к
17
необходимости переноса сетью различных видов трафика, в том числе,
чувствительного к задержкам. Поэтому традиционные TCP/IP сети не
гарантируют необходимое приложениям качество обслуживания и
возникает
необходимость
в
разработке
дополнительных
предоставления приложениям требуемого уровня сервиса [2].
18
средств
2. Обеспечение качества обслуживания в современных
телекоммуникационных сетях
2.1 Введение в качество обслуживания (QoS). Аспекты качества
телекоммуникационных услуг
Качество телекоммуникационных услуг - это совокупность свойств
услуги, определённых качеством функционирования сети, которые
характеризуют способность удовлетворять потребности пользователей.
Обеспечение (повышение) качества телекоммуникационных услуг
является целью проектирования сетей связи. В соответствии с
рекомендациями МСЭ-Т Е.800, Е.430, 1.350, G.1000 характеристики
качества телекоммуникационных услуг можно разделить на две группы
(рис. 2.1): характеристики, связанные с качеством обслуживания (Quality
of
Service,
QoS),
и
характеристики,
связанные
с
качеством
функционирования сети (Network Performance, NP) [3].
Качество
телекоммуникационных
услуг
Качество
обслуживания (QoS)
Действенность
обслуживания
Удобство
использования
Безопасность
обслуживания
Обеспеченность
обслуживания
Непрерывность
Качество функционирования сети
Доступность
Целостность
Способность к
обработке трафика
Ремонтопригодность
Ресурсы и
возможности
сетевых объектов
Безотказность
Качество передачи
Обеспечение
техобслуживания и
ремонта
Рис. 2.1. Качество телекоммуникационных услуг
19
Надежность
Готовность
Качество обслуживания - это совокупность показателей, которые
определяют степень удовлетворения пользователя предоставляемым ему
обслуживанием. Качество обслуживания определяется в точке доступа к
услуге (рис. 2.2) и характеризуется свойствами удобства использования,
обеспеченности,
действенности
(доступности,
непрерывности,
целостности) и безопасности обслуживания (приложение А). В свою
очередь качество функционирования сети служит основой для качества
обслуживания и определяет способность сети выполнять функции,
обеспечивающие связь между абонентами. Качество функционирования
сети характеризуется способностью к обработке трафика, ресурсами и
возможностями сетевых объектов, а также надёжностью и качеством.
Терминал
Сеть оператора
А
Сетевая секция
А
Помещение
пользователя
Сеть оператора
B
Сетевая секция
B
Сеть оператора
N
Сетевая секция
N
Интерфейс «пользователь-сеть»
Сеть пользователя
Интерфейс «пользователь-сеть»
Терминал
Качество обслуживания службы переноса Сквозное качество обслуживания
Сеть пользователя
Помещение
пользователя
Связь «пользователь – пользователь»
Качество обслуживания телеслужбы
Рис. 2.2. Эталонный тракт с точки зрения качества обслуживания
Для количественной характеристики большинства определённых в
рекомендации Е.800 свойств качества телекоммуникационных услуг
вводятся соответствующие показатели, определяемые на основе
рабочих
характеристик
(параметров)
сети.
При
этом,
согласно
рекомендаций 1.3 50 основными составными частями услуги являются
20
три стадии её предоставления, качество выполнения которых даёт
суммарное качество услуги [3]:
- доступ
к передаче информации (установление соединения);
- передача
информации пользователя;
- завершение
сеанса
передачи
информации
(разъединение
соединения).
Каждая из частей услуги в свою очередь характеризуется тремя
основными показателями, образуя матрицу 3x3 (таблица 2.2):
-
скорость (время установления соединения, время (эффективная
скорость)
передачи
своевременной
информации
доставки
пользователя,
информации
вероятность
пользователя
и
время
разъединения соединения);
точность
(точность
установления
соединения
с
указанными
параметрами, точность передачи информации пользователя, точность
разъединения соединения, характеризуемые вероятностью организации
неправильного соединения, вероятностью возникновения ошибки в
информации пользователя, вероятностью разъединения соединения и
др).
- гарантированность (гарантированность установления соединения,
передачи
данных
и
разъединения
соединения,
характеризуемые
вероятностью отказа в установлении соединения, вероятностью потери
информации пользователя, вероятностью отказа в разъединении
соединения, надёжностью соединений и др.).
В 2001
г. МСЭ-Т принята рекомендация
G.1000, которая
значительно расширила набор параметров качества обслуживания,
предложив матрицу 11x7. Это позволяет оценить не только стадии
предоставления услуги, но и функции, характеризующие управление
услугой, как со стороны оператора, так и стороны пользователя. Кроме
того, возросло число этапов, на которых нормируется качество услуг.
21
При этом они охватывают весь процесс связи, начиная от заключения
контракта (соглашения) и заканчивая финансовыми расчётами.
Для комплексного оценивания качества телекоммуникационных
услуг (рис. 2.1) при оптимизации построения (проектировании) сетей
связи различного назначения введём следующую иерархическую
систему
показателей
качества.
Будем
считать,
что
качество
обслуживания (связи) характеризуется свойствами своевременности,
достоверности,
безопасности.
функционирования
сетей
В
связи
свою
очередь
характеризуется
качество
свойствами
устойчивости, пропускной способности, управляемости. Реализация
мер, направленных на обеспечение качества обслуживания и качества
функционирования сети связи определяют затраты на использование
услуг связи, а также на построение и эксплуатацию сетей связи.
Ожидаемый уровень обслуживания может оцениваться такими
характеристиками:
• поддержка обслуживания (service support};
• удобство обслуживания (service operability);
• предоставление обслуживания (serveability);
• безопасность обслуживания (service security).
Характеристики поддержки обслуживания отражают способность
Оператора (или иного участника инфокоммуникационного рынка)
предоставить
услуги
и
способствовать
их
использованию.
Характеристики удобства обслуживания оценивают успешность и
простоту
пользования
услугами.
Характеристики
обслуживания, в свою очередь, делятся на три группы:
• доступность услуг (service accessibility);
• стабильность обслуживания (service retainability);
• полноценность обслуживания (service integrity).
22
предоставления
Характеристики доступности услуг оценивают возможность их
получения по требованию пользователя (с заранее специфицированными
допусками и с соблюдением других заданных условий) и продолжения
обслуживания
в
течение
запрошенного
интервала
времени
без
ощутимого ухудшения. Характеристики устойчивости обслуживания
определяют возможность пользования полученной услугой с заданными
атрибутами
в
течение
запрошенного
интервала
времени.
Характеристики полноценности обслуживания - общая мера того, что
обслуживание, будучи полученным, происходит без значительного
ухудшения.
Характеристики
следующими
безопасности
аспектами
несанкционированный
злонамеренное
обслуживания
функционирования
мониторинг,
повреждение,
сети
жульническое
неправильное
связаны
со
электросвязи:
использование,
применение,
ошибка
человека, стихийное бедствие.
Все перечисленные выше характеристики обслуживания зависят
от качества работы сети, а также от ее функциональных возможностей.
Характеристики
начисления
платы
(charging
performance)
оцениваются в тексте рекомендации Е.800 проще, чем в ряде других
международных документов. Они определяются через вероятность
корректного начисления платы с точки зрения вида связи, пункта
назначения, времени суток и длительности соединения.
Характеристики обслуживания трафика (trafficability performance)
определяют способность технических средств обслуживать трафик с
определенными параметрами. Эти характеристики разделены на три
большие группы.
Термины для первой группы - «Ресурсы и оборудование» - еще не
определены. По всей видимости, определения для характеристик
планирования (planning performance), предоставления услуг (provisioning
23
и
performance)
административного
управления
(administration
performance) будут разработаны в ближайшее время.
Вторая
группа
Этот
(dependability).
названа
функциональной
собирательный
термин
надежностью
указывает
на
характеристики готовности (работоспособности), учитывая основные
влияющие факторы. Выделяются четыре важные характеристики:
• готовность (availability) -способность технического средства
выполнить требуемые функции в данный момент времени или в любой
момент
внутри
заданного
интервала
времени
(при
наличии
соответствующих внешних ресурсов, если они необходимы);
• надежность (reliability) - способность технического средства
выполнять требуемые функции при заданных условиях в течение
определенного интервала времени;
• восстанавливаемость (maintainability) - способность технического
средства в установленных условиях его использования поддержать
восстановление такого его состояния, в каком оно может выполнять
требуемые функции при условии, что техническое обслуживание
проводится с применением установленных процедур и ресурсов;
• поддержка технического обслуживания (maintenance support) способность эксплуатационной компании при заданных правилах
технического обслуживания по требованию использовать ресурсы,
необходимые
для
обеспечения
работоспособности
определенного
технического средства.
К третьей группе относятся характеристики передачи сигналов
(transmission
performance).
Они
определяются
как
уровень
воспроизведения сигнала, переданного через систему связи, которая
находится в работоспособном состоянии. В рекомендации ITU-T E.800
выделены
характеристики
среды
распространения
(propagation
performance). Они определяются способностью этой среды обеспечивать
24
прохождение сигнала с заданными допусками без искусственного
регулирования этого процесса.
Очевидно, что исследование вопросов качества обслуживания в
ТфОП, как и в любой другой сети электросвязи, требует решения
комплекса взаимосвязанных задач. Тем не менее, подход, предложенный
ITU-T,
позволяет
выделить
ряд
задач,
решение
которых
–
применительно к ТфОП - можно рассматривать как самостоятельные
проблемы. Одна из важных задач построения ТфОП состоит в том,
чтобы обслуживание вызова, которое включает в себя ряд этапов,
происходило с соблюдением всех установленных норм, а при
телефонном разговоре соблюдались заданные показатели качества
передачи
речи.
Эти
регламентируются
совокупность,
а
нормы
и
национальной
также
показатели
в
каждой
Администрацией
соответствующие
стране
связи.
численные
Их
значения
базируются на документах ITU и ETSI.
Для российской ТфОП показатели качества обслуживания
традиционно делятся на две большие группы. В первую группу входят
показатели качества обслуживания вызовов. Параметры, определяющие
качество передачи речи, образуют вторую группу показателей.
В настоящее время принципы построения (архитектура) и качество
телекоммуникационных услуг сетей связи следующего поколения
нормируется в основном рекомендациями ITU-T (серия Y.2xxx), ETSI
(NGN R.l, R.2), 3 GPP/IETF (концепция IMS, R.5-R.7) и частично
отечественными руководящими документами. Основным механизмом,
регулирующим сквозное качество услуг, в том числе и в сетях связи
следующего поколения, является соглашение об уровне обслуживания
(Service Level Agreement, SLA) между поставщиком (оператором) и
пользователем услуг.
В общем случае
соглашение об
уровне
обслуживания включает организационно-экономические параметры, а
25
также параметры производительности сети (скорости передачи данных
пользователя),
надёжности
связи
и
качества
обслуживания
передаваемого трафика, которые измеряются путём активного и
пассивного тестирования системами поддержки эксплуатации рабочих
характеристик сети.
Организационно-экономические параметры определяют стоимость
предоставляемых услуг и компенсацию издержек пользователям при
нарушении SLA. Параметры надёжности включают гарантированное
время
восстановления
доступность
соединения
при
и
простое,
др.
В
коэффициент
настоящее
готовности,
время
качество
обслуживания (QoS) в мультисервисных сетях с пакетной коммутацией
задаётся несколькими способами:
- экспертной
оценкой по некоторой шкале, например, по шкале
MOS;
-
классом услуги, которому соответствует набор нормируемых
значений её параметров.
Сети связи следующего поколения характеризуются открытой
архитектурой, что определяет наличие в их составе различных
компонентов (уровней, плоскостей) и различных технологий (IP, ATM)
с различными метриками параметров качества. В данных условиях
обеспечение
качества
услуг
предлагается
строить
на
интегрированной системы управления сетью и услугами
основе
NGN,
реализующей концепцию обеспечения гарантированного качества услуг
(Service Assurance). Последняя в общем случае предполагает задание на
основании требований пользователей уровней обслуживания для всех
приложений и их трансляцию в параметры, определяющие требуемый
уровень качества услуг.
Термин «качество обслуживания» часто встречается в технической
литературе. В публикациях на английском языке ему соответствует
26
словосочетание
Quality
of
Service
(QoS).
Термин
«качество
обслуживания» употребляется при описании различных аспектов
функционирования телефонных сетей. В документах ITU-T термины,
относящиеся к качеству обслуживания, определяются рекомендацией
Е.800. Показатели QoS в этой рекомендации рассматриваются как
результат совместного проявления характеристик обслуживания. На рис.
8.1, заимствованном из рекомендации ITU-T Е.800, показана модель,
которая определяет компоненты качества обслуживания и их взаимные
связи. Пунктирная линия делит рисунок на две части. В верхней части
приведены
основные
характеристики
качества
обслуживания.
Характеристики сети перечислены в нижней части модели. Во всех
блоках указаны только названия на русском языке.
В соответствии международными (ITU-T, ETSI, IETF, MMCF, ISO
9000, TL 9000) и российскими (ГОСТ Р ИСО 9000-2001, ГОСТ Р
ИСО/МЭК 15408-2004) и ведомственными стандартами на основе
показателей
качества
формируются
иерархические
системы
показателей качества (СПК), которые характеризуют оценку всех
существенных
свойств
(качеств)
сетей
связи,
влияющих
на
результативность её применения по основному назначению.
В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т 1.112 совокупность
телекоммуникационных услуг разделена на два типа (приложение А):
доставки (переноса) информации (Bearer Service, BS) и предоставления
связи (Teleservice, TS). При этом телекоммуникационные услуги
классифицируется по виду передаваемой информации (телефония,
передача данных и др.), важности (основные, дополнительные) и
другим признакам.
27
Базовые понятия QoS
Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) определяется как
мера производительности передающей системы, отражающая качество
передачи и доступность услуг [25].
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)1 — 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 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;
28
–– 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 аудио- и
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
интерактивной
передаче
стационарный
звука
требуется
поток
данных.
меньше
При
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,
задержку сериализации называют ещё задержкой передачи (Transmission
Delay).
Так, например, если для передачи одного пакета по сети требуется
100 мсек, а для передачи следующего пакета — 125 мсек, то колебание
задержки составит 25 мсек.
QoS и передача мультимедийных данных 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 проритетом лучшие условия передачи через сетевую
магистраль, вне зависимости от требований к пропускной способности
трафика менее важных приложений.
29
Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) является
предметом активных исследований и стандартизации на протяжении
всей истории развития телекоммуникаций.
Существенный 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.
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.
В настоящее время 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.
Однако, процесс конвергенции до настоящего времени протекает
достаточно медленно. 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
30
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.
2.2 Управление в мультисервисных сетях
Для управления информационными потоками данных с целью
предотвращения перегрузки и уменьшения потерь в пропускной
способности применяют целый арсенал методов и средств по
оптимизации работы компьютерных сетей. Дальнейший прогресс по
расширению сферы применения современных информационно-сетевых
средств телекоммуникации лежит на путях повышения эффективности и
обеспечения более высокого качества использования сетевых ресурсов.
Последнее
предполагает
системный
подход
при
исследовании
компьютерных сетей как объектов управления, обладающих признаками
распределенной
стохастической
динамической
системы
со
специфическим поведением случайных процессов – их фрактальным
характером. Особенность управления этими динамическими системами
ввиду их распределенной структуры состоит в сочетании, с одной
стороны, управлений с обратной связью на транспортном уровне в
локальных с наиболее эффективным доступом к оперативным данным
точках сети, с другой стороны, иерархического принципа программного
управления
через
взаимодействия
для
протоколы
разного
координации
уровня
локальных
межсетевого
управлений
и
эффективного перераспределения пропускной способности между
различными пользователями и информационными приложениями.
31
Использование компьютерных сетей ознаменовало новый подход
в теории и практике работы телекоммуникационных систем и позволило
в рамках информационного обеспечения пользователей решить большое
число важных задач управления и связи. К числу этих задач следует
отнести проведение расчетных и исследовательских задач, в том числе
реализация различного вида прикладных программ; сбор и хранение
данных; обмен информации между пользователями во всех возможных
формах
ее
проявления
(текст,
речь,
графика,
видео
и
т.д.);
предоставления разного рода сервисных услуг и выполнение многих
других информационных функций, включая формирование данных для
управления системами (АСУ, САПР). Вышеприведенный далеко не
полный перечень информационных функций и услуг объединен общим
названием – прикладные процессы.
Компьютерная сеть имеет достаточно сложную структуру и для
управления
этими
процессами
(они
являются
главными
при
информационном обеспечении) разработан специальный структурнологический
механизм
заключается
в
взаимодействий.
логико-иерархической
Суть
этого
декомпозиции
механизма
сложной
информационной сети на отдельные части, называемыми уровнями, и
выполняющие определенные функции. Передача данных на каждом
уровне осуществляется независимо согласно определенному набору
семантических и синтаксических правил. Причем каждый вышестоящий
уровень получает логико-информационную поддержку от нижестоящего
уровня. Это позволяет стандартизировать процедуры взаимодействий
пользователей,
унифицировать
аппаратно-логические
функции
управления по организации хранения, передачи, обработки данных и
упорядочить работу отдельных компонент и объектов сети. Например, в
так называемой базовой эталонной модели взаимодействий открытых
систем имеется семь уровней, которые в порядке убывания называются
32
прикладным
(соответствует
прикладным
процессам),
уровнем
представления, сеансовым, транспортным, сетевым, канальным и
физическим (соответствует побайтовый передаче информации по
проводам, радио, оптоволоконным и другим каналам связи). Для сети
Интернет используется четыре уровня: прикладной, транспортный,
обеспечивающий надежную передачу информации и формирующий
виртуальные
соединения,
и
наконец,
нижний,
поддерживаемый
наиболее известными стандартами канальных и физических уровней.
Обслуживающий эти уровни комплекс программных средств или, как
его называют, блок протоколов (для сети Интернет – TCP/IP протоколы)
для поддержания и координации взаимодействий всех информационных
ресурсов
сети
образует
систему,
являющуюся
распределенную
ядром
сетевую
программного
операционную
обеспечения,
под
управлением которой и выполняются прикладные процессы. Наряду с
многочисленными функциями по сбору информации, анализу и
контролю
за
состоянием
сетевых
объектов,
формированию
соответствующих команд управления сетевым взаимодействием, на
протоколы возложены функции управления трафиком для экономной и
эффективной передачи пакетов данных, управления их очередями и
предотвращения
тупиковых
ситуаций,
(например,
переполнения
буферов в промежуточных узлах сети) и вообще для сбережения
сетевых ресурсов.
Если рассматривать компьютерную сеть с позиций теории
управления взаимодействиями сетевых объектов, как распределенную
динамическую систему, находящуюся под воздействием различных
управляющих и возмущающих (в том числе и случайных) факторов, то
операционная система выступает в роли регулятора. Последний на
основании полученной с опрашиваемых и размещения на сетевых
объектах программных агентов информации формирует согласно
33
выбранным критерием качества необходимые сигналы и команды
управлений.
При
выборе
руководствоваться
критериев
требованиями
качества
эффективного
необходимо
использования
сетевыми ресурсами, что предполагает обеспечение достаточно большой
пропускной способности соединений при сохранении высокого качества
(надежности) передачи информации. При традиционном подходе,
связанном с четкой и жесткой регламентацией на всех уровнях сетевого
взаимодействия,
для
поддержания
высокого
качества
передачи
информации необходимо закладывать в компьютерную сеть избыточные
информационные ресурсы. Это вызвано описываемым «тяжелым»
распределением,
сопровождающимся
случайным
поведением
существенными
сетевого
локальными
трафика,
флуктуациями
пропускной способности (пачечностью трафика и наличием больших
межпачечных интервалов). Поэтому при организации межсетевого
взаимодействия помимо среднего значения пропускной способности
необходимо учитывать пиковое ее значение. В результате в сети
необходимо иметь значительные запасы по пропускной способности,
что и приводит к нерациональному использованию сетевых ресурсов.
Преодолеть указанный недостаток можно с помощью так
называемого интеллектуального управления компьютерными сетями,
который включает в себя как обычный механизм управления, так и
механизмы изменения структуры регулятора (параметров протоколов
взаимодействия сети), конфигурации сети. Под этими механизмами
подразумеваются набор специальных программ управления режимами и
интеллектуальный выбор соответствующей программы в конкретном
случае с учетом внутреннего состояния сети, воздействия возмущающих
факторов и необходимости перераспределения сетевых ресурсов между
различными пользователями и информационными приложениями.
34
Остановимся
коллективного
подробней
доступа
Перераспределение
и
на
алгоритмах
перераспределения
сетевых
ресурсов,
в
организации
сетевых
частности,
ресурсов.
пропускной
способности виртуальных каналов достигается за счет статистического
мультиплексирования
с
временным
разделением
пропускной
способности между различными информационными приложениями
(сетевыми
сервисами).
пропускной
Методы
способности
управления
перераспределением
обеспечивают
сбалансирование
информационных потоков по этим каналам с учетом текущей загрузки и
доступной пропускной способности физической линии связи при
достижении заданных значений характеристик, обычно формулируемых
в виде вероятностных показателей качества. Указанные методы
представляют собой комбинацию алгоритмов управления доступом
резервирования пропускной способности виртуальных каналов и
статистического
мультиплексирования
сетевых
ресурсов,
высвобождающихся вследствие случайного характера распределения
нагрузки по видам сервиса.
Из-за статистической природы сетевого трафика необходимые
характеристики
соединений
или
производительности
каналов
не
могут
в
каждом
быть
из
виртуальных
обеспечены
за
счет
гарантированного выделения минимальной пропускной способности и
требуемой корректировки этого значения на основе оперативной
информации о состоянии сети. Одним из возможных подходов к
решению
этой
проблемы
является
управление
статистическим
мультиплексированием в следующей последовательности:
выбора
целевых функций, характеризующих вероятность потерь данных из-за
несоответствия выделенной пропускной способности и текущему
значению трафика; контроля за числом разрешенных виртуальных
соединений для каждого класса сервиса; оптимизации (оптимального
35
перераспределения пропускной способности между соединениями) на
основе выбранного вероятностного показателя качества. Реализация
указанного
вероятностного
подхода наталкивается на
серьезные
трудности методологического и вычислительного характера. Поэтому
необходимы дальнейшие исследования по совершенствованию методов
оптимизации решения рассматриваемой задачи на основе оперативной
оценки состояния отдельных соединений и сети в целом, а также с
учетом специфических свойств случайных информационных потоков.
К числу перспективных информационных технологий следует
отнести новый подход по управлению информационными ресурсами с
помощью так называемых программных модулей (интеллектуальных
агентов), представляющих из себя перемещающиеся по сети фрагменты
исполняемого программируемого кода. В основе механизма управления
указанными агентами лежит не формирование и передача на объект
управления регулирующих сигналов, а воздействие на эти агенты,
реализующие требуемые алгоритмы управления. Каждый такой агент
обеспечивает управление доступными для него информационными
ресурсами с учетом набора собственных целевых функций внешних
воздействий и состояния объекта управления.
Как правило, управление и распределение трафика на сети
подчиняется следующей логической последовательности:
•
пользователь предоставляет сети информацию о параметрах
нагрузки потока или соединения, которое будет передавать данные в
сеть в течение некоторого времени. Среди параметров должны быть
специфицированы «пиковая скорость передачи», «средняя скорость
передачи», максимальная допустимая задержка и т.п.;
•
если сеть обладает достаточным количеством ресурсов для
обеспечения запрошенных параметров, то этот поток начинает
передавать данные в сеть, иначе запрос отвергается;
36
•
маршрутизатор осуществляет классификацию пакетов с целью
определения принадлежности потокам и классам обслуживания, в
результате чего становится возможным мониторинг нагрузки каждого
потока и определения соответствия текущих значений параметров
заявленным;
•
сеть осуществляет мониторинг нагрузки, поступающей от этого
потока, и если значения ее параметров превышают заданные в
начальный момент, то сеть предпринимает определенные действия по
ограничению нагрузки, называемые функциями «политики управления
нагрузкой» (policing), описанные подробно ниже.
Одной из важнейших функций сетей с коммутацией пакетов
является статистическое мультиплексирование, заключающееся в том,
что данные нескольких потоков «переменной скорости» (Variable Bit
Rate, далее — VBR) могут передавать данные через один разделяемый
канал, размер полосы пропускания которого меньше, чем сумма
пиковых скоростей всех потоков. В качестве примеров трафика VBRпотоков можно привести передачу видео, кодированного, например, при
помощи кодека MPEG, где размер кадров и, соответственно, размер
пакетов зависит от передаваемого типа кадра.
Очевидно, что пакеты мультиплексированных потоков совместно
используют не только полосу пропускания канала, но и ресурсы маршрутизаторов, через которые они проходят, т.е. буферные пространства,
время центрального процессора и т.д. Мультиплексированные потоки
конкурируют между собой за сетевые ресурсы, и чем больше
конкурентов,
тем меньше
вероятность,
что
некоторому потоку
достанутся ресурсы, удовлетворяющие запрашиваемые им параметры
качества обслуживания. Поэтому на сети необходимо реализовать
определенные механизмы, позволяющие регулировать количество
конкурирующих потоков в зависимости от требуемых ими параметров
37
качества обслуживания и доступных сетевых ресурсов [1, 4, 6, 8, 10, 23,
24, 25].
2.3. Архитектура сетевых механизмов обеспечения качества
обслуживания в сетях IP
Рассмотрим архитектуру сетевых механизмов обеспечения качества
обслуживания в сетях IP [10]. Помимо определения сетевых параметров
и спецификации норм для них, 13-ая Исследовательская комиссия МСЭТ проводит в настоящее время работы по идентификации и
стандартизации сетевых механизмов, обеспечивающих QoS в IPориентированных 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.
Архитектура
поддержки
QoS
определяет
набор
сетевых
механизмов, называемых конструктивными блоками. В настоящее время
38
определен начальный набор конструктивных блоков, отвечающих трем
логическим
плоскостям:
(информационной
плоскости
плоскости)
и
контроля,
плоскости
плоскости
данных
административного
управления (см. рисунок 2.3). На рисунке 2.3 изображена архитектура
сетевых механизмов обеспечения качества обслуживания в сетях IP.
ПЛОСКОСТЬ КОНТРОЛЯ
Управление
доступом
Маршрутизация
для QoS
Резервирование
ресурсов
Измерения
Правила
доставки
Управление
буферами
Формирование
трафика
Предотвращение
перегрузок
Организация и
диспетчеризаци
я очередей
Маркировка
пакетов
Правила обработки
трафика
Классификация
трафика
ПЛОСКОСТЬ ДАННЫХ
Восстановление
трафика
Соглашение об
уровне
обслуживания
ПЛОСКОСТЬ
АДМИНИСТРАТИВНОГ
О УПРАВЛЕНИЯ
Рис. 2.3. Архитектура сетевых механизмов обеспечения качества
обслуживания в сетях IP
Данная архитектура поддержки QoS определяет набор сетевых
механизмов, называемых конструктивными блоками. В настоящее время
определен начальный набор конструктивных блоков, отвечающих трем
логическим плоскостям:
 плоскости контроля;
 плоскости данных (информационной плоскости);
 плоскости административного управления.
[Яновский ГГ. Современные проблемы науки в области
телекоммуникаций. Эволюция и конвергенция].
Плоскость контроля.
Механизмы QoS контрольной плоскости оперируют с путями, по
которым передается трафик пользователей, и включают в свой состав:
39
 Управление допуском (Admission Control, AC)
 Маршрутизацию для QoS (QoS routing)
 Резервирование ресурсов (Resource reservation).
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. Далее мы рассмотрим
некоторые из перечисленных выше механизмов.
Механизмы поддержки качества обслуживания в сетях IP
Как было отмечено выше, переход к сетям следующего поколения,
построенным на базе стека протоколов IP, возможен 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-Т Y.1291 разделены по трем плоскостям – плоскости контроля,
плоскости данных и плоскости административного управления.
1. Механизмы QoS в плоскости контроля
Управление допуском (Call Admission Control).
Этот механизм контролирует новые заявки на пропуск трафика через
сеть, определяя, может 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
40
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 качества обслуживания.
Для удовлетворения требований определенных служб (например, при
чрезвычайных обстоятельствах), соответствующему трафику может
быть присвоен высший приоритет при доступе в сеть.
 Маршрутизация QoS (QoS routing).
Маршрутизация
QoS
обеспечивает
выбор
пути,
который
удовлетворяет требованиям к качеству обслуживания для конкретного
потока данных. Выбираемый путь может отличаться от
кратчайшего
пути. Процесс определения пути предполагает знание требований
к
качеству обслуживания со стороны потока данных и наличие
информации о доступных сетевых ресурсах. В настоящее время
предложено большое число
возможных методов определения наилучшего пути по критерию
QoS. Как правило, в вычислениях наилучшего пути в маршрутизации
QoS учитывается либо одна сетевая характеристика, либо, максимум,
две (производительность и задержка, стоимость и производительность,
стоимость и задержка и т.д.), с тем, чтобы сделать процесс вычислений
приемлемым для инженерных расчетов.
Резервирование ресурсов (Resource reservation).
В целом, необходимым условием для обеспечения резервирования
ресурсов является наличие ресурсов в сети. Резервирование ресурсов
широко использовалось в сетях АТМ при формировании постоянных
виртуальных соединений. В IP-ориентированных сетях наиболее
типичным
механизмом
резервирования
является
базирующийся на протоколе RSVP, рассматриваемом ниже.
41
механизм,
2. Механизмы QoS в плоскости данных
Управление буферами (Buffer management).
Управление буферами (или очередями) состоит в управлении
пакетами, стоящими в узлах в очереди на передачу. Основные задачи
управления очередями – минимизация средней длины очереди при
одновременном обеспечении высокого использования канала, а также
справедливое
различными
распределение
потоками
буферного
данных.
Схемы
пространства
управления
между
очередями
различаются, в основном, критерием, по которому отбрасываются
пакеты, и местом в очереди, откуда производится сброс пакетов (начало
или конец очереди). Наиболее простым критерием для сброса пакетов
является достижение очередью определенного порога, называемого
максимальной длиной очереди. Более распространены сегодня так
называемые механизмы активного управления очередями. Типичным
примеров является алгоритм RED (Random Early Detection, Раннее
случайное обнаружение перегрузки). При использовании алгоритма
RED поступающие в буфер пакеты сбрасываются на основании оценки
средней длины очереди. Вероятность сброса пакетов растет с ростом
средней длины очереди.
Предотвращение перегрузок (Congestion avoidance). Механизмы
предотвращения перегрузок поддерживают уровень нагрузки в сети
ниже ее пропускной способности. Обычный способ предотвращения
перегрузок состоит в уменьшении трафика, поступающего в сеть. Как
правило, команда уменьшить трафик влияет в первую очередь на
низкоприоритетные источники. Одним из примеров механизмов
предотвращения перегрузок является механизм окна в протоколе TCP.
42
Маркировка
пакетов
промаркированы
обслуживания.
в
(Packet
marking).
соответствии
Маркировка
с
обычно
Пакеты
могут
определенным
производится
быть
классом
во
входном
пограничном узле, где в специальное поле заголовка (Type of Service в
заголовке IP или DS-байт в заголовке DiffServ, см. ниже) вводится
определенное значение. Кроме того, маркировка применяется для тех
пакетов, которые могут быть удалены в случае перегрузки сети.
Организация и планирование очередей (Queuing and scheduling).
Цель механизмов этой группы – выбор пакетов для передачи из буфера в
канал. Большинство дисциплин обслуживания (или планировщиков)
основаны на схеме “первый пришел – первый обслуживается”. Для
обеспечения более гибких процедур вывода пакетов из очереди был
предложен ряд схем, основанных на формировании нескольких
очередей. Среди них, в первую очередь необходимо назвать схемы
приоритетного обслуживания. Другой пример гибкой организации
очереди – механизм взвешенной справедливой буферизации (Weighted
Fair Queuing, WFQ), когда ограниченная пропускная способность на
выходе узла распределяется между несколькими потоками (очередями) в
зависимости от требований к пропускной способности со стороны
каждого потока. Еще одна схема организации очереди основана на
классификации потоков по классу обслуживания (Class-Based Queuing,
CBQ).
Потоки
классифицируются
в
соответствии
с
классами
обслуживания и затем размещаются в буфере в различных очередях.
Каждой
очереди
пропускной
выделяется
способности
в
определенный
зависимости
от
процент
класса,
выходной
и
очереди
обслуживаются по циклической схеме.
Формирование трафика (Traffic shaping). Формирование или
управление характеристиками трафика предполагает контроль скорости
передачи пакетов и объема потоков, поступающих на вход сети. В
43
результате прохождения через специальные формирующие буферы
уменьшается пачечность исходного трафика, и его характеристики
становятся более предсказуемыми. Известны два механизма обработки
трафика – Leaky Bucket (“дырявое ведро”) и Token Bucket (“ведро с
жетонами”). Алгоритм Leaky Bucket регулирует скорость пакетов,
покидающих узел. Независимо от скорости входного потока, скорость на
выходе
узла
является
величиной
постоянной.
Когда
ведро
переполняется, лишние пакеты сбрасываются. В противоположность
этому, алгоритм Token Bucket не регулирует скорость на выходе узла и
не сбрасывает пакеты. Скорость пакетов на выходе узла может быть
такой же, как и на входе, если только в соответствующем накопителе
(ведре) есть жетоны. Жетоны генерируются с определенной скоростью и
накапливаются в ведре. Алгоритм характеризуется двумя параметрами –
скоростью генерации жетонов и размером памяти (.ведра.) для них.
Пакеты не могут покинуть узел, если в ведре нет жетонов. И наоборот,
сразу пачка пакетов может покинуть узел, израсходовав соответственное
число жетонов.
Правила обработки трафика
(Traffic policing).
Этот блок
принимает решение о том, соответствует ли поступающий от
транзитного узла к транзитному узлу трафик заранее согласованным
правилам обработки или контрактам. Обычно несоответствующие
пакеты отбрасываются. Отправители могут быть уведомлены об
отброшенных пакетах и обнаруженных причинах, а также о соблюдении
соответствия в будущем, обусловленного соглашениями SLA.
Классификация трафика (Traffic classification). Классификация
трафика может быть проведена на потоковом или пакетном уровне. На
входе в сеть в узле доступа (пограничном маршрутизаторе) пакеты
классифицируются для того, чтобы выделить пакеты одного потока,
характеризуемого общими требованиями к качеству обслуживания.
44
Затем трафик подвергается процедуре нормирования (механизм Traffic
Нормирование
Conditioning).
трафика
предполагает
измерение
параметров трафика и сравнение результатов измерений с параметрами,
оговоренным в контракте по трафику, известному как Соглашение об
уровне обслуживания (Service Level Agreement, SLA, см. ниже). Если
условия SLA нарушаются, то часть пакетов может быть отброшена.
Магистральные
маршрутизаторы,
составляющие
ядро
сети,
обеспечивают пересылку пакетов в соответствии с требуемым уровнем
QoS.
3. Механизмы QoS в плоскости административного управления
Измерения
(Metering).
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.
Заданные правила доставки (Policy). 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.
Восстановление
трафика
(Traffic
restoration).
Под
восстановлением трафика в данной Рекомендации понимается реакция
сети, смягчающая последствия в условиях отказа. Восстановление
45
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
АТМ. Восстановление на сетевом уровне (протокол IP) осуществляется
с помощью технологии MPLS.
Соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement).
Одним из основных понятий в концепции обеспечения требуемого
уровня
качества
обслуживания
в
современных
сетях
является
соглашение об уровне обслуживания. Первые SLA-контракты 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 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,
46
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 стоимость SLA может быть в несколько
раз выше стоимости гарантийного обслуживания [10].
Модель качества обслуживания [8]
С
учетом
вышеизложенного
качество
обслуживания
такой
распределенной системы, как сеть телекоммуникаций, может быть
представлена с позиций SLA, сформированного на основе требований
QoS пользователя услуги, и предложений поставщика услуги, а также:

ожидаемого QoS и предлагаемого QoS, которые отражают
качество услуги определяемое, соответственно, пользователем и
поставщиком до заключения соглашения;

полученного QoS и воспринимаемого QoS, которые отражают
качество реальной услуги со стороны поставщика и пользователя,
соответственно;
 согласованного
QoS, которое отражает подтвержденное сторонами
в SLA соответствие полученного и воспринимаемого QoS.
47
При таком подходе вначале (до заключения SLA) помимо
имеющихся в виде предлагаемого QoS возможностей поставщика
услуги, а также требований в виде ожидаемого QoS пользователя и
полученного
в
результате
SLA
согласованного
QoS,
вводятся
воспринимаемое пользователем и полученное поставщиком услуги QoS.
Это позволяет разграничить априори понимаемые пользователем и
поставщиком QoS, учесть этап согласования QoS и установить
взаимосвязь между предъявляемыми к QoS требованиями и свойствами
объекта, определяющими показатели QoS, которые подлежат контролю
и используются для управления объектом. Модель QoS, которая
учитывает связь пользователя с оператором через поставщика услуги и
фактически отражает зависимость ожидаемого и воспринимаемого
пользователем QoS от показателей и параметров QoS сети оператора,
выраженных предлагаемым (согласованным) и полученным QoS
поставщика услуги, представлена на рис. 5.
Окружение
Контракт
Пользователь
SLA
Объект
Поставщик услуг
Модель QoS услуги
Возможности QoS
Характеристики QoS
Параметры QoS
Сетевые аспекты
Требования QoS
Несетевые
аспекты
Ожидаемое QoS
Оператор
Показатели QoS
Параметры QoS
Управление QoS
Предложение QoS
Согласованное
QoS
Обязательства
QoS
Согласованное
QoS
Воспринимаемое
QoS
Полученное
QoS
НЕТ
Рис. 2.4 Модель QoS
Пусть окружение, в лице пользователя услуги, и объект, в лице
поставщика услуги и оператора сети, планируют заключить контракт на
48
предоставление
определенных
услуг,
которые
формулируются
пользователем на базе некой абстрактной модели услуги, а поставщиком
услуги - как возможность предоставления услуги с QoS, определенном
путем расчетов полученных результатов контроля.
Проведя согласование параметров характеристик модели услуги,
выраженных
в
требованиях
QoS
пользователя
с
параметрами
показателей QoS поставщика услуги, выраженными в предложениях
QoS, устанавливается соответствие сформулированных требований и
скорректированного
предложения.
В
результате
достигнутого
соответствия подготавливается SLA, в результате которого пользователь
понимает достигнутые соглашения как получение услуг с некоторым
ожидаемым QoS, а поставщик услуги придерживается достигнутого в
результате соглашения QoS, принимая его как обязательство по
предоставлению согласованной услуги. Для подготовки контракта на
предоставление такой услуги, проводится либо ее демонстрация
пользователю, с тем чтобы окончательно удостовериться в соответствии
предложения поставщика требованиям пользователя с последующим
принятием согласованного QoS, либо осуществляется дополнительная
корректировка требований и/или возможностей, в результате которой
также
устанавливается
согласованное
QoS.
При
установлении
согласованного QoS, заключается соответствующий контракт на
поставку оговоренной в SLA услуги, в противном случае, естественно,
такой контракт не может быть заключен.
Согласно
[26]
для
определения
Соглашения
об
уровне
обслуживания (SLA) необходимо определить следующие термины с
соответствующими определениями:
1) гарантированный уровень обслуживания: Заявленный оператором
уровень обслуживания, который он гарантированно обеспечивает на
основе соглашения об уровне обслуживания.
49
2) индивидуальное соглашение об уровне обслуживания: Соглашение
об
уровне
обслуживания,
определяющее
индивидуальные
гарантированные значения показателей качества услуги, порядок
взаимодействия и ответственность сторон.
3) мониторинг показателей: Система наблюдения за количественными
изменениями показателей качества услуги, их анализа и оценки, а
также разработки рекомендаций по предупреждению и устранению
нежелательных отклонений в уровне качества услуги.
4) соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement - SLA);
SLA:
документированное
соглашение
двух
и
более
сторон,
определяющее гарантированные значения показателей качества
услуги связи в соответствии с уровнем обслуживания, порядок
взаимодействия и ответственность сторон.
5) типовое соглашение об уровне обслуживания: Соглашение об уровне
обслуживания, определяющее один из уровней обслуживания,
предлагаемых оператором.
6) уровень
обслуживания:
Совокупность
показателей
качества
оказываемой абоненту услуги связи и их предельные значения.
По ГОСТ Р 55389 — 2012 соглашение об уровне обслуживания
(SLA) включает следующее:
• Услуга связи, оказываемая абоненту, характеризуется определенным
уровнем обслуживания. Оказание ряда услуг связи возможно с
установлением нескольких уровней обслуживания.
• Текст соглашения об уровне обслуживания составляется на русском
языке.
• Срок действия соглашения об уровне обслуживания соответствует
сроку действия договора на оказание услуги, неотъемлемой частью
которого оно является, если иное не оговорено в соглашении.
50
• Оператор может заключать с абонентами индивидуальные и типовые
соглашения об уровне обслуживания.
• Оператор может иметь несколько вариантов типовых соглашений об
уровне обслуживания в зависимости от уровня качества оказываемых
услуг связи и тарифов.
• Индивидуальные соглашения об уровне обслуживания заключаются
по
запросу
абонента
и
включают
в
себя
индивидуальные
гарантированные значения показателей качества услуги, порядок
взаимодействия и ответственность сторон.
• Индивидуальное
составляться
соглашение
об
применительно
уровне
ко
всем
обслуживания
услугам
может
оператора,
оказываемым абоненту.
Соглашение об уровне обслуживания определяет:
- номенклатуру показателей качества услуги связи;
- гарантированные значения показателей качества услуги связи;
- виды (приоритеты) неисправностей;
- процедуры взаимодействия сторон;
- ответственность сторон;
- условия и порядок перерасчета платы за услугу.
• Соглашение
оказываемой
об
уровне
оператором
обслуживания
услуги
определяет
через
ряд
качество
показателей,
сформулированных в понятных для абонента терминах.
• В целях обеспечения гарантированного выполнения обязательств
соглашения, заключенного с абонентом, и регулирования отношений
с партнерами оператор может заключать соглашения об уровне
обслуживания с другими операторами, принимающими участие в
процессе оказания услуги связи абоненту.
• Полную
ответственность
по
согласованным
гарантированным
значениям показателей качества услуги связи несет оператор,
51
непосредственно взаимодействующий с абонентом и заключивший с
ним соглашение об уровне обслуживания.
• Абонент имеет право на предъявление претензии оператору по
гарантированным
в
соглашении
об
уровне
обслуживания
обязательствам в рамках заключенного договора на оказание услуги
связи.
• Оператор может отказать абоненту в составлении соглашения об
уровне
обслуживания
при
условии
отсутствия
ресурсов,
необходимых для оказания услуги в требуемом объеме и с
требуемым качеством. Мотивированный отказ направляется абоненту
в письменном виде в случае письменного обращения абонента.
Базовая структура
Базовая структура соглашения об уровне обслуживания применима
ко всем услугам связи, независимо от используемых технологий.
В базовую структуру соглашения об уровне обслуживания входят
следующие разделы:
- вводная часть; в терминах, однозначно понимаемых оператором и
абонентом, и отражающих восприятие услуги абонентом.
В раздел может быть включена информация о нескольких услугах,
оказываемых абоненту, если они являются предметом индивидуального
соглашения об уровне обслуживания.
В разделе «Уровень обслуживания» представляется подробная
информация о согласованном уровне обслуживания:
- показателях качества услуги связи;
- гарантированных значениях показателей качества оказываемой
абоненту услуги связи и другое.
52
В разделе «Процедуры взаимодействия сторон» приводятся
процедуры взаимодействия оператора и абонента, относящиеся к
процессу оказания услуги: при выявлении и устранении неисправностей,
проведении профилактических, ремонтных и аварийных работ и другие.
В разделе «Компенсации» определяются:
- ответственность оператора перед абонентом при невыполнении
гарантированных обязательств;
- процедура разрешения споров и разногласий.
Штрафные санкции за оказание услуги ненадлежащего качества в
части согласованного уровня обслуживания могут представлять собой:
- уменьшение ежемесячной платы за услугу;
- предоставление скидок;
- расторжение контракта;
- предоставление бесплатных сервисов и другое.
В разделе «Сервисное обслуживание» представляется следующая
информация:
- описание услуг сервисной поддержки;
- контактные данные службы сервисной поддержки (телефонный
номер и номер факса, адрес
электронной почты, почтовый адрес и другое);
- график работы службы сервисной поддержки;
- процедура взаимодействия сторон при сервисном обслуживании;
- приоритеты поступающих от абонентов запросов;
- время реакции на запросы различных приоритетов;
- время решения проблем;
- контактные лица и другое.
В
разделе
«Конфиденциальность»
указывается
конфиденциальности соглашения, информации и документов.
53
уровень
В разделе «Актуализация» перечисляются изменения, допустимые
для внесения в соглашение об уровне обслуживания, и описывается
процедура внесения изменений.
Соглашение
об
уровне
обслуживания
подписывается
полномочными представителями сторон в разделе «Подписи сторон».
Показатели качества
Определение показателей качества оказываемой абоненту услуги
связи является необходимым элементом соглашения об уровне
обслуживания.
В соглашении об уровне обслуживания приводятся полные и
сокращенные
наименования
показателей
качества
услуги
связи.
Формулировки показателей качества услуги должны быть понятны
абоненту и иметь однозначное толкование сторонами.
Показатели качества услуги связи, включаемые в соглашение об
уровне обслуживания, делятся на две категории:
- специальные - показатели, установленные для соответствующего
вида услуг связи и/или сетей;
- общие - показатели, не зависящие от услуг и/или технологий.
В соглашение об уровне обслуживания включаются показатели,
характеризующие качество услуги связи с учетом качества работы сети,
на базе которой оказывается услуга, и качества обслуживания по
наиболее значимым для абонента потребительским свойствам услуги:
- доступности (готовности) услуги;
- качеству передачи;
- качеству обслуживания.
Показатели, включаемые в соглашение об уровне обслуживания,
должны поддаваться измерению и количественной оценке.
54
В соглашение об уровне обслуживания могут включаться как
прямые показатели (например, «время простоя»), так и косвенные
показатели качества услуги, которые рассчитываются как функции
прямых показателей (например, «коэффициент готовности»).
В соглашение об уровне обслуживания включаются наиболее
существенные для каждой из сторон соглашения показатели качества
услуги связи.
Гарантированные значения показателей качества услуги связи
устанавливаются на основе действующих на момент составления
соглашения об уровне обслуживания федеральных и отраслевых
документов:
- федеральных законов;
- технических регламентов;
- национальных стандартов;
- руководящих документов;
- правил оказания услуг;
- приказов и других документов.
При
наличии
документов,
устанавливающих
обязательные
количественные требования к тем или иным показателям качества
услуги,
включаемые
в
соглашение
об
уровне
обслуживания
гарантированные значения этих показателей должны быть не хуже
регламентированных.
В качестве гарантированных значений показателей качества услуги
могут
использоваться
нормативные
значения,
представленные
в
стандартах предприятий связи, используемые в практике российских
операторов, а также в международной практике, если они не
противоречат требованиям действующих федеральных и отраслевых
регламентирующих документов.
55
Для показателей качества, гарантированные значения которых не
могут
быть
показателей
определены
качества
согласно
услуги
гарантированным
связи,
предельные
значениям
значения
устанавливаются путем анализа имеющегося у оператора массива
статистических данных по этим показателям за статистически значимый
период времени.
Процедура выбора предельных значений показателей качества
услуги связи включает в себя:
- предварительный отбор предельных значений показателей;
- сбор статистических данных о качестве услуги;
- оценку показателей качества услуги на основе собранных
статистических данных;
- оценку частоты несоответствий предельным значениям и
финансовых потерь от применения штрафных санкций;
- коррекцию и согласование предельных значений показателей.
Выбранные в рамках соглашения об уровне обслуживания
гарантированные значения показателей не должны приводить к
несоблюдению гарантированных значений показателей качества услуг,
оказываемых оператором другим абонентам.
Установленные соглашением об уровне обслуживания показатели
качества могут быть объединены в единый индекс качества услуги
связи. При этом в соглашении об уровне обслуживания определяются
весовые коэффициенты каждого показателя качества услуги.
Мониторинг показателей качества
Мониторинг показателей качества, характеризующих уровень
обслуживания
оказываемой
абоненту
услуги
связи,
необходимым условием соглашения об уровне обслуживания.
56
является
Мониторинг
производиться
показателей
оператором
автоматическом
режиме
качества
как
с
услуги
«ручным
применением
связи
методом»,
так
может
и
в
аппаратно-программных
средств.
При организации мониторинга показателей качества услуги связи в
рамках соглашения об уровне обслуживания предпочтительными
являются автоматические методы, позволяющие производить контроль
гарантированных показателей в непрерывном режиме.
Используемые
оператором
при
организации
мониторинга
показателей качества услуги связи аппаратно-программные средства
подлежат сертификации, декларированию и лицензированию согласно
установленным требованиям к их применению на сети электросвязи
Российской Федерации .
Стороны
соглашения
об
уровне
обслуживания
согласуют
процедуры проведения измерений в рамках мониторинга показателей
качества услуги.
В соглашение об уровне обслуживания может не включаться
описание самого процесса измерения, который зависит от применяемой
технологии и не входит в зону компетенции абонента.
По желанию абонента оператор предоставляет ему возможность
контроля выполнения условий соглашения об уровне обслуживания
путем организации доступа к своей системе мониторинга показателей
качества услуги.
Результаты
мониторинга
показателей
качества
оказываемой
абоненту услуги связи подлежат хранению в течение установленного
соглашением срока.
Архивные данные мониторинга показателей качества услуги
выдаются оператором по запросу абонента в соответствии с условиями
соглашения.
57
Оператор обеспечивает резервное копирование и восстановление
результатов мониторинга показателей качества оказываемой абоненту
услуги связи.
При необходимости (во внештатных ситуациях) приостановить
сбор данных в рамках мониторинга показателей качества услуги
оператор информирует об этом абонента в установленный соглашением
срок.
Функционирование системы мониторинга показателей качества
оказываемой абоненту услуги связи, включенных в соглашение об
уровне
обслуживания,
регламентируется
положением
о
системе
мониторинга оператора.
Оценка показателей качества
Оценка показателей качества услуги связи производится на
соответствие их фактических значений гарантированным значениям,
определенным в соглашении об уровне обслуживания.
Оператор обеспечивает объективность производимых им оценок
показателей качества оказываемой абоненту услуги связи.
Оценка показателей качества услуги связи может производиться
оператором самостоятельно и/или с привлечением третьей независимой
стороны (мониторинг, аудит, сертификация), обладающей требуемой
компетенцией.
Оператор обеспечивает абоненту возможность самостоятельно
производить оценку показателей качества оказываемой ему услуги связи
на соответствие гарантированным значениям согласно условиям
соглашения об уровне обслуживания при наличии технической
возможности.
Порядок оценки показателей качества услуги связи, включенных в
соглашение об уровне обслуживания, должен быть понятен абоненту.
58
В соглашение об уровне обслуживания может быть включена
методология оценки показателей качества услуги связи.
Оценка
показателей
качества
услуги
связи
в
рамках
межоператорского соглашения об уровне обслуживания производится
на условиях единого методического подхода к оценке и сопоставимости
результатов.
Оценка показателей качества оказываемой абоненту услуги связи
планируется
на
весь
период
действия
соглашения
об
уровне
обслуживания.
Оператор обеспечивает своевременное выявление нарушений
условий соглашения об уровне обслуживания, информирует согласно
установленному соглашением порядку абонента о выявленных случаях
несоответствия текущего уровня качества оказываемой услуги связи
гарантированному уровню обслуживания.
Отчетность
Соглашение
об
уровне
обслуживания
предусматривает
необходимость организации механизмов информирования абонента о
текущем уровне обслуживания. Устанавливается порядок, средства
информирования, полнота и периодичность отчетности оператора об
уровне обслуживания по гарантированным показателям качества
оказываемой абоненту услуги связи.
Оператор с определенной в соглашении об уровне обслуживания
периодичностью составляет отчеты о качестве оказываемой абоненту
услуги связи.
Отчеты для абонента включают в себя информацию в соответствии
с условиями соглашения:
- качество оказанной услуги связи;
- выполнение требований соглашения об уровне обслуживания.
59
Отчет о качестве оказанной абоненту услуги связи содержит оценку
достигнутого уровня качества по гарантированным показателям. Отчет
направляется
абоненту
согласно
установленной
в
соглашении
периодичности.
Отчет
о
выполнении
требований
соглашения
об
уровне
обслуживания содержит краткую оперативную информацию о текущих
оценках показателей качества оказываемой абоненту услуги связи.
Отчет направляется абоненту в соответствии с условиями соглашения.
Отчеты должны содержать информацию по каждой точке (группе
точек) доступа к оказываемой абоненту услуге связи.
При предоставлении абоненту отчетов оператор обеспечивает их
достоверность и своевременность.
Оператор
обеспечивает
защиту
отчетной
информации,
направляемой абоненту.
Разногласия сторон по результатам оценки достигнутого уровня
качества услуги по гарантированным показателям разрешаются в
соответствии с условиями соглашения.
Актуализация
Соглашение об уровне обслуживания должно поддерживаться в
актуальном состоянии.
Допускается пересмотр и корректировка соглашения об уровне
обслуживания по инициативе каждой из сторон.
Актуализация соглашения об уровне обслуживания производится
путем
документирования
и
согласования
изменений.
60
сторонами
вносимых
Классификация пакетов
Классификация пакетов (packet classification) представляет собой
средство, позволяющее отнести пакет к тому или иному классу трафика
в зависимости от значения одного или нескольких полей пакета.
Распознающая функция может быть как очень простой, так и весьма
сложной.
Ниже
перечислено
несколько
различных
способов
классификации пакетов.
•
Распознающая функция IP-потока зависит от пяти параметров:
адреса источника IP-пакета, адреса назначения IP-пакета, поля
протокола IP, порта источника и порта назначения.
•
Распознающая функция зависит от значения поля IP-приоритета
или поля кода дифференцированной услуги (DSCP).
•
Распознающая функция зависит от других параметров заголовка
TCP/IP- пакета, таких, как длина пакета.
•
Распознающая функция зависит от МАС-адреса источника и МАСадреса назначения пакета.
•
Распознающая функция зависит от используемых приложением
номеров портов, адресов URL (Universal Resource Locator —
универсальный указатель информационного ресурса) и т.д. Данная
функциональная возможность реализована в продуктах Cisco в виде
метода распознавания приложений на основе сетевых параметров
(Network Based Application Recognition — NBAR).
Чтобы задать критерий совпадения пакетов на основании различных
параметров потока, можно использовать списки доступа. Кроме того,
списки доступа могут быть использованы и для идентификации пакетов
на основе значения поля IP-приоритета или поля DSCP. Распознавание
приложений
на основе сетевых параметров
(NBAR)
позволяет
маршрутизаторам идентифицировать трафик отдельных приложений,
61
позволяя таким образом проводить классификацию пакетов на основе
сгенерировавших их программных средств.
Классификация пакетов может быть основана также и на внутренних
параметрах маршрутизатора. Примером подобной классификации
является идентификация пакетов на основании входного интерфейса
маршрутизатора или идентификация пакетов на основании значения
поля QoS-группы, относящегося к внутренней по отношению к
маршрутизатору структуре данных пакета. Перечисленные выше
механизмы классификации пакетов поддерживаются всеми функциями
качества обслуживания как часть модульного интерфейса командной
строки QoS.
Классификацию пакетов часто называют также маркировкой (packet
marking) или раскраской пакетов (packet coloring). Все пакеты,
принадлежащие определенному классу трафика, "окрашиваются" в
соответствующий цвет.
Маркировка пакетов
Маркировка
пакетов
используется
для
идентификации
соответствующего им класса трафика. Пакеты могут быть маркированы
путем установки значения поля IP- приоритета или поля кода
дифференцированной услуги (DSCP), расположенных в заголовке IPпакета,
а
также
путем
установки
значения
поля
QoS-группы,
относящегося к внутренней по отношению к маршрутизатору структуре
данных пакета.
62
Табл. 2.1
Комбинации битов IP-приоритета
Значение IP-
Биты IP-
Название IP-приоритета
приоритета
приоритета
0
000
Стандартный
1
001
Приоритетный
2
010
Немедленный
3
011
Срочный
4
100
Сверхсрочный
5
101
Критический
6
110
Межсетевое управление
7
111
Сетевое управление
IР-приоритет
Поле IP-приоритета, расположенное в заголовке IP-пакета, указывает
на относительный приоритет при обработке соответствующего пакета
данных. Поле IP- приоритета состоит из трех битов байта типа
обслуживания (Type of Service — ToS). Помимо битов IP-приоритета,
байт ToS содержит биты типа обслуживания (ToS- биты). ToS-биты
были предназначены для хранения значений, определяющих способ
обработки соответствующего пакета данных в сети, однако на практике
они не получили широкого распространения. В табл. 2.1 перечислены
все допустимые комбинации битов IP-приоритета вместе с их
значениями и названиями
В мультисервисных сетях применяют три типа обеспечения
качества обслуживания: негарантированное, гарантированное Int и
DiffServ.
В настоящее время существует три основные сервисные модели
QoS:
63
Best
Effort
Service.
Негарантированная
доставка.
Абсолютное
отсутствие механизмов QoS. Используются все доступные ресурсы сети
без какого-либо выделения отдельных классов трафика и регулирования.
Считается, что лучшим механизмом обеспечения QoS является
увеличение пропускной способности . Это в принципе правильно,
однако
некоторые
чувствительны
к
виды
трафика
задержкам
(например,
пакетов
и
голосовой)
вариации
очень
скорости
их
прохождения. Модель Best Effort Service даже при наличии больших
резервов допускает возникновение перегрузок в случае резких всплесков
трафика. Поэтому были разработаны и другие подходы к обеспечению
QoS.
Integrated Service (IntServ). Integrated Service (IntServ, RFC 1633) модель интегрированного обслуживания. Может обеспечить сквозное
(End-to-End)
качество
обслуживания,
гарантируя
необходимую
пропускную способность. IntServ использует для своих целей протокол
сигнализации RSVP. Позволяет приложениям выражать сквозные
требования к ресурсам и содержит механизмы обеспечения данных
требований. IntServ можно кратко охарактеризовать как резервирование
ресурсов (Resource reservation).
Differentiated Service (DiffServ). Differentiated Service (DiffServ, RFC
2474/2475) - Модель дифференцированного обслуживания. Определяет
обеспечение
QoS на
основе
четко
определенных
компонентов,
комбинируемых с целью предоставления требуемых услуг. Архитектура
DiffServ предполагает наличие классификаторов и формирователей
трафика на границе сети, а также поддержку функции распределения
ресурсов в ядре сети в целях обеспечения требуемой политики
пошагового обслуживания (Per-Hop Behavior - PHB). Разделяет трафик
на классы, вводя несколько уровней QoS. DiffServ состоит из
следующих
функциональных
блоков:
64
граничные
формирователи
трафика
(классификация
интенсивностью)
и
пакетов,
реализаторы
PHB
маркировка,
политики
управление
(распределение
ресурсов, политика отбрасывания пакетов). DiffServ можно кратко
охарактеризовать как приоритезацию трафика (Prioritization) [27].
Базовые функции QoS заключаются в обеспечении необходимых
параметров сервиса и определяются по отношению к трафику как:
классификация, разметка, управление перегрузками, предотвращение
перегрузок и регулирование. Функционально классификация и разметка
чаще всего обеспечиваются на входных портах оборудования, а
управление и предотвращение перегрузок – на выходных.
Для иллюстрации того, как различные механизмы поддержки QoS
могут быть использованы в стандартизованных методах обеспечения
требуемых показателей качества обслуживания, далее мы рассмотрим
два наиболее широко применяемых в настоящее время подхода при
решении задачи обеспечения качества обслуживания: Интегрированные
услуги (IntServ) и Дифференцированные услуги (DiffServ).
В рамках этих сервисных моделей существует ряд технологий,
способных обеспечить качество обслуживания в сетях:
–– обеспечение перекрывающей пропускной способности;
–– установление приоритетов в виртуальных сетях;
–– технология IntServ и протокол RSVP;
–– технология DiffServ;
–– организация приоритетных очередей в маршрутизаторах.
Обеспечение перекрывающей пропускной способности
Использование высокоскоростных каналов связи, предоставляемых,
например, технологиями Fast/Gigabit Ethernet, при достаточно низкой
загрузке сети позволяет избежать возникновения узких мест в сети.
Низкая задержка и небольшая амплитуда дрожания достигаются за счёт
65
отказа от маршрутизации и других методов, способных вызвать потерю
пакетов и их повторную передачу. Однако в подавляющем большинстве
случаев всё же необходим жёсткий контроль за распределением
трафика.
Установление приоритетов в виртуальных сетях
Комитетом IEEE 802 разработаны стандарты IEEE 802.1Q и IEEE
802.1p, которые должны обеспечить взаимодействие виртуальных сетей
и гарантировать пользователям необходимое качество обслуживания на
основе присвоения приоритета. Механизм присвоения приоритета
основан на указании приоритета передаваемого кадра. Этот механизм
описан в стандарте IEEE 802.1p. Новые поля в кадре, которые служат
для указания приоритета, регламентированы стандартом IEEE 802.1Q.
К
кадру
Ethernet
добавлены
два
байта.
Они
определяют
принадлежность кадра к определённой виртуальной сети и его
приоритет. Можно задать до восьми уровней приоритета, благодаря
чему происходит распределение кадров по очередям коммутатора. Этот
механизм позволяет без задержек обрабатывать чувствительный к
дрожанию трафик. Но поскольку отсутствует механизм контроля за
действием
пользователей
по
запросу
на
приоритет,
сетевой
администратор должен осуществлять контроль за поведением трафика.
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)
Класс 1 - Приложения реального времени, чувствительные к джиттеру,
интерактивные (VoIP, видеоконференции)
66
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
С точки зрения экономической целесообразности необходимо
стремиться к наиболее полной загрузке сетевых ресурсов, чтобы
передавать в обусловленные промежутки времени как можно большие
объемы данных. Но пульсации трафика, существующие в пакетных
сетях, не позволяют добиться качественного обслуживания при
нагрузках, приближенных к максимальным для данной сети. Сеть
работает эффективно, когда каждый её ресурс существенно загружен, но
не
перегружен.
Следовательно,
с
одной
стороны,
необходимо
стремиться к улучшению качества обслуживания трафика, т.е. стараться
снизить задержки в продвижении пакетов, уменьшить потери пакетов и
увеличить
интенсивности
потоков
трафика,
с
другой
стороны,
необходимо стараться максимально увеличить загрузку всех ресурсов
сети с целью повышения экономических показателей. Компромисс в
достижении вышеупомянутых целей необходимо искать на пути
использования средств и механизмов борьбы с перегрузками в сети, а
именно:
- осуществлять
рациональную
настройку
параметров
сетевого
оборудования с целью недопущения бесконтрольного увеличения
интенсивности входных потоков;
- реализовывать алгоритмы управления очередями, оптимизированные к
условиям работы сетевого оборудования и к условиям SLA;
- оптимизировать пути прохождения трафика через сеть, пытаясь
максимизировать
загрузку
дорогостоящих
67
элементов
сети
при
соблюдении заданных требований к качеству обслуживания потоков
данных.
На данный момент существует несколько вариантов реализации
QoS в сетях, но каждый из них не оптимален.
Для обеспечения качества обслуживания в рамках сетевых
элементов используются следующие средства QoS:
- классификация, идентификация и маркирование потоков;
- управление перегрузкой, организация очередей, дифференцированное
обслуживание потоков;
- избежание перегрузок, предотвращение заполнения очередей, а также
принятие мер для общего снижения вероятности перегрузок;
- повышение эффективности канала, методы уменьшения задержек на
низкоскоростных каналах;
- управление сетевым трафиком, сетевое планирование и оптимизация.
Для
осуществления
функций
контроля
и
управления
интенсивностью трафика, а также обеспечения качества обслуживания
существуют
специальные
алгоритмы,
которые
основываются
на
принципе "корзины маркеров" (Token Bucket) или его модификациях.
Этот алгоритм имеет два режима функционирования - полисинг (trafficpolicing), при котором происходит сбрасывание неконформной нагрузки,
а также шейпинг (traffic-shaping). буферизующий неконформные
пакеты. Алгоритм полисинга используется для измерения и управления
интенсивностью трафика. Профиль трафика задается согласованным
размером всплеска трафика Вс за определенный интервал времени Тс.
При этом интенсивность генерирования маркеров (CIR) определяется
как CIR = Вс /Тс.
Алгоритм шейпинга, в отличие от полисинга, пакеты, не
соответствующие заданному профилю, не отбрасывает, а буферизует и
обрабатывает при первой возможности. Это позволяет уменьшить
68
потери при дальнейшей обработке трафика, но задержки, которые
вносятся, ограничивают применение алгоритма для систем обработки
информации реального времени.
Таким образом, шейпинг и полисинг можно классифицировать как
методы статического задания пропускной способности.
Алгоритмы управления очередями – это механизмы борьбы с
перегрузками
в
сетях.
Наиболее
распространенным
механизмом
обслуживания очередей является алгоритм FIFO. Он достаточно
эффективен,
но
не
предусматривает
приоритетной
обработки
чувствительного к задержкам трафика путем его перемещения во главу
очереди, проведения действий по предотвращению перегрузки или
уменьшению размера очереди для снижения времени задержки.
Алгоритм произвольного раннего обнаружения (Random Early
Detection. RED) [9, 10] позволяет предотвратить перегрузку сети путем
превентивного отбрасывания пакетов для уведомления о возможной
перегрузке
источников
TCP-соединения
с
помощью
механизма
сквозного адаптивного управления с обратной связью. Этот метод
позволяет смягчить эффект от потери пакетов при больших нагрузках.
Данный алгоритм, изначально разработанный для протокола TCP, может
быть применим к трафику любого протокола, когда сеть не гарантирует
доставки. Модификация этого алгоритма - взвешенный алгоритм
произвольного раннего обнаружения (Weighted Random Early Detection WRED), позволяющий настраивать различные RED-параметры в
зависимости от значения поля IP-приоритета или класса трафика.
Алгоритм WRED на основе потока (flow WRED) представляет собой
расширение
алгоритма
WRED,
предусматривающее
возможность
назначения штрафа с ненулевой вероятностью тем потокам, которые
пытаются завладеть слишком большой долей доступных ресурсов.
Алгоритм явного уведомления о перегрузке (Explicit Congestion
69
Notification.
ECN)
позволяет
предупредить
TCP-источник
о
начинающейся перегрузке сети путем маркировки (а не отбрасывания)
пакетов.
Метод приоритетных очередей используется для обслуживания
трафика, чувствительного к задержкам и имеющего небольшую
интенсивность, например, голосового. При обслуживании трафика,
чувствительного к задержкам, но имеющего большую интенсивность,
например, видеотрафика, качество обслуживания других типов трафика
будет
очень
обслуживание
низким.
В
очередей
отличие
от
приоритетного,
заказное
обеспечивает
минимальную
полосу
пропускания для каждого типа трафика.
Очереди на основе классов (Class Based Queuing. CBQ) - это
алгоритм, при котором трафик делится на несколько классов. Каждый
класс имеет собственную очередь и ему выделяется некоторая часть
пропускной способности канала.
Взвешенная справедливая очередь (Weighted Fair Queuing. WFQ) частный случай CBQ. когда классам соответствуют независимые потоки.
Выделение дополнительной пропускной способности для больших
потоков позволяет уменьшить задержку при их обработке.
Интегрированная служба IntServ и дифференцированная служба
DifServ были разработаны для предоставления качества обслуживания в
сетях Internet. Эти службы не определяют специальные протоколы
маршрутизации
или
их
выполнение,
они
представляют
собой
методологии или архитектуры, добавляющие маршрутизаторам новую
функциональность,
позволяющую
запрашивать
уровень
QoS
непосредственно из сети.
Архитектура IntServ предлагает два вида услуг: гарантированный
сервис и сервис с максимальными усилиями. Каждый пакет связывается
с потоком данных и механизм IntServ позволяет пользователю запросить
70
необходимое качество обслуживания для всего потока, при этом
обеспечивается
предварительное
планирование
и
резервирование
ресурсов. В качестве сигнального протокола предлагается протокол
резервирования ресурсов (Resource Reservation Protocol - RSVP),
который позволяет конечным приложениям, требующим определенные
гарантированные услуги, проводить сквозную сигнализацию своих QoSтребований.
К
недостаткам
архитектуры
IntServ
относятся
проблемы
масштабирования, не позволяющие эффективно использовать ее в
крупных сетях и, в особенности, в Internet. характеризующейся
наличием десятков тысяч потоков трафика.
Другим способом обеспечения QoS в сетях является архитектура
DifServ, которая была разработана с целью обеспечения поддержки
легкомасштабируемых дифференцированных услуг в пределах Internet.
Архитектура DifServ - модель, обеспечивающая параметры QoS не на
базе
потоков,
а
на
основании
требований
различных
групп
пользователей, дифференцируя трафик по установленному номеру
класса. Такой механизм снижает объем служебной информации по
сравнению с архитектурой IntServ. Модель DifServ поддерживает три
вида обслуживания: гарантированное обслуживание, обслуживание с
предпочтением и сервис с максимальными усилиями. DifServ не требует
сложного и дорогого оборудования в сети - в этом ее преимущество
перед IntServ. Недостаток данной модели заключается в том, что,
несмотря на высокий приоритет, данные все равно могут быть
подвержены непредсказуемым задержкам при перегрузках в сети.
Дополняющим компонентом к DifServ является технология
многопротокольной коммутации по меткам MPLS, позволяющая
оптимизировать распределение трафика с различными требованиями к
71
качеству обслуживания и поддерживающая механизмы маркировки
пакетов и управления очередями.
Для обеспечения качества услуг IP-сети применяются следующие
классы алгоритмов
• Классификация, мониторинг, допуск и управление нагрузкой
• Алгоритмы управления очередями
• Алгоритмы по планированию обслуживания пакетов
Рассмотрим подробнее данные механизмы.
2.4 Классификация, мониторинг, допуск и управление нагрузкой.
2.4.1. Управление допуском нагрузки в сеть
Как правило, управление и распределение трафика на сети
подчиняется следующей логической последовательности:
• пользователь предоставляет сети информацию о параметрах
нагрузки потока или соединения, которое будет передавать данные в
сеть в течение некоторого времени. Среди параметров должны быть
специфицированы «пиковая скорость передачи», «средняя скорость
передачи», максимальная допустимая задержка и т.п.;

если сеть обладает достаточным количеством ресурсов для
обеспечения запрошенных параметров, то этот поток начинает
передавать данные в сеть, иначе запрос отвергается;

маршрутизатор осуществляет классификацию пакетов с целью
определения принадлежности потокам и классам обслуживания, в
результате чего становится возможным мониторинг нагрузки каждого
потока и определения соответствия текущих значений параметров
заявленным;

сеть осуществляет мониторинг нагрузки, поступающей от этого
потока, и если значения ее параметров превышают заданные в
72
начальный момент, то сеть предпринимает определенные действия по
ограничению нагрузки, называемые функциями «политики управления
нагрузкой» (policing)/
Отметим, что в англоязычной литературе достаточно широко используется термин traffic conditioning, определяющий совокупность
четырех базовых функций работы с нагрузкой (далее — «функции
контроля
соответствия
нагрузки
заданным
параметрам»):
мониторинга, маркировки, сглаживания и сброса.
Одной из важнейших функций сетей с коммутацией пакетов
является статистическое мультиплексирование, заключающееся в том,
что данные нескольких потоков «переменной скорости» (Variable Bit
Rate, далее — VBR) могут передавать данные через один разделяемый
канал, размер полосы пропускания которого меньше, чем сумма
пиковых скоростей всех потоков. В качестве примеров трафика VBRпотоков можно привести передачу видео, кодированного, например, при
помощи кодека MPEG, где размер кадров и, соответственно, размер
пакетов зависит от передаваемого типа кадра.
Очевидно, что пакеты мультиплексированных потоков совместно
используют не только полосу пропускания канала, но и ресурсы
маршрутизаторов,
через
которые
они
проходят,
т.е.
буферные
пространства, время центрального процессора и т.д
Мультиплексированные потоки конкурируют между собой за
сетевые ресурсы, и чем больше конкурентов, тем меньше вероятность,
что
некоторому
потоку
достанутся
ресурсы,
удовлетворяющие
запрашиваемые им параметры качества обслуживания. Поэтому на сети
необходимо
реализовать
определенные
механизмы,
позволяющие
регулировать количество конкурирующих потоков в зависимости от
требуемых ими параметров качества обслуживания и доступных сетевых
ресурсов.
73
Функции
управления
допуском
нагрузки
в
сеть
являются
превентивными и относятся к классу механизмов управления нагрузкой
«неявная обратная связь» (implicit feedback). Функции управления
допуском нагрузки в сеть, как правило, реализуются на уровне
соединений, но могут быть использованы на уровне пачек (burst level):
•
на уровне соединения — функции управления допуском нагрузки
в сеть называются «управление допустимостью соединения» (Connection
Admission Control, далее — САС);
•
на уровне пачек — функции управления допуском нагрузки в сеть
называются «управление допустимостью передачи пачки» (Burst
Admission Control, далее — ВАС).
Классификация нагрузки
После успешного прохождения процедуры допуска нагрузки в сеть,
источник начинает передавать данные. В соответствии с правилами
предоставления услуги с заданным качеством обслуживания, значения
параметров нагрузки, поступающей от пользователя, не должны
превышать заявленных.
Нарушение параметров может иметь место как по причине
неправильного функционирования пользовательского приложения, так и
может быть преднамеренно санкционировано. Именно для этого
необходима реализация мониторинга (измерения) нагрузки каждого
потока и определения соответствия текущих значений параметров
заявленным.
В соответствии с продекларированным ранее принципом CQS в
маршрутизаторе,
поддерживающим
различные
классы
качества
обслуживания, должна быть реализована функция классификации на
сетевом уровне, результатом функционирования которой будет передача
поступившего пакета в очередь определенного класса обслуживания, на
74
входе которой производится измерение параметров потока, к которому
принадлежит этот пакет.
Контроль нагрузки и политика управления нагрузкой
Значения параметров нагрузки нового потока были определены при
помощи САС или ТСА, но эти значения могут быть превышены
(нарушены). Это происходит, как правило, по вине пользователя или
пользовательского приложения, зачастую преднамеренно например,
увеличение нагрузки приводит к изменению значений ряда параметров,
характеризующих поток. Очевидно, что в результате превышения
значений параметров для обслуживания данного потока будет потрачено
больше ресурсов, чем было рассчитано. Это может привести к
несоблюдению значений параметров качества обслуживания других
потоков и, в результате, к неработоспособности сети.
Для
динамического
агрегированных
классов
контроля
параметров
качества
обслуживания
каждого
из
необходимо
осуществлять измерение нагрузки и сравнение значений ее параметров с
существующими (отметим, что в случае использования архитектуры
DiffServ значения параметров задаются в ТСА или САС, в остальных
случаях значения могут быть заданы администратором сети с целью
обеспечения необходимых параметров функционирования). В случае,
если пакет не соответствует требуемым параметрам, он обслуживается,
в противном случае — маркируется или сбрасывается.
Мониторинг нагрузки
Известно, что каждому поступающему в некоторый маршрутизатор
потоку пакетов для корректной их обработки необходимо предоставить
определенное количество таких ресурсов, как, например, буферное
пространство, процессорное время, полоса пропускания исходящего
канала.
75
Очевидно, что при условии выполнения следующего соотношения
каждому поступающему в рассматриваемый маршрутизатор потоку
предоставляются
гарантии
по
полосе
пропускания
(bandwidth
guarantees):

∑ [] ≤ 
=1
где Income[j] — максимальная запрашиваемая полоса пропускания
потока
j,
Out
—
полоса
пропускания
исходящего
канала
маршрутизатора.
Для предоставления гарантий по полосе пропускания для реальной
сети необходимо выполнение двух условий: максимально допустимое
количество байт в некоторый промежуток времени. В случае, если
сумма не превышает значение N, поступивший пакет помешается в
очередь, иначе — сбрасывается.
2.4.1 Алгоритмы управления интенсивностью трафика
Leaky Bucket. Классический алгоритм, предложенный в 1986 году
J.S. Turner, получил невероятное развитие — как будет показано ниже,
даже современные «продвинутые» алгоритмы управления и измерения
нагрузки используют те же принципы.
Для того, чтобы понять как функционирует данный алгоритм,
рассмотрим простой пример. Пусть существует ведро некоторой
определенной высоты, в дне которого есть отверстие. В ведро
наливается вода, которая выливается через отверстие в дне с
определенной постоянной скоростью. Очевидно, что поступающая вода
поместится в ведро при условии, что в нем есть место, иначе выльется
через край. Таким образом, можно провести аналогию между описанной
схемой и буфе¬ом, рассматриваемым в непрерывном времени (fluid
76
flow), и именно поэтому алгоритм называется Leaky Bucket («дырявое
ведро»).
Одной из главных задач алгоритма Leaky Bucket является
измерение и соответствующее управление поступающей нагрузкой, для
чего используется счетчик.
Отметим, что в «продвинутых» алгоритмах на основе Leaky Bucket
сравнение суммы может осуществляться с некоторым заданным
значением,
называемым
максимальным
размером
«порог»,
физически
буфера.
В
не
результате
являющимся
этого
пакет,
определенный как «вне профиля», может быть не сброшен, а
маркирован, например, с более низким, относительно изначального,
приоритетом.
Реализация
сглаживания
на
базе
алгоритма
Leaky
Bucket
достаточно проста и может быть выполнена на базе буфера, содержимое
которого считывается с определенной постоянной скоростью. В данном
случае
осуществляется
управление
нагрузкой
–
контролируется
максимальное количество трафика, которое может быть послано в сеть в
данной точке, так же достигается эффект снижения коэффициента
пачечности до нуля, таким образом, нагрузка, прошедшая процедуру
сглаживания, реализованная при помощи Leaky Bucket, является
предсказуемой.
Для каждой описанной системы можно задать значение параметра
«пачки максимального размера» MBS, т.е. при поступлении пачки
меньше или равным MBS, все пакеты будут с определенной
вероятностью, зависящей от текущей занятости очереди, помещены в
очередь и не будут потеряны.
Рассмотренный алгоритм сглаживания при помощи Leaky Bucket
обладает рядом существенных недостатков, среди которых необходимо
выделить
постоянную
скорость
исходящей
77
нагрузки
даже
при
заполненном буфере. Сглаживание при помощи Leaky Bucket может
внести отрицательный вклад в параметры функционирования сети и
предоставляемых услуг [20].
Генератор
маркеров
m
m
Поток маркеров,
г бит/с
«Ведро»
маркеров
b
k
Входной поток
пакетов
Очередь
пакетов
Выходной поток
пакетов
Сервер
M
Условие
пропуска
пакета: M<=k
Рис. 2.5. Алгоритм Leaky Bucket
Token Bucket. Token Bucket («маркерное ведро») - простая
дисциплина очереди, которая передаёт поступающие пакеты со
скоростью, не превышающей административно заданный порог, но с
возможностью превышающих его коротких всплесков.
Token Bucket позволяет применять какие-либо действия (сброс
или маркировка) только лишь к пакетам, которые не соответствуют
заявленному профилю, при этом пакеты, соответствующие профилю,
проходят через Token Bucket без какой-либо дополнительной задержки,
связанной с ограниченной интенсивностью исходящей нагрузки, в то
время
как
Leaky
Bucket
просто
является
накопителем
с
детерминированной функцией обслуживания поступающих требований.
Жетоны генерируются автоматически программным обеспечением
узла с заданной интенсивностью и помещаются в очередь. Если буфер
78
жетонов полон, то новый жетон теряется. В случае отсутствия жетонов
пакеты должны сохраняться в буфере. В связи с тем, что генерация
жетонов происходит с определенной интенсивностью, то можно
утверждать, что минимальная интенсивность обработки поступающих
пакетов равна интенсивности генерации жетонов.
Максимальная же интенсивность обслуживания пакетов может
иметь место, когда в буфере жетонов накопилось их некоторое
количество, т.е. буфер пакетов пуст, а пакеты стали поступать с
максимально возможной интенсивностью, т.е. один за другим с
минимальным интервалом. Отметим, что в случае, когда интенсивность
исходящей нагрузки максимальна, на выходе Token Bucket получается
пачка пакетов идентичная входной.
Как показано на рис. 2.6 рассматриваемого алгоритма, Token
Bucket состоит из двух буферов — для пакетов и жетонов (tokens).
Жетоны
Генератор
разрешений
Токен
Буфер
разрешений
Входящий поток
P(k+2)
Буфер
P(k+1)
Pk ...
P2
P1
Управляющий
узел
Сброс при
переполнении
буфера
Сброс при
отсутствии
токенов
Рис. 2.6. Реализация сглаживания при помощи Token Bucket
Token Bucket позволяет применять какие-либо действия (сброс или
маркировка) только лишь к пакетам, которые не соответствуют
79
заявленному профилю, при этом пакеты, соответствующие профилю,
проходят через Token Bucket без какой-либо дополнительной задержки,
связанной с ограниченной интенсивностью исходящей нагрузки.
Данный алгоритм применяется как в архитектуре IntServ и DiffServ.
На рис. 2.6. представлено функционирование алгоритма Token
Bucket в режиме «сглаживания». Для данного режима дополнительно
определяется функция поведения некомфортной нагрузки А(t ) ,
разность между которой и скоростью обслуживания r определяет
количество нагрузки, которое необходимо сгладить. Представлено
выражение для подсчета количества времени, необходимого для
сглаживания, определенного как параметр «максимальная задержка при
сглаживании» (Maximum Shaping Daley – MSD) – это значение разности
t1  t0 [6]:
P
bM
M  pt0  rt1  b  t1  t0 
r
r
Байты
,
A(t)
А(t)
r
b
Нагрузка
Нагрузка
сглажена
сглажена
p
M
b–M
p–r
t0
t1
Время, t
Рис. 2.7. Функционирование алгоритма Token Bucket: режим
«сглаживания»
Алгоритм скользящего временного окна с 2 цветным маркером
Алгоритм скользящего временного окна с 2 цветным маркером—
(Time Sliding Window with Two Color Marking, TSWTCM) (рис. 2.8)
имеет 2 составляющие: оценщик интенсивности и маркировщик,
80
приписывающий каждому пакету определённый цвет в дополнение к
приоритету сброса.
Управляющий
узел
нет изменения
Входящий
поток
Промаркированный
поток
интенсивности
Маркировщик
2
1
1
есть изменения
интенсивности
Оценщик
интенсивности
Рис. 2.8. Схема работы TSWTCM
При
поступлении
поступления
поступления
долгосрочную
пакета
информации
трафика,
с
учётом
строит
измеренную
оценщик
оценивает
всплесков
оценку,
интенсивность
скорость
интенсивности
аппроксимирующую
входящего
потока.
Маркировщик использует оценённую интенсивность для того, чтобы
приписать пакету один из двух цветов, определяющих дополнительный
приоритет.
Алгоритм трехцветного маркера
Алгоритм трёхцветного маркера для одного входящего потока (A
Single Rate Three Color Marker, srTSM) [15] работает по аналогичному
TSWTCM 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,
81
если интенсивность поступления превосходит CBS, но не превосходит
EBS, и красным в ином случае. [6, 25]
Управляющий
узел
нет изменения
Входящий
поток
33
22
Промаркированный
поток
параметров
11
Маркировщик
CIR, CBS, EBS
3
2
1
есть изменения
параметров
Оценщик
параметров
Рис. 2.9. Схема работы srTCM
Двухпараметровый трехцветный маркер
Двухпараметровый трёхцветный маркер (Two Rate Three Color
Marker (trTCM)) [16] 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) [6, 25].
Входящий
поток пакетов
33
22
11
Token Bucket P
Token Bucket C
Контролируемые
параметры
PIR & PBS
Контролируемые
параметры
CIR & CBS
Значения
параметров
превышаются
Пакеты
GREEN
1
Значения
параметров
превышаются
Пакеты
маркируются
как RED
Пакеты
маркируются
как YELLOW
2
3
trTCM
Рис. 2.10. Алгоритм trTCM
82
TrTCM может работать в одном из двух режимов: без учета цвета
и с учетом цвета. В режиме без учета цвета (color-blind) маркировка
пакетов
осуществляется
посредством
их
оценки
относительно
параметров PIR и CIR, независимо от предыдущей маркировки. В
режиме с учетом цвета (color-aware) маркировка пакетов осуществляется
с учетом как текущего цвета, так и оценки относительно параметров PIR
и CIR. Если пакеты не подпадают под маркировку ни одним из цветов,
они передаются в неизменном виде [6, 25].
2.4.2 Алгоритмы предотвращения перегрузок
К алгоритмам предотвращения перегрузок
QoS Congestion
Avoidance) относятся RED, RIO, ARED и др. [13, 14 ,19].
Алгоритм случайного раннего обнаружения (Random Early Detect,
RED) позволяет контролировать нагрузку с помощью выборочного
случайного уничтожения некоторых пакетов до полного заполнения
очереди.
MAX_TH
MAX_TH –– максимальный
максимальный порог
порог сброса
сброса
MIN_TH
MIN_TH –– минимальный
минимальный порог
порог сброса
сброса
PP –– вероятность
вероятность сброса
сброса
qqavg-- средняя
средняя длина
длина очереди
очереди
Происходит
сброс пакета
P высокая
q avg >MAX_TH
Вычисление
средней длины
очереди (qavg)
MIN_TH<q avg<MAX_TH
Вычисление
вероятности
сброса пакета (P)
P низкая
Входящий
пакет
q avg <MIN_TH
Пакет
ставится в
очередь
на обработку
Рис. 2.11. Формальное описание RED
83
При поступлении пакета вычисляется значение средней длины
очереди q , на основе которого с учётом двух пороговых значений r1 и r2
вычисляется вероятность сброса   q  (рис):

0  q  r1
0,
 q  r
1
 (q)  
 max, r1  q  r2
r

r
2 1
1,
q  r2,

где  max — параметр, задающий максимальное значение вероятности
сброса.
Вероятность
сброса
1
πmax
0
r1
r2
Средняя длина
очереди
Рис. 2.12. График изменения значений вероятности сброса пакетов
в алгоритме RED
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  q )q пред  q q,
в противном случае
q  (1  q )
f ( t t q ) q
пред
,
где q — текущий размер очереди, q — вес очереди, q пред —
предыдущее значение средней длины очереди, f — линейная функция
84
времени, t — текущее время, tq — момент времени, с которого очередь
пуста [6, 25].
Реализация алгоритма RED
Существуют различные области реализации алгоритма RED. В
первую очередь, конечно, необходимо отметить реальное оборудование.
К
настоящему
времени
реализация
RED
является
практически
стандартной функцией маршрутизаторов TCP/IP. Прародителем данной
реализации
является
имитационного
симулятор
моделирования
ns2.
можно
Именно
при
предсказать
помощи
особенности
поведения RED на реальных сетях.
Алгоритм ARED.
Базовым принципом адаптивного алгоритма ARED является
динамическое изменение параметров. Вычисление новых значений
параметров
осуществляется
на
основе
данных
о
нагрузке
за
определенный момент времени. ARED динамически измеряет значение
параметра max_ p , основываясь на недавних значениях средней длины
очереди. Важным моментом в работе ARED является его поведение в
областях, близких к верхней и нижней границах.
85
Вероятность
сброса Pа
1
кривая для трафика с
высокой интенсивностью
max_p
кривая для трафика с
низкой интенсивностью
max_p
min_th
max_th
100%
Средний
размер
очереди
avg
Рис. 2.13. Алгоритм функционирования ARED
Алгоритмы класса MRED («многоуровневый» RED)
Данный алгоритм базируется на RED и реализует поддержку
приоритетов
пакетов.
Данный
алгоритм
было
предложено
модифицировать для маршрутизаторов, поддерживающих архитектуру
DiffServ и AF PHB, чтобы иметь возможность более гибко управлять
поступающей нагрузкой. Алгоритмы класса MRED могут быть разбиты
на четыре класса – классификация с примерами представлена на рисунке
2.14.
MRED
(Multi – Level RED)
SAST (Single
Average Single
Threshold)
“одно среднее
значение, один
набор значений
границ»
Например, RED
SAMT (Single
Average Multiple
Threshold)
«одно среднее
значение, несколько
наборов значений
границ»
Например, WRED
MAMT (Multiple
Average Multiple
Threshold)
«несколько средних
значений, несколько
наборов значений
границ»
Пример, RIO
Рис. 2.14. Классификация алгоритмов MRED
86
Алгоритм WRED
Отличие WRED от RED заключается в том, что для пакетов
каждого
приоритета
определен
отдельный
набор
параметров.
Параметризация WRED достаточно сложна, т.к. количество значение,
которые необходимо установить прямо пропорционально количеству
приоритетов, с которыми пакеты могут поступать в маршрутизатор.
Вероятность
сброса Pa
1
Для маркированных
пакетов
max_p
Для обычных
пакетов
min2_th
min1_th
max2_th max1_th
100%
Средний
размер
очереди
avg
Рис. 2.15. Алгоритм WRED
Алгоритм RIO
Алгоритм управления очередью RIO (RED In & Out) полностью
аналогичен
алгоритму
RED
за
исключением
того,
что
он
параметризируется двумя наборами значений параметров – каждый
набор для отдельного класса пакетов. Существует 2 класса пакетов –
немаркированные (in – profile), т.е. когда пакет принадлежит потоку,
значения параметров которого не превышают заранее определенных
величин, и маркированные (out – profile), т.е. когда пакет принадлежит
потоку,
значения
параметров
которого,
превышают
заранее
определенные величины. Алгоритм RIO является модификацией
алгоритма RED и очевидно, что принципы функционирования этих
алгоритмов одинаковы. Фактически RIO является усложненной версией
87
RED, т.к. существует необходимость контролировать два набора
параметров: один – для немаркированных пакетов, другой – для
маркированных.
Вероятность
сброса (для In – пакетов)
Вероятность
сброса (для Out – пакетов)
1
1
max_out_p
Средний
размер
очереди
avg_in
max_in_p
min_in
max_in
min_out
Средний
размер
очереди
avg_out
max_out
Рис. 2.16. Алгоритм RIO
Алгоритм FRED
Модификация FRED (flow RED) была разработана для решения
проблемы несоблюдения справедливого распределения ресурсов при
функционировании RED. Алгоритм FRED позволяет эффективно
изолировать неадаптивную нагрузку от TCP – соединений, а также
обеспечить защиту пакетов низкоскоростных соединений TCP от
несправедливого сброса. Выполнять столь сложные функции алгоритму
FRED дает возможность управления состояния для каждого потока,
пакеты которого находятся в очереди маршрутизатора [6, 25].
SRED (Stabilized RED – «стабилизированный» RED) – алгоритм
позволяет улучшить параметры функционирования RED, в том числе,
сохранять размер очереди на определенном уровне вне зависимости от
количества активных приемников, причем, в отличие от FRED, оценка
количества
активных
источников
производится
без
сохранения
состояния о каждом потоке.
RED – PD (RED with Preferential Dropping – «RED с
возможностью привилегированного сброса»). Данный алгоритм
предложен сравнительно недавно, в 2001 году, и может быть
88
охарактеризован
как
эффективный
и
достаточно
простой
для
реализации. Это связано с тем, что с одной стороны RED – PD
осуществляет контроль за источником, а с другой – управление
состоянием производится только для потоков, создающих высокую
нагрузку.
2.4.3 Алгоритмы управления очередями
Стратегия FlFO
Алгоритм обслуживания очередей First In – First Out (FIFO), также
называемый First Come First Served, является самым простым. Пакеты
обслуживаются в порядке поступления без какой-либо специальной
обработки.
Такая схема приемлема, если исходящий канал имеет достаточно
большую свободную полосу пропускания. Алгоритм FIFO относится к
так называемым неравноправным схемам обслуживания очередей, так
как при его использовании одни потоки могут доминировать над
другими
и
захватывать
несправедливо
большую
часть
полосы
пропускания. В связи с этим применяются равноправные схемы
обслуживания,
предусматривающие
выделение
каждому
потоку
отдельного буфера и равномерное разделение полосы пропускания
между разными очередями [20]. При дисциплине обслуживания в
порядке поступления в очередь все пакеты обрабатываются без
приоритетов.
Поэтому
различным
информационным
потокам
невозможно предоставить разное качество обслуживания.
Очередь с приоритетами
Очередь с приоритетами (Priority Queuing) - это алгоритм, при
котором несколько очередей FIFO (могут использоваться алгоритмы Tail
Drop, RED и т. д.) образуют одну систему очередей.
89
При приоритетной организации очередей (PQ) важный трафик
получает самую быструю обработку в каждом пункте, в котором она
используется. При приоритетной организации очереди каждый пакет
помещается в одну из четырех очередей - с высоким, средним и низким
приоритетом
Назначение
ожидания
разным
-
на
потокам
основе
присвоенного
нескольких
разных
приоритета.
приоритетов
производится по ряду признаков, таких как источник и адресат пакета,
транспортный протокол, номер порта. Пакеты, которые не подверглись
классификации этим механизмом занесения в список приоритетов, по
умолчанию направляются в нормальную очередь. Во время передачи
этот алгоритм предоставляет очередям с более высоким уровнем
приоритета преференциальный режим по сравнению с очередями с
низким уровнем приоритета.
Class-Based Queuing (CBQ)
Классовые дисциплины широко используются в случаях, когда
различные
виды
трафика
необходимо
обрабатывать
по-разному.
Примером классовой дисциплины может служить CBQ.
Когда трафик передается на обработку классовой дисциплине, он
должен быть отнесен к одному из классов (классифицирован).
Определение принадлежности пакета к тому или иному классу
выполняется фильтрами.
Фильтры, присоединенные к дисциплине, возвращают результат
классификации (класс пакета), после чего пакет передается в очередь,
соответствующую заданному классу. Каждый из классов в свою очередь
может состоять из подклассов и иметь свой набор фильтров для
выполнения более точной классификации своей доли трафика. В
противном случае пакет обслуживается дисциплиной очереди класса.
Кроме того, в большинстве случаев классовые дисциплины
выполняют
шейпинг
(формирование)
90
трафика,
с
целью
переупорядочивания пакетов и управления скоростью их передачи. Это
совершенно
необходимо
в
случае
перенаправления
трафика
с
высокоскоростного интерфейса (например, Еthernet) на медленный
(например, модем).
Это позволяет различным приложениям совместно использовать
одну и ту же сеть, причем каждое из них предъявляет свои
специфические минимальные требования к ширине полосы или к
задержке.
Взвешенные очереди
Для резервирования полосы пропускания в сети IP может
использоваться метод WFQ (Weighted Fair Queuing). Метод WFQ
позволяет для каждого вида трафика выделять определенную часть
полосы пропускания. Оператор через систему административного
управления может задать количество очередей. В случае если одна
очередь не использует полностью выделенную ей полосу пропускания,
то свободный резерв полосы пропускания может задействоваться для
передачи информации из следующей очереди.
WFQ делит трафик на несколько потоков, используя в качестве
параметров (для IP-протокола) IP-адреса и порты получателя и
отправителя, а также поле IP-заголовка ToS ( Type of Service ). Значение
ToS служит для квалификации части выделяемой полосы потока. Для
каждого из потоков формируется своя очередь. Максимально возможное
число очередей равно 256. Очереди обслуживаются в соответствии с
карусельным принципом (round-robin). Более высокий приоритет имеют
потоки с меньшей полосой, например, Telnet. По умолчанию каждая из
очередей имеет емкость 64 пакета (но допускается значение и менее
4096 пакетов).
В сетях существует 8 уровней приоритета. Следует иметь в виду,
что WFQ не поддерживается в случае туннелирования или шифрования.
91
Поток с низким весом получает более высокий уровень обслуживания,
чем поток с высоким уровнем. Когда задействованы биты ToS, WFQ
реализует приоритетное обслуживание пакетов согласно значению этого
кода. Весовой фактор обратно пропорционален уровню приоритета [1, 6,
10, 25].
Очереди, базирующиеся на классах (CBWFQ)
Дальнейшим развитием технологии WFQ является формирование
классов
потоков,
задаваемых
пользователем.
Алгоритм
CBWFQ
предоставляет механизм управления перегрузкой. Параметры, которые
характеризуют класс, те же, что и в случае WFQ (только вместо ToS
используется приоритет). В отличие от WFQ здесь можно в широких
пределах перераспределять полосу пропускания между потоками. Для
выделения класса могут привлекаться ACL (Access Control List) или
даже номер входного интерфейса. Каждому классу ставится в
соответствие очередь. В отличие от RSVP данный алгоритм гарантирует
полосу лишь в условиях перегрузки. Всего может быть определено 64
класса. Нераспределенная полоса может использоваться потоками
согласно их приоритетам [4, 20, 21].
Очереди с малой задержкой (LLQ)
В некоторых случаях, например, в случае VoIP, важнее обеспечить
малую задержку, а не широкую полосу пропускания. Для таких задач
разработан алгоритм LLQ (Low Latency Queuing), который является
модификацией CBWFQ. В этом алгоритме пакеты всех приоритетов,
кроме наивысшего, вынуждены ждать, пока очередь более высокого
приоритета будет опустошена. Разброс задержки в высокоприоритетном
потоке может быть связан только с ожиданием завершения передачи
пакета низкого приоритета, начавшейся до прихода приоритетного
кадра. Такой разброс определяется диапазоном длин кадров [6].
92
Рассмотрим очереди, основанные на выше описанных принципах
организации очередей [25]
Priority Queue. Механизм приоритетной обработки трафика
(Priority Queue) (рис. 2.17) 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 наивысшим приоритетом всегда получают ту
пропускную способность, которая им необходима.
Рис. 2.17. Механизм Priority Queue
93
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 1.
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.
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. 2.18).
94
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.
SFQ называется «стохастической», так как на самом деле для
каждого сеанса очередь не формируется, а трафик делится на
ограниченное количество очередей на основе хеш-алгоритма.
Рис. 2.18. Механизм Weighted Queuing
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. 2.19.) — это комбинированный
95
механизм
обслуживания
очередей,
сочетающий
приоритетное
обслуживание со взвешенным.
Рис. 2.19. Механизм Weighted Fair Queuing
Производители
многочисленные
сетевого
собственные
оборудования
реализации
предлагают
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
последовательно,
в
очереди
соответствии
с
устройство
алгоритмом
просматривает
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 IP96
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.
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) [6] является модификацией
CBWFQ. Алгоритм (подобно PQ) использует выделенную очередь для
обработки трафика, чувствительного к задержке. Остальной трафик
обрабатывается по алгоритмуCBWFQ.
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,
присвоенным им весам (рис. 2.20).
97
пропорциональную
Рис. 2.20. Дисциплина WRR
На
рис.
2.21
представлена
схема
маршрутизатора,
обеспечивающего поддержание параметров качества обслуживания
трафика на должном уровне [21].
Рис. 2.21. Структура CQS – маршрутизатора.
Рассмотренные выше механизмы обеспечения качества услуг
позволяют обрабатывать трафик с различными уровнями приоритетов.
98
2.5 Методы обеспечения качества обслуживания «из-конца-в-конец»
2.5.1 Архитектура «Интегральные услуги» IntServ
Фундаментальная
идея
архитектуры
«Интегральные
Услуги»
(Integrated Services, далее — IntServ) заключается в отсутствии
необходимости
модификации
архитектуры
сети
Интернет
при
осуществлении передачи данных с обеспечением заданного качества
обслуживания. IntServ только лишь расширяет набор функций,
связанных с обработкой трафика стандартной услуги Best Effort. В
архитектуре
IntServ
основным
принципом
является
обеспечение
качества обслуживания для трафика, генерируемого приложениями
реального
времени.
Предполагается,
что
для
гарантированного
обеспечения заданного качества обслуживания приложений достаточно
лишь резервирования необходимых сетевых ресурсов.
В данном случае под «гарантированным» понимается, что
«пользователь должен иметь возможность воспользоваться услугой,
предоставляемой сетью, с качеством, которое дает возможность
корректно функционировать пользовательскому приложению в течение
времени, определенного самим пользователем». На момент написания
книги архитектура IntServ являлась полностью стандартизированной.
Однако отметим, что работы по использованию IntServ совместно с
другими технологиями продолжаются и не исключено, что предложения
по
модификации
или
просто
дополнения
будут
разработаны
исследователями еще в течение нескольких лет.
Модель сетевого узла IntServ
Рассматриваемая
основных
архитектура
компонент:
функции
предполагает
«управления
наличие
четырех
допустимостью
соединения» САС, классификатора пакетов, планировщика и протокола
99
резервирования ресурсов. Отметим, что для каждого отдельного потока
в данном случае подразумевается идентичность реализации алгоритма
управления очередью. Рассмотрим кратко назначение этих компонент.
Классификатор
пакетов
определяет
принадлежность
каждого
поступающего пакета определенному обрабатываемому в данном
маршрутизаторе соединению. Классификация может производиться по
содержимому заголовка, т.е., например, по адресу отправителя или
получателя, по номеру порта TCP или UDP. Все пакеты одного
соединения
механизмом
управления
очередью
обрабатываются
одинаково.
«Протокол резервирования ресурсов» (Resource reservation Protocol,
далее — RSVP), используемый в данной архитектуре, используется для
резервирования ресурсов маршрутизаторов по некоторому маршруту
между источником и приемником.
Функция
маршрутизации
Протокол
резервирования
ресурсов
Функция
управления
Функция
САС
База данных
маршрутизации
База данных управления трафиком
Классификатор
пакетов
Пакеты
IP
Пакеты
IP
Планировщик
Рис. 2. 22 Модель сетевого узла IntServ
Если
на
соединением
всем
маршруте
ресурсы
могут
запрашиваемые
быть
100
устанавливаемым
предоставлены,
каждый
маршрутизатор настраивает параметры классификатора и планировщика
в соответствии с требованиями, предъявляемыми устанавливаемым
соединением, а также собственными настройками.
Требования по качеству обслуживания и параметризация каждого
потока или соединения определяется «дескриптором потока» (flow
descriptor). Этот дескриптор состоит из двух частей: «спецификация
фильтра» (filter specification, далее — filterspec) и «спецификация
потока» (flow specification, далее — flowspec). Спецификация filterspec
содержит значения параметров, используемые классификатором для
определения принадлежности пакета к определенному потоку или
соединению.
Спецификация flowspec, в свою очередь, состоит из «спецификации
трафика» (traffic specification, далее — Tspec) и «спецификации запроса
услуги» (service request specification, далее — Rspec). Спецификация
Tspec определяет параметры функции Token Bucket, a Rspec — такие
параметры качества обслуживания, как полоса пропускания, задержка
пакета, вероятность потери пакета. Tspec и Rspec подробно рассмотрены
ниже.
Типы услуг, предоставляемых в IntServ
При передаче пакетов через сеть возникают задержки и, соответственно,
отклонение
от
среднего-времени
доставки,
называемое
джиттером. Грубо приложения можно разделить на две категории:
нечувствительные к джиттеру задержки и нечувствительные.
В дополнение к требованиям по задержкам необходимо добавить
требования о необходимом и соответствующем типу приложения размере полосы пропускания. Архитектура IntServ предполагает поддержку
обеих категорий приложений, и, соответственно, дополнительно к
услуге Best Effort, предлагает еще два класса услуг, это:
101
• «Услуга Управляемой Загрузки» (Controlled Load Service, далее —
CLS). Используется для второй категории приложений. Эта услуга
должна обеспечивать такое поведение трафика, которое бы наблюдалось
при использовании услуги Best Effort в сети без нагрузки, при этом
какие-либо
гарантии
по
качеству
обслуживания
также
не
предоставляются. Приложения, использующие эту услугу, могут
предполагать, что высокий процент числа пакетов передан по сети
успешно, т.е. число потерянных пакетов должно соответствовать
вероятности ошибки физического уровня системы передачи;
• «Услуга Гарантированной Доставки» (Guaranteed Service, далее —
GS). Используется для первой категории приложений. Данная услуга
предоставляет гарантии по полосе пропускания и задержке для пакетов,
проходящих через зарезервированный путь. Под гарантиями по полосе
пропускания
подразумевается,
что
при
соблюдении
потоком
продекларированных параметров не произойдет потерь пакетов в
очередях.
Под
гарантиями
по
задержке
подразумевается,
что
максимальная задержка «из-конца-в-конец» не превысит заранее
определенной верхней границы. Целью данной услуги является только
контроль максимальной задержки в очереди, а не минимизация
джиттера.
2.5.2 Архитектура «Дифференцированные услуги» DiffServ
Концепция пошаговой маршрутизации РНВ
Одним из блоков архитектуры DiffServ является «пошаговая
маршрутизация» (Per-Hop Behavior, далее — РНВ). RFC 2475 [RFC2475]
определяет РНВ как комбинацию функций маршрутизации, классификации, обработки очередей и методов сброса пакетов на каждом шаге,
где под шагом подразумевается передача пакета от узла к узлу без ис102
пользования транзитных узлов внутри сегмента DiffServ. На рис. 4.14
представлена иллюстрация, определяющая место РНВ в сети на примере
работы узла, находящегося внутри сегмента (сети) DiffServ.
Центральный
сетевой узел
Входящие
потоки
агрегирован
ного
трафика
Функция перенаправления
(маршрутизации) пакетов
Исходящие
потоки
агрегирован
ного
трафика
Рис.2.23 Место блока в домене DiffServ
Корректные,
с
точки
зрения
функционирования,
услуги
с
использованием РНВ рекомендуется строить, применяя единый тип РНВ
на пути прохождения определенного типа трафика.
РНВ,
применение
кроме
функции
различных
перенаправления,
планировщиков,
включает
алгоритмов
в
себя
управления
очередями, а также параметризованных Token Bucket.
Для каждого конкретного пакета, поступающего па внутренний
сетевой узел, тип РНВ определяется на базе значения поля DS. Все
значения поля DS должны быть ассоциированы с определенным типом
РНВ, иначе маппинг осуществляется по умолчанию, т.е. предоставляется
услуга Best Effort. Отметим, что в соответствии с философией DiffServ,
РНВ применяется для агрегированных потоков, представляющих собой
потоки пакетов с одинаковыми значениями поля DS, которые могут
принадлежать различным приложениям различных пользователей.
Далее рассмотрим существующие типы PHB.
103
РНВ EF «Быстрое перенаправление»
Пошаговая маршрутизация «Быстрое перенаправление» (Expedited
Forwarding, далее — РНВ EF) определена в [RFC2598], рекомендованное
значение поля DS — 101110. Услуга GS, реализованная в архитектуре
IntServ, предоставляет пользователю гарантии по полосе пропускания и
задержке для пакетов, проходящих через зарезервированный путь. РНВ
EF в архитектуре DiffServ может быть использована для построения
подобной услуги.
Очередь 1
Очередь 2
1
0
1
1
1
0
планировщик
Назначение очереди
Канал
Очередь n
EF DSCP
Другие типы PHB
Рис.2.24 Пошаговая маршрутизация «Быстрое перенаправление»
PHB EF
Необходимые требования по низкой вероятности потери пакета,
малых
значений
задержки
и
джиггера,
необходимой
полосы
пропускания и т.д. могут быть обеспечены в рамках домена DiffServ,
если РНВ EF будет реализована на каждом узле маршрута прохождения
трафика. РНВ EF может быть реализована для предоставления услуги
Premium Service, являющейся аналогом «виртуальной арендованной
линии».
РНВ AF «Гарантированное перенаправление»
Пошаговая маршрутизация «Гарантированное перенеправление»
(Assured Forwarding, далее — РНВ AF) определена в [RFC2597]. Эта
104
группа РНВ отражает основные идеи архитектуры DiffServ, т.е.
дифференциацию
услуг.
РНВ
AF
предоставляет
возможность
реализации нескольких типов перенаправлений и, соответственно,
нескольких классов качества обслуживания. Текущие спецификации
определяют четыре класса с тремя уровнями приоритета пакета для
каждого. Пакеты, принадлежащие одному классу, перенаправляются
независимо от пакетов, принадлежащих другому классу, при этом на
узле, находящемся в домене DiffServ, для каждого реализованного
класса РНВ AF должны быть определены ресурсы, однако не требуется,
чтобы все классы РНВ AF были реализованы. РНВ AF может быть
реализована с использованием таких механизмов управления очередями
и перегрузками, как CBQ и RED, соответственно.
Одной из услуг, которая может быть реализована при помощи РНВ
AF, является так называемая «олимпийская услуга» (olimpic service). Эта
услуга предоставляет три класса обслуживания: «бронзовый» (bronze),
«серебряный» (silver) и «золотой» (gold). Поступающим пакетам
назначается один из трех классов обслуживания таким образом, что
пакеты класса «золотой» будут обработаны с качеством обслуживания,
превышающим
(например,
с
меньшей
задержкой
или
меньшей
вероятностью потери пакета) качество обслуживания пакетов остальных
классов,
и
т.д.
Пакетам
классов
обслуживания
«бронзовый»,
«серебряный» и «золотой», как правило, назначаются следующие классы
обслуживания AF: AFl, AF2 и AF3, соответственно. Внутри каждого
класса обслуживания AF пакет может быть перемаркирован в один из
трех уровней сброса (приоритетов).
Значения поля DS могут быть представлены как nnnmmO, где nnn
кодирует
класс
обслуживания,
a
mm
—
приоритет
сброса.
Рекомендованные значения ноля DS (DS codepoints, далее — DSCP) для
РНВ AF приведены в табл.2.2.
105
Таблица 2.2
Низший
AF1
AF2
AF3
AF4
001010
010010
011010
100010
001100
010100
011100
100100
001110
010110
011110
100110
приоритет
Средний
приоритет
Высший
приоритет
Очередь 1
Очередь 2
n
n
m
Приоритет
сброса
n
m
0
планировщик
Назначение очереди
Канал
Очередь n
Для каждой очереди
реализация RED
Рис.2.25 Пошаговая маршрутизация «Гарантированное
перенаправление» PHB AF
Для
маршрутизаторов,
поддерживающих
AF
РНВ,
было
предложено модифицировать алгоритм управления очередями RED для
того, чтобы иметь возможность более гибко управлять поступающей
нагрузкой. Модифицированный алгоритм относится к классу MRED
(Multi-level RED, многоуровневый RED).
106
Концепция пошаговой маршрутизации на уровне домена PDB
Концепция пошаговой маршрутизации на уровне домена (РегDomain Behavior, далее — PDB) была предложена и стандартизирована
существенно позднее, чем остальные компоненты архитектуры DiffServ.
PDB была разработана с целью построения модели обслуживания
«целевой группы пакетов» (target group of packets) на уровне домена
DiffServ «от-границы-до-границы». Каждый из типов PDB состоит из
одного или нескольких типов PHB и требований по обработке графика.
Отметим, что при помощи PDB администратором сети могут быть
построены услуги, т.е. впоследствии удовлетворены
требования и
параметры SLA/SLS. Между пользователем и провайдером гарантирует
предоставление услуги с очень низкой вероятностью потери пакета. В
свою очередь, для построения данной услуги, провайдер может
использовать такой тип PDB, который обеспечивает запрашиваемый
уровень вероятности потери пакета.
Как было показано, при поступлении в домен DiffServ пакеты
классифицируются по полю DS.На основе классификации могут быть
определены «целевые группы пакетов». Процедура применения PDB к
«целевой группе пакетов» состоит из двух частей:
 создание
агрегированного
трафика:
во
время
выполнения
«функции контроля соответствия нагрузки заданным параметрам.
TC(Traffic Conditioning) поле DS конформных пакетов маркируются в
соответствии PHB, используемой для заданного PDB;
 применение PDB для трафика слудующего транзитом на уровне
домена DiffServ «от-границы-до-границы».
Внутри домена Diffserv значения поля DS не должны изменяться.
Размер домена не должен влиять на обработку агрегированного трафика
для различных PDB. Каждый тип PDB имеет количественные
(измеряемые)
и
качественные
атрибуты,
107
которые
могут
быть
использованы для оценки параметров обслуживания пакетов заданного
типа
Атрибуты
PDB.
могут
быть
вычислены
или
измерены
практическим путем (на основе данных, получаемых от функций
мониторинга, классификации, маркировки и сброса).
Атрибуты
описывают
такие
параметры,
как
скорость
принудительного сброса пакетов, пропускная способность, верхнее и
нижнее значение задержки за некоторый промежуток времени.
Существует два типа атрибутов PDB: долговременные (средние) и
краткосрочные (пачечные). Долговременные атрибуты характеризуют
агрегированный трафик за достаточно большой промежуток времени, в
то время как краткосрочные, как правило, отражают допустимые
флуктуации параметров относительно средних значений, например,
пачечность.
Общие принципы обеспечения QoS в DiffServ
Последовательность установления и контроля заданного качества
обслуживания в архитектуре DiffServ, в соответствии с определенным
ранее принципом CQS, может быть представлена, как показано на рис. 5.
следующим образом.
Когда трафик поступает в пограничный входящий маршрутизатор
(Ingress Router), на основе TCA/TCS каждый пакет классифицируется и
определяется его соответствие заданному профилю трафика для потока,
которому принадлежит данный пакет. Отметим, что на самом деле
проверяется соответствие потока профилю услуги, которую использует
этот поток, именно поэтому сначала и производится классификация. В
архитектуре DiffServ предусмотрено два правила классификации:
• агрегированное поведение (behavior aggregate, далее — ВА).
Каждому
пакету
в
результате
классификации
присваивается
агрегированное поведение ВА путем присвоения полю DS заголовка
108
пакета соответствующего значения DSCP. Как было показано ранее,
именно с помощью значения DSCP в поле DS реализуется «пошаговая
маршрутизация»
РНВ.
Отметим,
что
поле
DS
является
фундаментальным параметром, при помощи которого достигается
соблюдение SLS между сетью провайдера и терминалом оконечного
пользователя. TCA/TCS является набором определенных параметров и
поэтому соблюдение значений именно их, фактически, и является
задачей соблюдения SLS с точки зрения нагрузки;
• многопараметрическое (multi-field, далее — MF). Классификация
производится на основе информации, содержащейся более чем в одном
поле заголовка. Такой подход позволяет реализовать более сложные и
гибкие по отношению к ВА методы управления нагрузкой, например,
маркировка пакетов на основе адреса или порта отправителя/получателя,
идентификатора протокола, и т.п.
Отметим, что концепция маршрутизации на уровне домена вносит
свои коррективы в агрегированное поведение ВЛ и переводит его на
более высокий уровень абстракции. Множество пакетов с одинаковым
типом РНВ называется «общее агрегированное поведение» (Foo Traffic
Aggregate, далее — FTA) и обобщает уровень каналов (ВЛ) в уровень
сети (FTA).
Далее, в соответствии с принципом CQS (см. главу 2), трафик в
пограничном (и опционально в исходящих Egress Routers и внутренних
Interior Routers) маршрутизаторе Ingress Router должен пройти ряд
функций,
известных
под
общим
именем
«функции
контроля
соответствия нагрузки заданным параметрам» ТС. ТС включает
функции мониторинга, маркировки, сглаживания и сброса. Рассмотрим
подробнее каждую из перечисленных функций:
• Функция мониторинга определяет соответствие текущего трафика
заявленному
профилю
и
также
109
может
собирать
статистику,
используемую для учета стоимости и тарификации. Наиболее часто
применяемый алгоритм измерения строится на базе алгоритма Token
Bucket, при помощи которого трафик может быть проверен на
конформность по таким параметрам, как пиковая скорость, средняя
скорость, максимальный размер пачки пакетов и т.д.
• Функция сглаживания помещает поступающие пакеты в очередь.
Для поступающего трафика с высоким коэффициентом пачечно- сти
буферизация с последующим обслуживанием с постоянной (или
достаточно близкой к постоянной) скоростью позволяет существенно
снижать значение коэффициента пачечности и, тем самым, как
результат,
совместно
со
статистическим
мультиплексированием,
повышать степень использования канала.
Входящие пограничные узлы могут осуществлять профилирование
с целью защиты домена DiffServ от некорректной нагрузки. Исходящие
пограничные узлы могут осуществлять профилирование исходящего к
другому домену DiffServ трафика с целью соблюдения параметров
установленного между доменами (провайдерами) контракта SLA/SLS.
• Функция маркировки осуществляет управление значением поля
DS и, таким образом, как обрабатывается пакет в домене DiffServ или,
другими словами, какой класс пошаговой маршрутизации РНВ назначен
для данного пакета. Значение поля DS может быть изменено по
нескольким причинам, например, нарушение профиля трафика для
некоторого
потока,
и,
как
следствие,
необходимость снижения
приоритета обрабатываемого пакета с целью понижения нагрузки от
этого потока, динамическое переопределение SLS, при вхождении в
новый домен DifTServ из другого домена DiffServ, а также в ряде,
других случаев. Изменение значения поля DS заключается в переводе
этого пакета в более низкий класс обслуживания путем применения
нему более низкого приоритета в рамках того же РНВ или, даже, другого
110
класса пошаговой маршрутизации РНВ. Вследствие изменения класса
обслуживания на более низкий и использования другого класса РНВ
рассматриваемый пакет, относительно немаркированных пакетов того
же потока, помещается в очереди с более низкими приоритетами, в
результате чего этот пакет будет доставлен получателю позднее,
возможно существенно, нежели остальные пакеты этого потока.
Заметим,
что
возможна
реализация
маркировки
пакетов
с
изменением класса обслуживания вплоть до услуги Best Effort. Для
определенного
класса
приложений
как,
например,
потоковые
мультимедийные услуги реального времени (Voice over IP, Video-onDemand, и т.п.), маркировка пакета в более низкий класс обслуживания
почти
идентична
специфическими
потере,
т.к.
требованиями
потоковые
по
качеству
услуги
обладают
обслуживания
—
вероятность потери может быть высока (относительно, например, услуг
передачи файлов FTP и WWW), но значения задержки и джиттера
задержки должны быть достаточно низки и не превышать жестко
заданных
значений.
Именно
поэтому
маркировка,
фактически
означающая для пакета более высокую, нежели определено, задержку,
для приемника означает потерю. Вследствие этого очевидно реализовать
упрощенную версию маркера — функцию сброса.
• Функция сброса идентична функции маркировки в случае
пони¬жения
приоритета
обслуживаемого
пакета,
только
вместо
измене¬ния значения поля DS и перевода обслуживания данного пакета
в более низкий класс обслуживания, пакет просто сбрасывается и, тем
самым, не создает излишнюю нагрузку. Под более низким классом
обслуживания, как правило, подразумевается класс с более высокими
значениями параметров качества обслуживания таких как, например,
задержка, джиггер, вероятность потери пакета.
111
В архитектуре DiffServ контракт SLA/SLS между оконечным
пользователем
и
провайдером
определяет
политику
управления
трафиком обработки поступающей от этого пользователя нагрузки. Как
было отмечено выше, как правило, трафик классифицируется и
проверяется в пограничном входящем маршрутизаторе IR, однако, когда
трафик проходит через несколько транзитных доменов, некоторые из
рассмотренных функций могут применяться в рамках и пограничного
исходящего маршрутизатора ER. В некоторых случаях могут быть
реализованы функции возврата пакетов вне профиля обратно источнику,
естественно, за дополнительную плату в виде штрафа. Критериями
политики управления нагрузкой могут являться адреса источника и
приемника, номера портов, время и т.п.
Параметризация
потока
Классификатор
SLA/SLS
(TCA/TCS)
BA или MF
Политика управления нагрузкой
(policing)
Token Bucket
(для каждого класса потоков)
Рис.2.26 Последовательность установления и контроля качества
обслуживания качества обслуживания для каждого потока в
архитектуре DiffServ
2.6 Реализация функционирования IntServ через DiffServ
Итак, обе архитектуры, и
IntServ, и
DiffServ, изначально
создавались с целью обеспечения качества обслуживания на основе
существующей структуры и топологии сети Интернет. IntServ обладает
целым рядом достоинств, которые были приведены выше, однако
сложность реализации и низкая масштабируемость являются достаточно
серьезными
недостатками.
В
свою
очередь,
DiffServ
обладает
свойствами, которые позволяют преодолеть недостатки IntServ, однако
112
статичность
архитектуры,
т.е.
необходимость
предварительного
определения SLA/ SLS, является отрицательной стороной архитектуры
DiffServ.
В
[RFC2998]
предложено
изящное
решение,
позволяющее
обеспечивать качество обслуживания «из-конца-в-конец» на основе
совместного функционирования обеих архитектур, базируясь на их
преимуществах. Архитектура DiffServ, очевидно, должна эффективно
функционировать в рамках высокоскоростных транзитных сетей, т.к.
сетевые узлы обеспечивают быструю маршрутизацию по причине
достаточно
простых
выполняемых
ими
функций.
Отсутствие
полноценной реализации динамической функции САС (в DiffServ она
фактически
заменена
на
SLS)
может
привести
к
неприятным
последствиям в случае, если в агрегированный поток поступит еще один
поток, в то время как ресурсы для данного агрегированного потока уже
исчерпаны.
В результате, это может привести к ухудшению качества
обслуживания
всех
потоков,
из
которых
состоит
данный
агрегированный поток, даже если при этом на сети будут в наличии
свободные или неиспользуемые в данный момент времени ресурсы.
Роль IntServ в этом случае можно оценить, обратив внимание на сеть
доступа.
Учитывая, что IntServ предполагает строгую изоляцию потоков
друг от друга, можно с уверенностью говорить о защите сети от потоков
с некорректными параметрами. В данном случае, имеется в виду сеть
доступа, где проблема масштабируемости не стоит так остро, как для
магистральной
сети,
и,
как
следствие,
использования
IntServ,
повышается коэффициент использования ресурсов и нескольким
пользователям могут быть предоставлены
качеством обслуживания.
113
услуги
с требуемым
Таким образом, архитектуру сети Интернет, обеспечивающую
качество обслуживания с использованием IntServ/RSVP и DiffServ,
можно представить следующим образом: сегменты IntServ находятся на
сети доступа, а сегменты DiffServ — на магистральной сети. Если
IntServ/ RSVP используется как САС для сегмента DiffServ, то в данном
случае необходимо обратить внимание на «пограничный узел» (access
router, далее — AR), находящийся между сегментами IntServ и DiffServ.
Со стороны IntServ, узел должен поддерживать протокол RSVP, и,
соответственно, обрабатывать сообщения PATH и RESV.
На базе информации об используемой и доступной полосе
пропускания, а также информации, полученной из сообщения RESV,
функция САС, реализованная в рассматриваемом узле, принимает
решение о возможности установления нового соединения. В случае
поддержки нового соединения, ему назначается соответствующий тип
РНВ и в заголовках всех принадлежащих ему пакетов устанавливается
соответствующее значение поля DS.
Таким образом, на границе между архитектурами и DiffServ
запросы из сегмента IntServ должны быть корректно переданы к
сегменту DiffServ для следующих целей:
• установки правильного типа «пошаговой маршрутизации» РНВ
для запрошенной услуги;
• корректного выполнения функций «управления политикой» на
пограничном узле DiffServ;
• передачи параметров соединения или потока от IntServ к DiffServ.
114
2U
Внутренний узел
2U
Пограничный узел
Сегмент
DiffServ
Источник
Сегмент
IntServ
2U
Пограничный узел
2U
RSVP PATH
RSVP PATH
(стандартная обработка)
Приемник
Внутренний узел
(не обрабатывается)
RSVP PATH
(стандартная
обработка)
RSVP
RESV
RSVP RESV
RSVP RESV
(стандартная обработка)
(не обрабатывается)
(стандартная
обработка)
Рис.2.27 Комбинация IntServ/RSVR и DiffServ
Рассмотрим функционирование схемы, представленной на рис.2.7.
Как было показано ранее, процесс начинается с посылки источником
сообщения PATH, которое передается по направлению к приемнику, в
сегменте IntServ оно обрабатывается стандартно. При получении PATH
пограничным узлом на нем инсталлируется соответствующее состояние
и это сообщение маршрутизируется в сегмент DiffServ, в котором его
содержимое
игнорируется.
Далее
сообщение
PATH
просто
перенаправляется к приемнику, где обрабатывается в соответствии со
стандартными процедурами пограничным узлом.
На получение PATH приемник отвечает сообщением RESV,
которое проходит обратно к источнику через сегменты IntServ и
DiffServ. Рассмотренный выше запрос на предоставление ресурсов
может быть, естественно, не поддержан любым узлом IntServ,
вследствие функционирования САС, инициируемой поступлением
сообщения RESV на пограничный узел. Также на пограничном узле
проводится сравнение ресурсов, запрашиваемых в RESV, и уровня
качества обслуживания, предлагаемого сегментом DiffServ.
В случае если ресурсов достаточно и параметры трафика
соответствуют SLS, то соединение поддерживается, а сообщение RESV
направляется
далее
в
сторону
источника,
115
иначе
выполняются
соответствующие процедуры, рассмотренные при описании протокола
RSVP. Однако, рассмотренный пример обладает одним существенным
недостатком, заключающимся в том, что сообщения PATH и RESV
передаются через сегмент DiffServ прозрачно и базой для определения
существования ресурсов в сегменте DiffServ является статический
SLA/SLS, установленный между двумя сегментами. В этом случае,
учитывая, что функция САС пограничного узла, реализованная со
стороны IntServ, не располагает данными о доступных ресурсах внутри
сегмента DiffServ, будет достаточно сложно использовать ресурсы
сегмента DiffServ оптимальным образом.
Для решения этой проблемы уже предложены несколько методов,
среди которых необходимо отметить мониторинг сообщений протокола
RSVP в сегменте DiffServ [RFC3l75|, который позволяет динамически
оптимизировать
посредством
использование
реализации
ресурсов
в
сегменте
самоконфигурирования
узлов.
DiffServ
Другое
достаточно распространенное решение базируется на применении
«сервера управления политикой».
116
Технологии обеспечения качества обслуживания
Таблица 3.1 Основные параметры технологий доступа.
Технология
Среда передачи
Скорость
Максимальное
расстояние
до 5-8 км в
HDSL
медная витая
2 Мбит/с,
зависимости от
пара
симметричная передача
диаметра медной
жили
АDSL
VDSL
PON
1 Мбит/с от абонента 7
до 5-8 км в
медная витая
Мбит/с к абоненту
зависимости от
пара
acсимметричная
диаметра медной
передача
жили
медная витая
10 Мбит/с от
пара
симметричная передача
волокно
10 Мбит/с для данных 2
Мбит/с для телефонии
до 1,5 км
до 20 км
волокно и
40 Мбит/с нисходящий
450-500 ммежду
коаксиальный
поток на группу до 100-
усилителями(без
кабель
500 абонентов
ответвлений)
воздушные слои
От 1 Мбит/с до 1250
атмосферы
Мбит/с
Технология
Среда передачи
Скорость
HomePNA
медная витая
(версия 1.0)
пара
HFC
ИК-связь
Ethernet, Fast
Ethernet
волокно, медная
витая пара
(кат.5)
1 Мбит/с
От 10 Мбит/с до 100
Мбит/с
117
от 500 м до 3 км
Максимальное
расстояние
150 м
100 м (медь)
0 – 2 км (MMF)
0 – 150 км (SMF)
3. Концепция QoS-маршрутизации
Концептуально QoS-маршрутизация и маршрутизация для Best
Effort отличаются
друг
от друга.
QoS-маршрутизация
является
ориентированной на соединение, с возможностью резервирования
ресурсов и гарантии качества обслуживания. В свою очередь,
маршрутизация Best Effort может быть либо ориентированной, либо
неориентированной на соединение и обеспечивать динамическое
распределение
свободных
сетевых
ресурсов.
QoS-маршругизация
характеризуется обеспечением качества обслуживания для каждого
отдельно взятого соединения и уменьшением вероятности блокировки
соединения, в свою очередь, маршрутизация Best Effort — достижением
максимального
значения
обшей
пропускной
способности
и
«справедливым» распределением сетевых ресурсов.
QoS-маршрутизация и резервирование ресурсов являются двумя
важнейшими сетевыми компонентами, обеспечивающими качество
услуги. Для предоставления гарантий по качеству обслуживания
определенные ресурсы, например, буфер, пропускная способность и пр.,
должны быть зарезервированы во время установления соединения.
После
выполнения
зарезервированные
соединениями,
уже
этой
процедуры
ресурсы
не
можно
будут
существующими
или
гарантировать,
использоваться
теми,
что
другими
которые
будут
установлены. При резервировании сначала выполняется процедура
поиска маршрута, удовлетворяющего требованиям устанавливаемого
соединения. В существующих схемах QoS-маршрутизации, процедуры
резервирования
и
непосредственно
маршрутизации
реализованы как совместно, так и раздельно.
Внутри- и междоменная QoS-маршрутизация
118
могут
быть
Как
было
отмечено
ранее,
протоколы
маршрутизации
классифицируются как функционирующие в рамках автономной
системы и между ними — IRP и ERP, соответственно, и этот факт
необходимо
учитывать
при
построении
алгоритмов
QoS-
маршрутизации. Далее рассмотрим особенности реализации качества
обслуживания для протоколов маршрутизации обоих классов.
Для
реализации
QoS-маршрутизации
в
рамках
некоторой
автономной системы ее администратор имеет возможность выбрать
любой из существующих протоколов, при этом практически никак его
решение не будет зависеть ни от протоколов маршрутизации,
функционирующих в других автономных системах, ни от протокола
маршрутизации, применяемого между этой и соседней автономными
системами. Разнообразие протоколов QoS-маршрутизации на этом
уровне является неоспоримым плюсом, позволяющим администратору
выбирать как протокол, так и его настройки в соответствии с
необходимостью. Гипотетический протокол QoS-маршрутизации IRP
должен удовлетворять следующим требованиям:
•
алгоритм маршрутизации, используемый протоколом, должен
найти путь (если он существует), удовлетворяющий выполнению
требований по качеству обслуживания, предъявленных соединением; в
случае если путь не существует, результатом функционирования
алгоритма должна являться информация об этом;
•
стремление к оптимальности использования ресурсов;
•
в случае топологического нарушения используемого маршрута
протокол должен иметь возможность проинформировать об этом факте
заинтересованные
объекты,
такие,
например,
как
функции
маршрутизации источника и приемника;
•
при реализации QoS-маршрутизации на сети услуга «наилучшей
попытки» (Best Effort) должна предоставляться так же как и ранее, т.е. в
119
этом случае ни протоколы маршрутизации Best Effort, ни приложения,
использующие ее, не должны подвергаться какой-либо модификации;
трафик, генерируемый протоколом QoS-маршрутизации, должен
•
иметь наивысший приоритет с целью достижения оптимального
использования ресурсов.
В свою очередь, гипотетический протокол QoS-маршрутизации
ERP должен быть простым. Важнейшими характеристиками протоколов
этого
класса
являются
стабильность
функционирования
и
масштабируемость, поэтому логично предположить, что алгоритм
маршрутизации не должен использовать высокодинамичные обновления
данных состояния, а наоборот, обмен информацией между автономными
системами должен носить характер, напоминающий статический.
Желательно, чтобы для в общем случае для протокола QoS.маршрутизации ERP были реализованы следующие функции:
•
определение доступности приемника;
•
предотвращение образования маршрутной петли;
•
поддержка агрегирования адресной информации;
•
определение возможности поддержки качества обслуживания на
определенном направлении.
Концепция принудительной маршрутизации
Используемые большинством провайдеров Интернет протоколы
IRP на момент написания книги (например, OSPF, включая ЕСМР, IS-IS)
базируются на принципе наикратчайшего пути. Вследствие этого, могут
возникнуть следующие проблемы:
наикратчайшие пути различных источников могут пересекаться и,
тем самым, вызвать перегрузку канала;
120
•
нагрузка, передаваемая по наикратчайшему пути, может быть
слишком велика для него, тогда как более длинный путь может обладать
достаточными ресурсами.
Решить
существующие
проблемы
и
обеспечить
качество
обслуживания с точки зрения маршрутизации призвана концепция
«принудительной маршрутизации» (Constraint Based Routing). QoSмаршрутизация, в соответствии с этим принципом, принимает во
внимание
не
только
топологию
сети,
но
и
параметры
маршрутизируемого потока, доступность ресурсов, а также некоторые
дополнительные параметры, определяемые администратором сети и
используемые реализацией протокола маршрутизации. Вследствие
этого, применение QoS-маршрутизации может позволить отыскать более
длинный, но менее загруженный, по сравнению с наикратчайшим, путь.
Как следствие, нагрузка в сети будет более равномерной. Для
простоты понимания QoS-маршрутизации ее можно просто определить
как множество реализаций протоколов, обеспечивающих в той или
иной степени желаемое качество обслуживания, например, существует
реализация протокола OSPF, позволяющая задавать определенные
классы качества обслуживания,
В общем случае, гипотетическая реализация QoS-маршрутизации
может обладать следующими недостатками:
• высокая вычислительная сложность;
• громоздкость таблицы маршрутизации;
• более длинный путь может потребовать больше ресурсов;
• нестабильность маршрутов: в связи с частым обновлением таблиц
маршрутизации вероятна ситуация, когда маршрутизатор достаточно
долго будет находиться в переходном состоянии. Это может стать
причиной снижения его производительности.
121
Ввиду вышесказанного, задача разработки таких реализаций
протоколов
QoS-маршрутизации,
которые
минимизировали
бы
перечисленные выше теоретические недостатки, является актуальной.
Изложенные выше базовые подходы реализации протоколов QoSмаршрутизации определяют направления работ, которые ведутся в этой
области последние несколько лет. Однако, до сих пор, целый ряд
вопросов остается открытым для исследователей:
1.
Существует ли необходимость реализации двух алгоритмов
расчета путей: предварительного и по запросу (динамического).
2.
Если оба этих алгоритма реализованы в рамках одной сети,
то какова логика их совместного функционирования.
3.
Каким
образом
влияет
топология
сети
на
качество
функционирования протокола QoS-маршрутизации.
4.
По какому принципу выбирать выполнимый путь, если
существует несколько.
Задачи, связанные с QoS-маршрутизацией, которые предстоит
решить в ближайшее время, можно определить как:.
1. Реализация QoS-маршрутизации для архитектур поддержки качества
обслуживания (например, DiffServ) с учетом масштабируемости и
устойчивости функционирования.
2. Разработка подходов объединения функций QoS-маршрутизации и
QoS-сигнализации.
3. Исследование влияния QoS-маршрутизации на технологии канального уровня.
4. Специфика реализации QoS-маршрутизации для сетей ad-hoc и peerto-peer.
122
Методы и метрики обеспечения качества обслуживания
Целью модификации, построения и реализации новых протоколов
маршрутизации в пакетной сети, обеспечивающей функционирование
только услуги Best Effort, является, с одной стороны, удовлетворение
требований к качеству обслуживания каждого поддерживаемого сетью
соединения и, с другой стороны, эффективное использование сетевых
ресурсов. В сегодняшней реализации Интернет пакеты данных от
источника к приемнику следуют различными маршрутами, а сетевые
ресурсы (буферы, каналы и т.п.) одинаково (в пределе — в соответствии
с принципом «справедливого распределения ресурсов») распределяются
для всех поступающих в сеть пакетов вне зависимости от того, каким
приложениям они (пакеты) принадлежат и какие требования по качеству
обслуживания этими приложениями предъявляются.
Очевидно,
что
подобная
сетевая
архитектура
не
отвечает
требованиям, предъявляемым к пакетной сети связи с поддержкой
широкого набора телекоммуникационных услуг и, соответственно,
передачи
среди
выполнимых
маршрутов
(деревьев
маршрутов)
маршрута (дерева маршрутов) с наименьшей стоимостью. Рассмотрим
подробнее, вследствие каких причин разработка алгоритмов QoSмаршрутизации
осложняется.
Среди
основных
можно
выделить
типа,
например,
имеют
настолько
следующие:
•
некоторые
приложения
Интернет-телефония,
распределенного
распределенные
игры,
разнообразные требования к параметрам задержки, джиттера задержки,
вероятности потери пакетов и т.н., что зачастую сама задача QoSмаршрутизации
становится
нерешаемой.
Например,
нахождение
выполнимого маршрута с двумя и более независимыми требованиями по
качеству обслуживания (нахождение оптимального маршрута по двум и
123
более метрикам, или, другими словами, по композитной метрике)
является задачей NP-сложности;
•
желательно, чтобы пакетная сеть в будущем могла поддерживать
как трафик услуги с заданным качеством обслуживания, так и трафик
услуг с доступным качеством Best Effort. Это еще больше усложняет
поставленную задачу, т.к. распределение обоих типов трафика по сети
предсказать заранее практически невозможно;
•
быстрота
изменения
состояния
ресурсов
сети,
вследствие
установления и/или разрушения соединений, изменения нагрузки и т.п.,
а
также
постоянный
невозможным
сбор
рост
и
емкости
сети
своевременное
делают
обновление
практически
служебной
информации. Требования по качеству обслуживания становятся почти
невыполнимыми,
если
используемая
протоколом
служебная
информация устарела.
В последнее время
количество
различных
протоколов
было предложено достаточно большое
QoS-маршрутизации,
метриках
124
базирующихся
на
[6].
4. Технология MPLS (Многопротокольная маршрутизация по метке)
«Многопротокольная коммутация по метке» (Multi-Protocol Label
Switching, далее — MPLS) является технологией быстрой коммутации
пакетов, работающей с любым протоколом сетевого уровня [6, 22].
MPLS сочетает в себе преимущества, изначально заложенные в
технологию ATM — с точки зрения коммутации, и в технологию IP — с
точки зрения маршрутизации. MPLS позволяет осуществлять быстрое
перенаправление пакетов. В общем, принципы MPLS совпадают с
принципами
функционирования
виртуальных
каналов и
трактов
(VCI/VPI) в технологии ATM. Своим появлением технология MPLS
обязана таким более ранним проектам как:
• IP-коммутация фирмы Ascend, принадлежащая на данный момент
Lucent Technologies;
• IP-коммутация фирмы Ipsilon;
• IP-коммутация ARIS фирмы IBM;
• коммутация по метке фирмы Cisco [RFC2105];
• архитектура маршрутизатора с коммутацией ячеек фирмы Toshiba.
С точки зрения поддержки качества обслуживания, MPLS является
мощным решением по сравнению с решениями, базирующимися просто
на протоколе IP. MPLS предоставляет возможность перенаправления
пакетов по произвольным маршрутам, являющимися не только
наикратчайшими, таким образом, позволяя провайдерам в рамках своей
сети
оптимизировать
распределение
трафика
с
различными
требованиями по качеству обслуживания. Также MPLS поддерживает
использование механизмов управления трафиком, например, маркировка
пакетов, управление очередями и пр., что делает эту технологию очень
привлекательной.
125
Рис.4.1 Принцип функционирования MPLS
MPLS функционирует между вторым (канальным, или звена
данных) и третьим (сетевым) уровнями модели OSI и TCP/IP, т.е.
очевидно, что скорость функционирования этого протокола априори
выше скорости функционирования протокола IP. Далее для удобства
маршрутизатор, поддерживающий функции MPLS и, соответственно,
осуществляющий только лишь перенаправление пакета в соответствии
со значением метки, будем называть LSR (Label Switched Router).
Пограничным входящим маршрутизатором LSR в каждый пакет,
поступающий сегмент MPLS, инкапсулируется
заголовок исходного
пакета IP и данными текущего LSR.
Поле метки обеспечивает заданное количество обслуживания, т.к.
его значение соответствует заранее определенному на всех LSR классу
обслуживания, называемому FEC, т.е. при определении значения поля
метки данного пакета осуществляется определение его классов
обслуживания.
Далее
внутри
рассматриваемого
сегмента
MPLS
маршрутизация осуществляется по содержимому поля метки, т.е.
процедура сведена к простому просмотру таблицы маршрутизации и
определению адреса следующего LSR, что существенно проще по
сравнению со стандартной IP-маршрутизацией.
126
При выходе пакета из сегмента MPLS специфический заголовок
исключается, и далее пакет маршрутизируется с использованием
стандартных для данной сети методов и протоколов маршрутизации.
Отметим, что на каждом очередном LSR значение поля метки может
изменяться. Маршрутизация в каждом транзитном LSR реализуется при
помощи так называемой компоненты «метки маршрута следующего
шага»:
 информации о следующем шаге при маршрутизации «шаг за
шагом»;
 ряда функций по работе со стеком меток;
 информации о приоритете пакета.
В каждом LSR также реализованы следующие функции:
 «соответствия входящей метки», задачей которой является
установление соответствия между входящими метками и набором
компонент NHLFE при маршрутизации пакетов с метками
 «соответствия FEC компоненте NHLFE, задачей которой является
установление соответствия между FEC и набором компонент NHLFE
при маршрутизации пакетов без метки.
Выбор типа маршрутизации внутри сегмента MPLS заключается в
установлении соответствия между классом FEC и маршрутом LSP.
Существует два варианта:
 маршрутизация «шаг за шагом», в этом случае путь определяется
последовательно на каждом LSR, как при обычной IP.
 «явная» маршрутизация, подразумевающая, что на пограничном
входящем LSR определяется индивидуальный маршрут LSP для
прохождения данного пакета до пограничного исходящего LSR.
На физической сети может определяться несколько виртуальных
частных сетей VPN, одна для каждого класса FEC. Эти виртуальные
сети имеют разные топологии и ресурсы, поэтому могут обеспечивать
127
различное качество обслуживания, а также могут использоваться для
Входящие порты
Таблица
коммутации
Политика
управления
Коммутация
Буферизация
и
планировщик
Исходящие порты
постоянной поддержки критичных к уровню QoS-приложений [6, 22].
Анализ
метки MPLS
Метка MPLS
Пакет IP
Рис.4.2. Упрощенная структура внутреннего маршрутизатора LSR
Таблица
маршрутизации
Таблица LSP
Маркировка
пакета
Классификатор
пакетов
Заголовок IP
Метка MPLS
Данные
IP пакет
Пакеты
MPLS
Пакеты IP
Буферизация и
планировка
обслуживания
IP пакет
Рис.4.3. Упрощенная структура пограничного входящего
маршрутизатора LSR
128
В MPLS предусмотрена возможность передачи в заголовке пакета
целого стека меток, организованного по принципу «последним, пришел
— первым обслужен» LIFO (Last In First Out). LSR осуществляет
маршрутизацию на базе значения верхней метки стека. Нижние значения
стека меток передаются прозрачно. Подобный метод позволяет
организовывать туннельную передачу, создавать иерархию потоков в
сегменте MPLS и создавать туннели внутри сегмента MPLS для
управления трафиком в его пределах. Поэтому очевидно, что
наибольшее применение технология MPLS получила при решении задач
построения виртуальных частных сетей VPN.
Несмотря на достаточное количество положительных качеств
MPLS на практике внедрение этой технологии встретило достаточно
большое количество как скептиков, так и противников.
Традиционными требованиями, предъявляемыми к технологии
современной
магистральной
сети,
были
высокая
пропускная
способность, высокая скорость передачи, хорошая масштабируемость,
надежность
и
др.
Однако
современное
состояние
рынка
телекоммуникаций выдвигает дополнительные требования. Теперь
провайдеру услуг недостаточно просто предоставить доступ к своей
магистрали - пользователи хотят иметь возможность организации
виртуальных
частных
сетей
(VPN)
и
доступа
к
различным
интегрированным сервисам сети. Для решения этих задач и решения
проблемы обеспечения "сквозного" качества обслуживания была
разработана технология MPLS.
MPLS (Multi Protocol Label Switching) сочетает в себе возможности
управления трафиком, присущие технологиям канального уровня (Data
Link Layer 2), и масштабируемость и гибкость протоколов, характерные
для сетевого уровня (Network Link Layer 3). "Многопротокольность" в
129
название технологии означает, что MPLS – инкапсулирующий протокол
и может транспортировать множество других протоколов, рис.4.4.
Рис. 4.4. Технология MPLS в IP сетях и модель OSI/ISO
Технологии MPLS и DiffServ схожи – оба стандарта используют
маркировку пакетов во входных точках сети, то есть анализ,
классификация трафика происходит на границе доменов. Однако, в
отличие от DiffServ, использующего для DSCP уже существующее поле
TOS в пакете IP, в MPLS к пакету добавляется специальная 32-разрядная
информационная метка, рис. 3.5. Метка помещается между заголовками
второго/ третьего уровня и используется для определения следующего
маршрутизатора на пути к пункту назначения. Кодовое же слово DSCP в
механизме DiffServ не несет себе информацию, которая влияет на выбор
маршрута для продвижения пакетов, а определяет уровень качества
обслуживания пакетов в промежуточных узлах.
130
Рис. 4.5. Формат метки MPLS
Протокол MPLS упрощает процесс продвижения пакетов в
магистрали, поскольку на промежуточных LSR происходит не обычная
маршрутизация,
а
высокоскоростная
коммутация
на
основании
информации в метке. Распространение трафика в сети MPLS происходит
по следующему сценарию. Первый пограничный коммутатор LER на
основании IP адреса пункта назначения и/или другой информации
заголовка пакета определяет соответствующее политике обеспечения
QoS значение метки, принадлежность пакета определенному классу FEC
и выходной интерфейс для пакета. Следующий маршрутизатор LSR
использует метку для про-движения пакета, сопоставляя с находящейся
на нем базой информации о метках (Label Infor-mation Base — LIB),
определяет следующий LSR на пути к пункту назначения и заменят
метку на новую. Последний пограничный маршрутизатор снимает метку
и отправляет на выходной интерфейс в обычном виде, рис. 4.6.
131
Рис. 4.6. Пример гибридной магистрали DiffServ+MPLS
Термины и определения в технологии MPLS
Метка – короткий идентификатор фиксированной длины, имеющий
значение на локальном участке сети для определения FEC. На
сегодняшний день стандартом определен формат 32-битной метки,
располагаемой между заголовками второго уровня (Layer 2) и третьего
уровня
(Layer
Forwarding
Equivalency
Class
(FEC)
3).
–
совокупность
пакетов,
обслуживаемых в сети одинаковым способом. Пакеты, принадлежащие
одному FEC в домене MPLS, следуют общим маршрутом – по одному
LSP. FEC (класс эквивалентного продвижения), к которому приписан
пакет,
может
расположенной
быть
однозначно
в
идентифицирован
этом
меткой,
пакете.
Label Distribution Protocol (LDP) – протокол распространения меток.
Функции и характеристики протокола:
1. Предоставляет возможность маршрутизаторам с коммутацией
меток LSR (Label Switching Router) обнаруживать друг друга и
устанавливать взаимодействие
132
2. Определяет
четыре
класса
сообщений:
DISCOVERY,
ADJACENCY, LABEL ADVERTISEMENT и NO-TIFICATION
3. Для обеспечения надежности передачи сообщений протокол
работает
"поверх"
TCP,
позволяющего
обеспечить
гарантированность доставки
Label Switch Path (LSP) – точный маршрут следования пакетов через
сеть MPLS. Построение маршрутов LSP обеспечивается специальными
протоколами распространения меток (LDP), такими как RSVP-TE и/или
CR-LDP.
Label Switch Router (LSR) – маршрутизатор с коммутацией меток.
Пограничный LSR, осуществляющий маркировку пакета меткой,
называется LER (Label Edge Router).
CR-LDP и RSVP-TE– механизмы сигнализации для управления
трафиком в магистрали (MPLS Traffic Engineering). Предназначены для
организации процесса распространения меток с использованием явной
маршрутизации.
Поддержка MPLS в архитектуре DiffServ
MPLS является технологией, ориентированной на маршрут,
поэтому предоставляет достаточно быструю маршрутизацию и доставку
пакетов по сравнению с обычной услугой протокола IР. Очевидно, что
использование MPLS для доставки пакетов может существенно
повысить производительность сети, и, как следствие, предоставить
широкие возможности по внедрению новых услуг.
Использование в архитектуре DiffServ технологии MPLS порождает
достаточно
много
задач
по
осуществлению
корректного
их
взаимодействия. В первую очередь отметим, что для этого необходимо
существенное изменение сетевых узлов, в которые должны быть
133
заложены и MPLS, и DiffServ. Далее, сложными вопросами являются
следующие:
• DiffServ и MPLS функционируют на разных уровнях — каким
образом организовать обмен информацией между ними;
• как установить соответствие между ВА и LSP;
• каким образом обеспечить управление и распределение трафика;
• вопросы безопасности и изоляции трафика.
Различные типы ВА некоторого заданного FEC могут использовать
различные маршруты LSP, решение маршрутизатора LSR с функциями
DiffServ
о
назначении
метки
зависит
только
лишь
от
типа
агрегированного поведения ВА маршрутизируемого пакета. Отметим,
что
в
связи
с
тем,
что
значение
поля
DS
заголовка
IP
маршрутизируемого пакета не может напрямую быть видимым для LSR,
методика, по которой определяется тип применяемой пошаговой
маршрутизации
РНВ
поступающего
пакета
и
осуществляется
кодирование типа РНВ в исходящем пакете, отличается от методики,
применяемой в маршрутизаторе DiffServ без функций MPLS. Алгоритм
маршрутизации, реализуемый в LSR с функциями DiffServ, должен, как
минимум, включать в себя следующие составляющие:
• определение РНВ входящего пакета;
• определение РНВ для исходящего пакета (как правило, тип РНВ не
изменяется);
• обработку метки и соответствующей ей информации DiffServ;
• кодирование информации DiffServ.
4.1 Концепция инжинринга трафика в MPLS
4.1.1. Инжиниринг трафика
Хотя маршрутизация IP позволила сделать огромный шаг вперед в
том, что касается обеспечения соединения, вопросы повышения
134
эффективности
передачи
информации
остаются
по-прежнему
актуальными. Резервирование ресурсов и, в частности, оптимизация
производительности
рассматриваются
как
второстепенная
задача
маршрутизации IP, а основное внимание фокусируется на поддержке
соединения
в
противовес
таким
более
тонким
вопросам,
как
эффективный выбор пути и сокращение числа узких мест.
Это происходит потому, что протоколы маршрутизации IP не были
предназначены для оптимизации производительности сети; их главная
цель — обеспечить связь при изменении топологии или возникновении
сетевых ошибок. При маршрутизации IP кратчайший путь к адресату
зачастую выбирается на основе простых параметров, таких, как
задержка. Подобный подход оправдывает себя в случае применения в
Internet модели «по мере возможности», но он не в состоянии
предложить адекватную поддержку эффективного резервирования и
оптимизации ресурсов.
Рассмотрим для примера резервирование пропускной способности.
Сейчас маршрутизация IP не имеет необходимой информации о
конкретных каналах для нахождения пути с определенной пропускной
способностью. Выбор маршрута на основе алгоритма кратчайшего пути
с учетом ограничений на пропускную способность скорее всего
приведет к резкому росту числа отвергнутых пакетов и неэффективному
использованию ресурсов. Маршрутизация по кратчайшему пути часто
создает несбалансированное распределение трафика, в результате чего
на одних участках сеть не справляется с нагрузкой, в то время как в
других ее частях уровень трафика весьма невелик.
Оптимизация
производительности
требует
реализации
дополнительных возможностей в маршрутизации IP и создания более
качественного инструментария управления. Для оптимизации уровня
использования сетевых ресурсов необходимо следить за тем, чтобы
135
объем передаваемого трафика точно соответствовал возможностям
сетевых ресурсов вдоль его пути.
Процесс оптимизации производительности сети, так называемый
«инжиниринг трафика», задействует усовершенствованные алгоритмы
выбора пути для организации каналов передачи трафика в сетевых
магистралях и распределения потоков трафика с целью максимального
увеличения общей эффективности сети. В данной статье мы рассмотрим
некоторые
базовые
проблемы
маршрутизации
IP,
подходы
к
оптимизации уровня использования ресурсов, основные элементы
системы инжиниринга трафика, а также поговорим о том, как эти
элементы взаимодействуют друг с другом [28].
«Рыба» в маршрутизации IP
При маршрутизации IP решения принимаются на основе таких
параметров, как число промежуточных узлов или задержка. Хотя в силу
простоты
подобного
подхода
маршрутизация
IP
хорошо
масштабируется, как правило, в этом случае не удается оптимизировать
уровень использования ресурсов в сетевой магистрали. Указанные
недостатки можно проиллюстрировать на примере «проблемы рыбы»
(см. Рис.4.7). В данной топологии, напоминающей по форме рыбу, узел
G представляет голову «рыбы», а узлы A и B — хвост. Трафик
передается с узлов A и B на узел G.
От хвоста рыбы к ее голове можно добраться двумя путями: C-D-F
или C-E-F. Если C-D-F короче, чем C-E-F, то маршрутизация IP выберет
кратчайший путь (C-D-F) для всего трафика, передаваемого с обоих
узлов A и B на узел G. Это значит, что на маршруте C-D-F нагрузка
окажется очень большой, а маршрут C-E-F вообще не будет
задействован.
136
A
D
G
F
Хвост
C
Голова
E
B
Рис. 4.7 «Проблема рыбы» показывает, что маршрутизация IP в Internet
может привести к неэффективному использованию ресурсов
«Проблема
рыбы»
возникает
из-за
двух
особенностей
маршрутизации IP. Во-первых, по своей природе маршрутизация
ориентирована на получателя. При передаче по протоколу IP все пакеты,
адресаты которых имеют один и тот же префикс, будут отправляться на
следующий общий для всех них промежуточный узел. Это значит, что в
таблице маршрутизации для каждого адресата обычно существует
только один путь (из этого правила бывает исключение, когда имеется
несколько путей с одинаковой стоимостью).
Маршрутизация в соответствии с адресатом не всегда дает
возможность
задействовать
все
разнообразные
соединения,
существующие в сети. Распределение трафика обычно предсказать
очень сложно, и зачастую оно несбалансированно. В силу этого ресурсы
на
многих
участках
сети
могут
использоваться
недостаточно
эффективно.
Вторая потенциально неприятная особенность маршрутизации IP
состоит в том, что маршруты рассчитываются с учетом локальной
оптимизации. Поскольку каждый узел выбирает путь со своей «точки
зрения»,
в
рамках
всей
сети
такой
137
выбор
может
оказаться
неоптимальным. На рис. 4.7, к примеру, кратчайший путь может
оказаться самым напряженным, поскольку множество узлов в сети могут
выбрать его независимо друг от друга. В данном случае длинный путь
может
оказаться
использование
более
ресурсов
эффективным.
в
масштабах
Чтобы
всей
оптимизировать
сети,
решение
о
маршрутизации должно приниматься с учетом назначения всей сети и
общего представления о ней.
В исключительных случаях маршрутизация по кратчайшему пути
может привести к осцилляции маршрутов. Вернемся опять к рис. 4.7.
Предположим, что в определенный момент протокол маршрутизации
выбрал C-D-F в качестве кратчайшего пути от C к F. Поскольку весь
трафик будет передаваться именно по этому пути, то данный маршрут
будет перегружен, в то время как маршрут C-E-F вообще не
задействуется. При следующем обновлении таблицы маршрутизации
протокол маршрутизации может посчитать, что маршрут C-E-F
предпочтительнее, и выбрать его в качестве кратчайшего пути от C к F.
В результате подобного изменения весь трафик окажется переведен с
маршрута C-D-F на маршрут C-E-F. Это значит, что теперь будет
простаивать канал C-E-F. Выбор пути изменится при следующем
обновлении таблицы маршрутизации, и рассматриваемый процесс,
теоретически, может продолжаться до бесконечности.
Первая проблема может быть решена только путем преодоления
ограничений маршрутизации в соответствии с адресатом и внедрением в
сети механизмов управления трафиком.
В прошлом крупные провайдеры услуг решали подобные вопросы
за счет применения технологии IP поверх ATM. Распределением
трафика в магистралях ATM можно эффективно управлять с помощью
отображения виртуальных каналов ATM на топологию физической сети.
За прошедший год основным механизмом инжиниринга трафика в сетях
138
IP стала многопротокольная коммутация с использованием меток
(Multiprotocol Label Switching, MPLS). Расширения для протоколов
распространения меток MPLS и протоколов маршрутизации IP
утверждаются в качестве стандартов в IETF.
Подход к инжинирингу трафика на базе MPLS ориентируется на
наложенную модель. Провайдеры услуг используют MPLS для создания
виртуальной сети, которая включает в себя полную сеть логических
соединений между всеми пограничными узлами. Эти логические
соединения могут представлять собой заданные явным образом точные
маршруты,
реализуемые
путем
способности.
Поставленные
перед
резервирования
инжинирингом
пропускной
трафика
цели
достигаются с помощью организации явно заданных маршрутов в
физической сети так, чтобы распределение трафика по всем магистралям
в сети было сбалансированным.
Наложенный подход эффективно работает, если применяется
протокол пограничной маршрутизации (Border Gateway Protocol, BGP).
В обычной магистрали Internet пограничные узлы представляют собой
маршрутизаторы BGP, связанные с другими доменами маршрутизации.
Для обмена информацией с другими доменами маршрутизаторы BGP
должны установить друг с другом одноранговые отношения. Эти
логические одноранговые соединения могут отображаться с помощью
наложенного подхода на пути MPLS с коммутацией меток (Label
Switched Path, LSP). Сформированные между всеми парами краевых
маршрутизаторов. MPLS LSP могут использоваться в качестве замены
маршрутов
между
маршрутами
BGP,
которые,
как
правило,
предоставляются протоколом внутренней маршрутизации (Interior
Gateway Protocol, IGP), таким, как протокол выбора кратчайшего
свободного пути (OSPF). MPLS LSP могут определяться с учетом целей
139
инжиниринга трафика, а не только на основе параметров маршрутизации
IGP, что позволяет более эффективно использовать ресурсы.
В представленной на рис. 4.8 магистральной сети A, B, C, D и E —
пограничные маршрутизаторы, связанные с внешними доменами
маршрутизации.
(Сплошными
линиями
на
рисунке
отмечены
физические каналы, а пунктирными — логические соединения.) При
наложенном подходе виртуальная сеть формируется с помощью
логических соединений между всеми парами краевых узлов. Эти
логические соединения могут быть организованы в виде MPLS LSP с
явно заданным управлением по конкретным маршрутам в рамках
физической топологии.
Internetпровайдер A
Internetпровайдер B
A
Internetпровайдер E
E
B
F
G
H
D
Internetпровайдер D
C
Магистраль
Internetпровайдер C
Рис. 4.8 Пример наложенного подхода для выполнения инжиниринга
трафика, когда требуется полносвязная сеть соединений
Проанализируем MPLS LSP между узлами A и C на рис. 4.8, чтобы
понять, в чем состоят преимущества наложенного подхода. Между
узлами A и C возможны четыре пути: A-G-H-C, A-F-H-C, A-G-F-H-C и
A-F-G-H-C. Предположим, что кратчайший путь из A в C — это A-G-H140
C; в таком случае маршрутизация по кратчайшему пути выберет именно
этот маршрут. Наложенный подход значительно более гибкий, чем
маршрутизация по кратчайшему пути. В данной ситуации возможен
любой из четырех путей, и выбор одного из них может быть сделан с
учетом объема трафика между двумя узлами. Если между узлами A и B,
к примеру, уровень трафика высок, то LSP может быть проложен из A в
C через A-F-H-C; при этом вся пропускная способность канала A-G
будет использоваться для передачи трафика между узлами A и B.
Несмотря на свою простоту и эффективность, наложенный подход
может привести к определенным ограничениям масштабируемости (в
данной статье эта проблема называется проблемой «N в квадрате»).
Чтобы сформировать все возможные логические соединения между N
пограничными узлами, каждый из них должен установить LSP с (N-1)
других узлов, так что в итоге количество LSP будет равно N x (N-1). В
крупной сетевой магистрали, где существует множество краевых узлов,
подобный подход не будет масштабироваться приемлемым образом.
Чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами наиболее
эффективных методик инжиниринга трафика, сначала следует понять, из
каких элементов состоит система инжиниринга трафика. Система,
изображенная на рис. 4.9, имеет шесть основных компонентов:
выявление
топологии/состояния,
вычисление
маршрута,
оценка
требований трафика, графический пользовательский интерфейс, сетевой
интерфейс и хранилища данных.
141
Оценка
требований
Вычисление
маршрута
Хранилище данных
Графический
пользовательский
интерфейс
Определение
топологии и
состояния каналов
Сетевой
интерфейс
4.9 Шесть основных компонентов системы инжиниринга трафика
Модуль хранилища данных системы инжиниринга трафика состоит
из центральной базы данных и постоянной памяти для всех разделяемых
объектов данных, таких, как топология сети, информация о состоянии
канала, требования трафика, маршруты и правила. Другие модули могут
хранить информацию, получать к ней доступ и обмениваться ею через
базу данных. Кроме того, каждый объект имеет соответствующую
машину состояний, где каждый переход связан с модулем-отправителем,
входным событием, модулем-получателем и выходным событием.
Эффективной системе инжиниринга трафика необходима точная
информация о требованиях трафика. В некоторых ситуациях, например
для службы виртуальной частной сети (VPN), эти требования могут
быть указаны в соглашении об уровне сервиса (Service Level Agreement,
SLA) между провайдером услуг и клиентом. В других случаях
требования оцениваются на основе параметров трафика. Многие виды
статистических данных теперь можно получить из сети, в том числе
уровень его объема в конкретных каналах и результаты анализа по
типам трафика. Однако инжиниринг трафика, как правило, использует
совокупные статистические параметры трафика, и для оптимизации
142
маршрута должен быть известен объем трафика между всеми парами
входных и выходных узлов.
Как только система инжиниринга трафика определила оптимальные
маршруты в соответствии с требованиями трафика, она должна
сконфигурировать
элементы
сети
так,
чтобы
эти
требования
выполнялись. Система инжиниринга трафика может взаимодействовать
с сетевыми элементами самыми разными способами. Сейчас, к примеру,
все популярнее становятся встроенные серверы Web. Когда сервер Web
встроен в контроллер сетевого элемента, система инжиниринга трафика
может конфигурировать такой элемент через интерфейс на базе Web.
Хотя данный подход достаточно гибок, эти виды интерфейса
специфичны для решений конкретных производителей и не могут
взаимодействовать
с
интерфейсами
других
разработчиков.
Альтернативный подход на базе стандартов состоит в использовании
SNMP для конфигурации сетевых элементов. Совсем недавно в качестве
стандарта была предложена единая служба открытых правил (Common
Open Policy Service, COPS), с помощью которой система инжиниринга
трафика
может
сообщать пограничному узлу о
необходимости
установить специфичные маршруты MPLS. Первоначально COPS
создавалась
как
средство
передачи
на
сервер
информации
о
резервировании ресурсов, а также как механизм для сообщения
сервером маршрутизаторам на границе сети о принятых с учетом
заданных правил решениях.
Тот
же
самый
механизм
позволяет
передавать
результаты
вычисления маршрута с сервера инжиниринга трафика на сетевые узлы.
Точные маршруты могут быть вычислены на сервере централизованным
образом, а затем доставлены на выходные узлы указанных маршрутов.
Для
установления
этих
точных
протоколы распространения меток.
143
маршрутов
могут
применяться
В
системе
инжиниринга
трафика
необходимо
тщательно
отслеживать изменения в топологии сети и состояние каналов, для чего
используется несколько подходов. Например, некоторую информацию о
топологии и состоянии можно найти в сетевой конфигурации, хотя это
главным
образом
касается
статических
данных.
Динамическую
информацию — сведения о незадействованной пропускной способности
или уровне загруженности канала — можно получить с помощью систем
управления
сетью,
таких,
как
прерывания
простого
протокола
управления сетью (SNMP) и системы опросов. Еще один подход
заключается в расширении протоколов маршрутизации, например OSPF,
так, чтобы они периодически рассылали информацию о состоянии
канала.
Одно из преимуществ подхода на базе OSPF состоит в его широком
применении, т. е. он уже имеет механизмы для распространения
информации о статусе каналов и создания базы данных топологии.
Расширение OSPF с целью поддержки определения топологии и
состояния при инжиниринге трафика позволяет избежать применения
дополнительного
информации.
Это
протокола
для
должно
ускорить
распространения
темпы
подобной
внедрения
систем
инжиниринга трафика в действующих сетях.
При использовании подхода на базе OSPF, все узлы сначала
пытаются установить и поддерживать одноранговые отношения со
своими соседями. Соседи узла представляют собой узлы, с которыми
данный узел напрямую обменивается управляющей информацией.
Каждый узел отслеживает состояние своего локального канала, и
информация, касающаяся этого состояния, сообщается всем другим
узлам в сети или станции управления сетью. Система инжиниринга
трафика может использоваться для создания базы данных о топологии с
144
помощью сведений о состоянии канала, получаемых при обмене
сообщениями OSPF о маршрутизации.
Поскольку для инжиниринга трафика требуются не только те
параметры, которые OSPF предоставляет в сообщениях о состоянии
канала, предложенное расширение предполагает добавить к протоколу
OSPF следующие сообщения о состоянии канала для инжиниринга
трафика.

IP-адреса канала для локального и удаленного интерфейса.

Метрика инжиниринга трафика. Она используется только при
вычислении маршрута с учетом ограничений.

Максимальная пропускная способность. Этот параметр определяет
максимальную величину пропускной способности, доступную для
конкретного канала в определенном направлении.

Максимальная резервируемая пропускная способность. Данная
характеристика
уточняет
доступную
для
резервирования
пропускную способность в конкретном канале в определенном
направлении.

Нерезервируемая пропускная способность. Указывает, какую
долю пропускной способности нельзя зарезервировать.

Атрибуты класса ресурсов. Эти присваиваемые администратором
параметры описывают классы ресурсов.
Как только база данных о топологии и информация о состоянии канала
получены, маршрутизация с учетом ограничений позволяет вычислить в
сети маршруты в соответствии с заданными целями инжиниринга
трафика.
Центральным
является
механизм
компонентом
системы
вычисления
инжиниринга
маршрута
в
трафика
соответствии
с
требованиями трафика к сети. С точки зрения целей инжиниринга
трафика выбор маршрута должен выходить за рамки относительно
145
простого подхода определения кратчайшего пути и решать такие
вопросы, как оптимизация ресурсов, восстановление и априорные (на
основе приоритетов) ограничения. Выбор маршрута также называют
маршрутизацией с учетом ограничений.
Маршрутизация с учетом ограничений может выполняться в двух
разных режимах: автономно (off-line) или интерактивно (on-line). В
автономном режиме вычисление маршрута осуществляется для всех
маршрутов периодически, с учетом текущей информации, и в период
обслуживания сеть разделяется на новые маршруты. Автономный
подход, как правило, дает оптимальные результаты, поскольку все
маршруты систематически повторно оптимизируются после сделанных
изменений.
Но
поскольку
частое
крупномасштабное
изменение
маршрутов может разрушить потоки трафика, с практической точки
зрения данный подход нежелателен. Кроме того, поскольку вычисление
маршрута выполняется периодически, это приводит к накоплению
дополнительных задержек по мере добавления в сеть новых требований
трафика.
При
интерактивной
маршрутизации
с
учетом
ограничений
вычисление маршрута выполняется постепенно, шаг за шагом, по мере
появления каждого нового требования трафика. Когда сделан новый
очередной
запрос,
модуль
вычисления
маршрута
определяет
оптимальный маршрут только для нового требования; маршруты для
существующих требований не меняются. Это минимизирует изменение
маршрутов существующих потоков трафика, хотя использование
ресурсов может оказаться не столь эффективным, как в случае
автономной
маршрутизации
с
учетом
ограничений.
Однако
преимущества вычисления маршрута по требованию и минимизация
влияния на существующий трафик часто оправдывают снижение
эффективности.
146
Эти два режима маршрутизации с учетом ограничений могут быть
скомбинированы
в
различные
промежутки
времени.
Например,
маршруты для новых требований могут формироваться шаг за шагом, а
через определенный интервал, в период менее высокой нагрузки в сети,
выполняется общая повторная оптимизация для всех требований.
Маршрутизация с учетом ограничений имеет два основных
элемента: оптимизация маршрута и его размещение. Оптимизация
маршрута отвечает за выбор маршрутов для требований трафика в
соответствии с заданным набором ограничений. Как только маршруты
определены, размещение маршрутов реализует их в сети так, что потоки
трафика будут передаваться именно по ним.
Маршрутизация может производиться в соответствии с различными
схемами с учетом ограничений. Некоторые из них основаны на
передовых математических методах, используемых для оптимизации
общей эффективности сетевых ресурсов, в других применяются
эвристические подходы в рамках существующей инфраструктуры
маршрутизации IP. Хотя их детальное описание выходит за рамки
данной статьи, важно иметь в виду, что выбор наиболее приемлемого
метода требует учета характеристик конкретной сети, в которой этот
метод предполагается реализовать.
По мере усложнения сетей и роста требований к ресурсам,
инжиниринг трафика будет становиться все более важным средством
управления
сетевыми
производительность,
ресурсами,
увеличивать
позволяя
общую
оптимизировать
эффективность
и
минимизировать нагрузки. Чтобы предоставить необходимый для таких
сетей уровень инжиниринга трафика, предстоит преодолеть ограничения
маршрутизации IP.
147
Инжиниринг
трафика
представляет
собой
мониторинг
и
моделирование потоков трафика, а также управление трафиком с тем,
чтобы
обеспечить
рационального
сбалансированной
нужное
качество
использования
их
его
сетевых
загрузки.
В
обслуживания
ресурсов
отечественной
за
путем
счет
литературе
совокупность механизмов, обеспечивающих выполнение перечисленных
функций,
называется
также
перераспределением
трафика,
конструированием трафика, оптимизацией трафика, проектированием
трафика, управлением трафиком. Более точным является название
управление разнотипным трафиком, т.к. оно подчеркивает связь
рассматриваемых здесь механизмов с задачей обеспечить разное
качество обслуживания (QoS) трафика разных типов, но в книге
используется наиболее распространенная прямая калька с английского
эквивалента — Traffic Engineering (TE). Впрочем, о распространенности
в данном случае можно говорить весьма условно: терминология в этой
молодой области пока еще находится в стадии становления.
Так или иначе, возможности инжиниринга трафика — главная или,
по крайней мере, одна из главных причин, по которым технология MPLS
реализуется в сегодняшних сетях связи.
Сравнение протоколов CRLDP и RSVPTE
Следует сразу же отметить, что оба рассматриваемых протокола
отвечают требованиям документа RFC 2702 к сигнализации MPLS.
Однако для выполнения этих требований CR-LDP и RSVP-TE
используют различные механизмы, хотя и схожего в реализации ряда
функций очень много. В этом параграфе рассмотрены основные
функции исследуемых протоколов и варианты их реализации в каждом
из них.
148
Возможность присвоения и переноса параметров трафика и QoS в
RSVP-TE
реализуется
посредством
передачи
в
сообщениях
непрозрачных данных, предназначенных для подсистемы управления
трафиком. CR-LDP может определять правила для пограничных узлов
(edge rules) и рекомендации для промежуточных пересылок (per hop
behaviors), базирующиеся на скорости передачи данных, на полосе
пропускания звена и на весах, присвоенных этим параметрам.
О неисправности протокол RSVP-TE извещает сообщением об
ошибке, но момент его отправки зависит от установленных значений
таймеров для обновления состояния. CR-LDP же пользуется для
извещения о неисправности возможностями транспортного протокола
TCP.
Восстановление
после
неисправности
протокол
RSVP-TE
обеспечивает ремаршрутизацией тракта в соответствии с принципом
«makebeforebrake», когда сначала создается новый LSP, затем в него
переводится трафик, и лишь после этого разрушается неисправный
тракт. CR-LDP позволяет задать политику обработки неисправности в
каждом из узлов, через которые проходит LSP.
Обнаружение закольцованных маршрутов требуется лишь для не
строго заданных маршрутов и в RSVP-TE производится при помощи
объекта RRO. Протокол CR-LDP использует для этого традиционный
для LDP объект Path_Vector_TLV. Оба этих объекта могут также
применяться для определения того, какой маршрут использует LSP.
Для управления трактами в обоих протоколах применяется
идентификация каждого LSP идентификатором LSP ID. При этом RSVPTE может идентифицировать и туннель (Tunnel ID), позволяя перевести
его из одного LSP в другой.
Оба
протокола
высокоприоритетным
поддерживают
трафиком
функцию
низкоприоритетного.
149
вытеснения
В
обоих
протоколах это достигается присвоением приоритетов удержания и
захвата ресурса.
Разумеется, оба протокола могут определять для тракта явно
заданный маршрут, причем оба они могут работать с абстрактными
узлами и со строго и не строго заданными маршрутами.
Сравнение технических характеристик
Ключевыми различиями между протоколами CR-LDP и RSVP
являются используемые тем и другим транспортные протоколы и то, в
каком направлении — прямом или обратном — производится
резервирование ресурсов. Из различия по этим двум признакам
вытекают и многие другие различия этих протоколов.
4.2.
«Все» через MPLS
Важным направлением развития MPLS является использование
этой технологии для пересылки трафика уровня 2 разных типов через
специальным образом конфигурированные LSP-туннели. Речь идет о
переносе над уровнем MPLS трафика уровня звена данных. Таким
образом, MPLS будет выполнять роль универсального механизма
доступа и такого же универсального трубопровода для разнотипного
трафика в единой сети NGN. Эта техника может использоваться для
создания сетей VPN уровня 2, а а также для пересылки Ethernet-трафика
виртуальной сети LAN (VLAN) через домены MPLS и Ethernet. В число
других транспортных технологий низкого уровня, для которых
рассматривается применение этого механизма, входят PPP, SDH и др.
Ethernet через MPLS переносит Ethernet PDU в MPLS-пакетах.
Входные маршрутизаторы LSR транслируют адреса Ethernet MAC и
поддерживают метки MAC для отображения входного и выходного
портов. Каждый PDU переносится в отдельном пакете. При получении
PDU входной LSR удаляет преамбулу, разделитель начала кадра — start
150
of frame delimiter (SFD) — и проверочную комбинацию FCS. Остальная
часть заголовка сохраняется прежней. LSR копирует контрольное слово
из заголовка, даже если оно не используется, добавляет метки VC и LSP,
и пакет пересылается по сети MPLS стандартным образом. Выходной
LSR удаляет метки LSP и VC и управляющее слово. Затем он обновляет
заголовок и отсылает пакет в соответствующий интерфейс. LSR может
также дополнительно поддерживать мэппинг VLAN. Для инкапсуляции
этого типа весь кадр Ethernet уровня 2 (без преамбулы и FCS)
пересылается в поле данных пакета MPLS. Транспортируется также тег
VLAN. Входной и выходной маршрутизаторы LSR могут оценивать
поле приоритета в заголовке VLAN с целью мэппинга в поле EXP
заголовка MPLS.
PPP через MPLS инкапсулирует PPP PDU в MPLS-пакеты и
пересылает их по сети MPLS. При этом LSR не участвуют в
протокольных процессах согласования и аутентификации. Входной LSR,
получив PPP PDU, удаляет флаги, адрес, управляющее поле, FCS и
добавляет метки VC и LSP, после чего пакет пересылается по сети MPLS
стандартным образом. Выходной LSR удаляет метки VC и LSP и,
добавив флаги, адрес, управляющее поле и FCS, отправляет пакет в
соответствующий интерфейс.
Многоадресность
Организация с помощью MPLS рассылки «точка — группа точек»,
более известной по аббревиатуре P2MP (Point-to-Multipoint), давно
привлекала разработчиков, но наталкивалась на множество сложностей.
Дело в том, что MPLS изначально создавалась для передачи
одноадресного (unicast) трафика. Режим P2MP требует многоадресности
(multicast), т.е. возможности передавать один пакет получателям
151
многоадресной группы. Таким образом, передается не один пакет, а
много его копий.
Для создания LSP по принципу P2MP потребуется довольно
интенсивный служебных трафик, особенно если учесть непостоянство и
динамичность групп многоадресной рассылки. В многоадресном режиме
в MPLS очень сложно будет организовать агрегацию как одноадресного
трафика с многоадресным, так и многоадресного трафика разных групп.
В MPLS распределением меток руководит нижний LSR, и верхний LSR
не может гарантировать, что все нижние LSR назначат одинаковые
метки, в случае же назначения меток сверху, верхний LSR мог бы
назначить всем LSR в группе многоадресной рассылки единую метку.
Несмотря на эти препятствия, IETF и некоторые форумы исследуют
возможность реализовать многоадресность в MPLS. Одной из областей,
в которых проводятся исследования, являются приложения BGP/MPLS
VPN. Один проект, находящийся в настоящее время на грани перехода
из состояния draft к более высокой степени стандартизации, и
озаглавленный как «Многоадресность в сетях BGP/MPLS VPN»,
дополняет основные спецификации BGP/ MPLS VPN описанием
протоколов и процедур, которые провайдер услуг может реализовать для
обслуживания многоадресного VPN-трафика с помощью протокола
многоадресной маршрутизации PIM.
Сегодня
ни
CR-LDP,
ни
RSVP-TE
многоадресность
не
поддерживают, но в MPLS WG разрабатывается находится draftпроект,
сначала имевший название «Требования к P2MP-расширению протокола
RSVP-TE», а сейчас озаглавленный «Требования к MPLS TE-LSP».
Он призван специфицировать требования для функционирования
P2MP-приложений поверх инфраструктуры MPLS-TE, причем не только
в традиционной MPLS, но также и в сетях GMPLS.
152
DiffServaware MPLSTE
Рассмотрим концепцию DiffServ-aware MPLS-TE, также называемая
MPLS DiffServ-TE.
По сути, это еще один подход к инжинирингу трафика в MPLS, и
отличается он от других подходов не сигнализацией или иными
сетевыми механизмами, а ориентацией целевой функции не на
оптимизационные задачи, а на гарантирование качества предоставления
услуг.
До настоящего времени поставщики услуг использовали для
обеспечения QoS только модель DiffServ, и механизм распределения
ресурсов базировался на назначении для приложений разных классов
обслуживания и на соответствующей маркировке трафика.
Однако для обеспечения SLA недостаточно маркировать трафик.
Если он следует по маршруту, не имеющему адекватных ресурсов для
выполнения требований к качеству функционирования (например, к
задержке или к джиттеру), то соглашения SLA физически не смогут
быть выполнены. MPLS-TE позволяет создавать коммутируемые по
меткам тракты через звенья, имеющие надлежащие ресурсы, тем самым
гарантируя, что для обслуживаемого потока всегда будет иметься
достаточная полоса пропускания, и что перегрузка будет предотвращена
как в стабильном режиме работы, так и в случаях сетевых отказов.
Недостаток простого совмещения DiffServ и MPLS-TE состоит в
том, что MPLS-TE «забывает» о разделении потоков по классам
обслуживания (CoS) и функционирует в доступной полосе пропускания
обобщенно (одинаково для всех классов).
DiffServ в MPLS
Подход DiffServ к проблеме обеспечения QoS заключается в
разделении всего трафика на небольшое число классов и на выделении
сетевых ресурсов отдельно для каждого такого класса, а не для каждого
153
информационного потока. Чтобы устранить необходимость в протоколе
сигнализации, класс маркируется непосредственно в поле DiffServ Code
Point (DSCP) пакета. Это поле длиной 6 битов является частью
первоначально введенного в заголовках IP-пакета байта ToS (тип
обслуживания). Дело в том, что IETF переопределил значение редко
используемого поля ToS, разбив его на 6-битовое поле DSCP и 2битовое поле уведомления о явной перегрузке ECN (Explicit Congestion
Notification). Cрочность TOS MBZ DSCP ECN
Поле DSCP определяет уровень обслуживания пакета в данном
сетевом узле. Для этого уровня обслуживания используется термин
режим пересылки PHB (PerHop Behavior), который выражает порядок
обработки пакета в узле в плане очередности его диспетчеризации и
отбрасывания. С точки зрения реализации PHB определяет очередность
пересылки пакетов, вероятность отбрасывания пакетов в том случае,
когда очередь становится длиннее заданного порога, ресурсы (буферную
емкость и полосу пропускания), выделяемые каждой очереди, а также
частоту, с которой обслуживается очередь.
IETF определил набор из 14 стандартных классов обслуживания
трафика. В их число входят класс негарантированного обслуживания BE
(Best Effort), при в котором трафик не получает никакой специальной
обработкии и класс срочной пересылки пакетов EF (Expedited
Forwarding), при в котором трафик встречает минимальную задержку и
низкую вероятность потерь. С практической точки зрения это означает
очередь, выделенную трафику класса EF, у которой частота поступления
в нее пакетов меньше, чем скорость обслуживания пакетов, так что
задержки, джиттер и потери, вызванные перегрузкой, маловероятны.
Типичными примерами трафика, которому присваивается класс EF,
являются потоки речевой и видеоинформации: они имеют постоянные
скорости передачи и требуют минимальных задержек и потерь.
154
Остальные 12 классов составляют классы гарантированной пересылки
пакетов AF (Assured Forwarding). Каждый такой класс определяется
номером очереди и
очередностью отбрасывания
пакетов. IETF
рекомендует использовать четыре разные очереди, каждая из которых
имеет три уровня очередности отбрасывания, что и дает в итоге
двенадцать
классов
AF.
Для
этих
классов
принята
система
наименований AFxy, где x- номер очереди, а y — уровень очередности
отбрасывания. Таким образом, все пакеты класса AFхy будут
помещаться в одну и ту же очередь x для их дальнейшей пересылки, и
это
гарантирует,
что
пакеты
одного
приложения
переупорядочены,
если
они
различаются
только
не
будут
очередностью
отбрасывания. Классы AF применимы к трафику, который требует
гарантий
скорости
передачи,
но
не
требует
гарантированных
предельных значений задержки или джиттера.
Хотя IETF определила рекомендуемые значения кода DSCP для
каждого из стандартных классов трафика, поставщики позволяют
операторам сетей переопределять соответствие между DSCP и PHB, а
также определять нестандартные режимы PHB. Важно иметь в виду, что
как только пакет маркируется каким-то значением DSCP, тем самым
определяется его обработка в плане уровня обслуживания в каждом из
сетевых узлов, через которые он проходит.
Следовательно, для обеспечения согласованной QoS-обработки
важно поддерживать согласованное соответствие DSCP-PHB.
Это обстоятельство и обуславливает понятие домен DiffServ,
который представляет собой совокупность поддерживающих DiffServ
узлов c одинаковым набором заданных PHB, одинаковым соответствием
кодов DSCP режима PHB и единой стратегией обеспечения услуг.
Обычно домен DiffServ функционирует под управлением одного
администратора. На границе домена DiffServ трафик маркируется
155
кодами DSCP, которые задают желательный PHB (т.е. уровень
обслуживания в каждом из сетевых узлов) и, в конечном итоге,—
желательное качество обслуживания. Таким образом, система DiffServ
обеспечивает различную обработку трафика в узлах, обеспечивая тем
самым выполнение разных требований QoS для разных потоков. Этот
подход является масштабируемым и не требующим сигнализации для
каждого потока трафика, но он не может гарантировать QoS, если тракт,
по которому идет трафик, не обеспечен адекватными ресурсами.
Механизмы поддержки DiffServ в сети MPLS описывает документ
RFC 3270. Первая проблема, связанная с поддержкой технологии
DiffServ в сети MPLS, состоит в том, что LSR принимают решения о
пересылке пакетов на основании только информации, содержащейся в
метке, так что PHB должен указываться в ней, а именно — в трех
экспериментальных битах EXP метки. Этот способ решает исходную
проблему передачи в метке MPLS информации о желательном режиме
PHB, но порождает новую: каким образом отобразить значения кода
DSCP, выраженные в 6-битовом поле (т.е. до 64 разных значений), на 3битовое поле EXP, которое может переносить максимум восемь разных
значений? Существуют два возможных решения этой проблемы.
Первое решение применяется к сетям, которые поддерживают
менее восьми режимов PHB. Здесь с определением соответствия между
кодами DSCP и режимами PHB все просто: каждый код DSCP
эквивалентен определенной комбинации битов EXP и соответствует
определенному
PHB.
При
пересылке
пакетов
значение
метки,
содержащейся в пакете, определяет, куда его пересылать, а биты EXP
определяют PHB для этого пакета. Комбинация битов EXP может
задаваться на основании значений битов DSCP пакетов IP, переносимых
по LSP, или назначаться администратором сети. Тракты LSP, для
которых режимы PHB логически выводятся из значений битов EXP,
156
обозначаются ELSP, и по ним могут передаваться пакеты, имеющие до
восьми разных PHB в одном LSP.
Второе решение применяется к сетям, которые поддерживают более
восьми классов трафика, для чего битов EXP недостаточно.
Единственным другим полем в MPLS-заголовке пакета, которое
можно использоваться для этой цели, является сама метка. При
пересылке пакетов, значение метки определяет, куда пересылать пакет и
какое обслуживание ему предоставить в плане диспетчеризации, а биты
EXP переносят только информацию, относящуюся к приоритету
отбрасывания, который присвоен данному пакету. Таким образом,
режим PHB определяется на основании как метки, так и битов EXP.
Поскольку метка в неявном виде привязана к PHB, эта информация
должна сообщаться при создании тракта LSP. Тракты LSP, которые
используют метку для передачи информации о желательном PHB,
обозначаются LLSP. По трактам L-LSP могут передаваться пакеты,
относящиеся к трафику одного PHB или нескольких PHB, которые
имеют
одинаковый
режим
диспетчеризации,
но
различаются
приоритетами отбрасывания пакетов, например, классов AFxy, где x —
величина постоянная, а значения y разные.
Class of Type
Напомним уже затронутую выше проблему, заключающуюся в том,
что технология MPLS-TE функционирует на совокупном, агрегатном
уровне по всем классам обслуживания DiffServ и, как результат, не в
состоянии дать гарантированную полосу пропускания по каждому
классу. Базовое же требование DiffServ-TE — быть в состоянии
отдельно резервировать полосу пропускания для трафика каждого
класса. Это подразумевает необходимость отслеживать во всех
маршрутизаторах сети того, какая полоса пропускания доступна для
трафика каждого класса в любой момент времени.
157
Для этой цели в RFC 3564 вводится понятие класс типа СТ (Class of
Type), которое определяется как совокупность ограничений по полосе
пропускания
звена
данных.
С
помощью
CT
производится
маршрутизация с учетом ограничений полосы пропускания звена и
управление доступом. Предусматривается до восьми CT, обозначаемых
CT0
…
СT7.
По
соглашению,
трафику
негарантированного
обслуживания соответствует CT0. Тракты LSP, которые рассчитываются
так, чтобы гарантировать полосу пропускания для определенного CT,
обозначаются DiffServTE LSP. Согласно разработанной IETF модели
DiffServ-TE, LSP может передавать трафик только одного и того же CT и
использовать при этом одинаковые или разные приоритеты вытеснения
трактов потоков. Поскольку все тракты, предшествующие DiffServ-TE
LSP, считаются трактами негарантированного обслуживания, им
соответствует CT0.
Вычисление пути
Маршруты в MPLS-TE рассчитываются по алгоритму CSPF
(кратчайший путь выбирается первым с учетом ограничений) в
соответствии с задаваемыми оператором ограничивающими условиями
по полосам пропускания звеньев. Технология DiffServ-TE добавляет
доступную каждому из восьми CT полосу пропускания в качестве
ограничивающего условия, которое может применяться к создаваемому
LSP. Следовательно, происходит модернизация алгоритма Дийкстры,
позволяющая принимать во внимание полосу пропускания, которая
относится к определенному CT, в качестве ограничивающего условия
при расчете тракта. Для того чтобы расчет оказался успешным, в каждом
звене должна быть известна полоса пропускания, доступная для каждого
CT на всех уровнях приоритета.
Это означает, что протоколы состояния звена (IGP) должны
уведомлять о доступной в каждом звене полосе пропускания для
158
каждого CT на каждом уровне приоритета. Вспомним, что имеется
восемь CT и восемь уровней приоритета, что дает 64 значения, которые
должны передаваться протоколами состояния звена. Однако IETF
принял решение ограничить число значений восемью.
Для этой цели определен так называемый TEкласс, определяющий
комбинацию <CT, приоритет>. DiffServ-TE поддерживает максимум
восемь TE-классов, от TE0 до TE7 включительно, которые могут
выбираться из 64 возможных комбинаций <CT, приоритет> посредством
конфигурирующих процедур.
Протоколы IGP переносят уведомление о полосе пропускания,
доступной
для
каждого
TE
класса.
Существующие
проекты
спецификаций IETF обязывают, чтобы это уведомление делалось с
использованием Unrestricted Bandwidth TLV, которое ранее служило для
распределения
инжиниринге
нерезервированной
трафика.
полосы
Следовательно,
пропускания
информация,
при
полученная
алгоритмом CSPF с помощью протоколов IGP, относится только к
комбинациям CT и приоритета, которые формируют действующие TE
классы. Таким образом, для того чтобы CSPF мог выполнить
достоверный расчет, CT и уровни приоритета, выбранные для LSP,
должны соответствовать одному из выбранных TE классов [6, 22].
159
5. Семейство технологий Ethernet. Архитектура, топологии,
поддерживаемые протоколы, сервисы, безопасность
Развитием
технологии Ethernet в городских сетях занимается
Форум Metro Ethernet (MEF) – некоммерческая организация, созданная
для продвижения концепции построения операторских сетей на основе
Ethernet и ускорения их развертывания во всем мире. Участниками
Форума являются ведущие сервис-провайдеры, крупнейшие операторы
связи,
практически
все
известные
производители
сетевого,
телекоммуникационного и тестового оборудования, а также ряд других
компаний, проявляющих интерес к рынку Metro Ethernet.
Растущая конкуренция на рынке телекоммуникаций заставляет
операторов искать новые решения, которые позволят расширить спектр
предлагаемых услуг, снизить расходы на сопровождение сети, повысить
прибыльность и привлечь новых клиентов. Такие решения также
должны
обеспечивать
хорошую
масштабируемость
и
быть
рассчитанными на быстрый рост клиентской базы и внедрение новых
приложений, требующих поддержки функций качества обслуживания и
значительной полосы пропускания.
Всем этим требованиям наилучшим образом отвечает решение
Metro Ethernet.
Появление сети Metro Ethernet как серьёзной альтернативы другим
вариантам сетей городского масштаба обусловлено следующими
факторами:
- ростом требований к полосе пропускания в связи с появлением
новых типов приложений;
- высокой концентрацией абонентов в офисных и жилых зданиях;
160
- ростом интереса к массовому рынку домашних абонентов
вследствие высокой насыщенности рынка корпоративных клиентов и
падения доходности услуг на этом рынке;
- низкой стоимостью первоначальных затрат и затрат на поддержку;
- большим количеством специалистов, имеющих опыт работы с
Ethernet.
Решение Metro Ethernet обеспечивает:
- мультисервисность и высокую надежность инфраструктуры,
обеспечивающие поддержку соглашений об уровне обслуживания,
необходимых для критичных приложений;
- низкую стоимость развертывания сети;
- исключительно низкую цену за трафик;
- стандартный интерфейс с возможностью предоставления пакета
услуг на одном клиентском порту (мультиплексирование сервисов);
- модульность и высокую плотность агрегации – решение
рассчитано на быстрое внедрение в районах с высокой плотностью
клиентов;
-
отличную
масштабируемость
по
количеству
портов,
производительности узлов и скорости каналов;
- единую технологию, механизмы сигнализации и управления для
всей сети;
- максимальную автоматизацию управления сетью и активации
услуг, поддержку средств самообслуживания клиентов.
Рост требований к емкости городских сетей и успех существующих
операторов Metro Ethernet ясно показывают, что данная модель
предоставления телекоммуникационных услуг на базе Ethernet в
городских сетях конкурентоспособна, востребована и прибыльна для
операторов связи.
161
Технологии Metro Ethernet
Транспортные технологии уровня магистрали
Традиционной
физической
средой
передачи
данных
по
магистральным сетям является оптическое волокно. Способы его
применения классифицируют по названию точки сопряжения с
потребителем и объединяют названием FTTx – оптоволокно до точки
"x". Чаще всего применяется: FTTB (Fiber To The Building) - оптика до
административного
здания,
FTTC
(Fiber
To
The
Curb)
-
до
распределительного шкафа, FTTH (Fiber To The Home) - до жилого дома,
FTTR (Fiber To The Remote) - до абстрактного выносного модуля.
Базовыми магистральными технологиями на сегодня являются
следующие: SONET/SDH, ATM, POS (Pocket over Sonet), EoSDH
(Ethernet over SDH), DWDM, CWDM, DPT/RPR, Fast/Gigabit/10 Gigabit
Ethernet.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
SONET
SDH
ATM
WDM
DPR
xGE
Рис. 5.1 – Основные технологии уровня магистрали
Изначально основной задачей телекоммуникационных структур
являлась
передача
голосового
трафика.
Собственно,
поток
оцифрованного звука (Pulse Code Modulation - PCM) и является
основной единицей измерения скорости передачи данных: 8 бит с
аналого-цифрового
преобразователя
умножаются
на
частоту
дискретизации 8000 герц и получаются те самые 64 килобита в секунду
162
(базовый поток Digital Signal - DS0). Дальше эти потоки агрегируются и
передаются по высокоскоростным каналам. Агрегирование происходит
по технологии временного мультиплексирования каналов Time Division
Multiplexing
(TDM)
–
данным
подканалов
последовательно
предоставляются интервалы времени, в течение которых осуществляется
передача. Непосредственное слияние и разделение каналов производят
специальные устройства – мультиплексоры. Например, на вход
мультиплексора может поступать 30 потоков DS0 (64 кбит/c * 30 плюс
два сигнальных по 64 кбит/с), а на выходе получается один E1 (2048
кбит/с) и наоборот.
В свою очередь, для мультиплексирования потоков информации
при формировании мощных региональных и межрегиональных каналов
были разработаны стандарты для высокоскоростных оптических сетей
связи – сначала PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy – плезиохронная
цифровая иерархия), а затем и более совершенная SDH (Synchronous
Digital Hierarchy – синхронная цифровая иерархия), распространенная в
Европе, и ее американский аналог SONET. SONET/SDH предполагает
использование
метода
временного
мультиплексирования
и
синхронизацию временных интервалов трафика между элементами сети
и определяет уровни скоростей прохождения данных и физические
параметры. Основными устройствами являются мультиплексоры, а
физической средой передачи – оптоволокно. При построении сети SDH
обычно используется топология двойного кольца. По одному кольцу
передается
синхронизирующая
информация,
а
по
другому
–
непосредственно трафик. Использование колец дает возможность
автоматического восстановления при авариях. Сам метод передачи
называется коммутированием каналов.
163
SONET
SDH
MUX
MUX
Рис. 5.2 – Технология SONET/SDH
Основными
достоинствами
данной
технологии
являются
стандартизованность, масштабируемость и высокая надежность (время
восстановления порядка 50 мс).
К недостаткам можно отнести ориентацию на передачу голосового
трафика, фиксированную полосу пропускания, не зависящую от
загрузки каналов, и неэффективное использование колец.
SONET/SDH
является
самой
зрелой
и
поэтому
самой
распространенной технологией для построения магистральных каналов
передачи данных. Основная область ее применения – первичные сети
операторов
связи.
Мультиплексоры,
объединенные
оптическими
линиями связи, образуют единую среду, в которой прокладываются
цифровые каналы между оборудованием телефонных сетей или сетей
передачи данных. Кроме того, технология SONET/SDH может являться
транспортной основой для более современных протоколов, таких как
ATM, POS и MPLS.
В свое время, с целью создания мультисервисной (для всех
существовавших
видов
трафика:
голос,
видео,
интернет)
и
высокоскоростной технологии передачи данных появилась Asynchronous
Transfer Mode – ATM. Повсеместного распространения (несмотря на
известный лозунг "ATM everywhere") не получилось (в локальных сетях
164
победил Ethernet), но для построения магистралей ATM стала базовой на
многие годы.
Ориентация
на
высокие
скорости
определила
наиболее
предпочтительную физическую среду передачи для ATM – оптическое
волокно.
Очень
часто
магистральные
сети
ATM
выполняются
наложением на существующую инфраструктуру SONET/SDH, что
изначально
предусмотрено
стандартом.
Однако
данный
метод
неэффективен и, естественно, уступает непосредственному соединению
ATM оборудования.
MUX
SONET
SDH
MUX
ATM
ATM
Рис. 5.3 – Технология ATM
Технология ATM – транспортный механизм, использующий метод
передачи (коммутации) пакетов (ячеек) небольшого размера (53 байта)
фиксированной длины. Это минимизирует задержки при прохождении и
упрощает коммутацию, которая происходит последовательно (по мере
поступления – отсюда asynchronous в названии).
В дополнение к коммутации ячеек концепция ATM базируется на
установлении соединения между участниками сетевого взаимодействия
– предварительно создается так называемый виртуальный канал
(прокладывается маршрутизация). Далее коммутация ячеек происходит
на
основе
идентификаторов
виртуального
присутствующих в заголовках.
165
канала
(VPI/VCI),
Кроме того, ATM отличает встроенная поддержка обеспечения
гарантированного качества обслуживания, позволяющая реализовать
любые Service Level Agreement (SLA).
В настоящее время наблюдается заметное преобладание трафика IP
над всеми другими видами данных. И термин "мультисервисность"
сегодня скорее означает "разнообразие поверх IP". Передача IP пакетов в
сетях ATM может производиться несколькими способами: Classical IP
(RFC 1577), Bridged & routed PVC (RFC 1583) и LANE. Все они
довольно сложны в реализации и не лишены недостатков (в виде
накладных расходов). Кроме того, обеспечение высокой скорости
передачи пакетов с минимальной задержкой может быть достигнуто и
другими техническими решениями (с меньшей стоимостью), а не только
на основе коммутации маленьких фиксированных ячеек. Вероятно, ATM
все-таки не имеет будущего (мнение автора).
Непрерывно возрастающие объемы трафика требуют повышения
пропускной способности оптических магистралей. Кроме тривиального
повышения скоростей передачи существует и другой способ решения
данной задачи – уплотнение (мультиплексирование) каналов. Наиболее
развитой
в
настоящее
время
является
технология
оптического
спектрального уплотнения, называемая обычно мультиплексированием с
разделением по длине волны – Wavelength Division Multiplexing (WDM).
Принцип ее действия очень прост: потоки данных от отдельных
источников переносятся световыми волнами разной длины (каждому
каналу принадлежит своя длина – т.е. частота, а значит и цвет) и
объединяются мультиплексором в единый многочастотный сигнал,
который передается по оптическому волокну. На приемной стороне
происходит обратное преобразование.
166
MUX
MUX
Рис. 5.4 – Технология WDM
Технология WDM соответствует физическому уровню сетевых
взаимодействий и работает независимо от типа и формата передаваемых
данных,
то
есть
является
протокольно
независимой.
К
WDM
мультиплексору можно подключить практически любое оборудование:
SONET/SDH, ATM, Ethernet. Подобная гибкость в сочетании с огромной
пропускной способностью делает WDM идеальной технологией для
магистральной сети.
WDM бывает двух видов: плотное волновое мультиплексирование
и грубое волновое мультиплексирование.
DWDM может обеспечить большое число спектральных каналов на
одно оптоволокно (32, 64 или даже 128). Отсюда ее основная
отличительная
особенность
мультиплексными
каналами
–
(а
малые
значит
расстояния
высокая
между
технологическая
прецизионность и, следовательно, цена).
CWDM системы рассчитаны на меньшее число каналов (4, 8 или
16). Поэтому в них спектры соседних информационных каналов
расположены на гораздо больших расстояниях друг от друга, чем в
DWDM (следовательно, оборудование – проще, цена - ниже). Так же
следует отметить, что скорости передачи CWDM систем несколько
ниже, чем у DWDM.
Технология динамической передачи пакетов DPT/RPR (Dynamic
Packet Transport / Resilient Packet Ring) символизирует окончательную
167
победу IP трафика в глобальных сетях (во всяком случае, преобладание
над всеми остальными видами данных – точно).
Суть этой передовой технологии пакетной передачи данных
заключается в следующем: берется IP пакет, добавляется прослойка
второго уровня (MAC) и помещается в произвольную физическую
оптическую среду c топологией двойного кольца.
CONTROL
DATA
CONTROL
DATA
Рис. 5.5 – Технология DPT/RPR
Данные
одновременно
передаются
по
двум
кольцам
в
противоположных направлениях (тем самым эффективно используя
пропускную способность). Поток данных в каждом кольце включает
непосредственно транспортируемые в данном кольце данные и
контрольные пакеты для соседнего кольца.
В
итоге,
стандарт
802.17
(вобравший
в
себя
DPT/RPR)
позиционируется как высокоскоростная технология динамической
передачи IP пакетов, предназначенная для решения задач построения
нового поколения сетей Metro. Для данной технологии физическая
оптическая среда совершенно прозрачна (это может быть SONET/SDH,
WDM, Ethernet, Dark Fiber).
Технология Ethernet в своем стремительном развитии уже давно
перешагнула уровень локальных сетей. Она избавилась от коллизий,
получила полный дуплекс и гигабитные скорости.
168
Широкий спектр дешевых решений для оптического транспорта –
одномодовые и многомодовые конвертеры и модули позволяют смело
внедрять Ethernet на магистралях. Технология Fast Ethernet опирается на
стандарт Ethernet, но позволяет работать в 10 раз быстрее (со скоростью
100
Мбит/с).
Сегодня
высокоскоростных
это
одна
технологий
из
самых
благодаря
распространенных
своей
экономичности,
стабильности и совместимости с существующими средами ЛВС на базе
Ethernet. Коммутация Fast Ethernet обеспечивает выделение отдельной
полосы для связи между двумя устройствами.
Технология Gigabit Ethernet – это расширение IEEE 802.3
Ethernet, использующее такую же структуру пакетов, формат и
поддержку протокола CSMA/CD, полного дуплекса, контроля потока и
прочее, но
при этом
предоставляя
теоретически десятикратное
увеличение производительности. Для передачи используются все четыре
пары медного кабеля, скорость передачи по одной паре 250 Мбит/c.
Предполагается, что стандарт будет обеспечивать дуплексную передачу,
причем данные по каждой паре будут передаваться одновременно сразу
в двух направлениях – двойной дуплекс (dual duplex).
Технология Ethernet в своем стремительном развитии уже давно
обошла уровень локальных сетей. Она избавилась от коллизий,
получила полный дуплекс и гигабитные скорости. Широкий спектр
доступных решений для оптического транспорта – одномодовые и
многомодовые конвертеры и модули позволяют смело внедрять Ethernet
на магистралях.
Транспортные технологии уровня доступа
Существует
широкий
спектр
решений
для
обеспечения
абонентского доступа (так называемая "первая/последняя миля"):
Ethernet (Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet), LRE, xDSL (HDSL,
169
ADSL, VDSL, SDSL), PNA (Phoneline Networking Alliance), Wireless
(802.11), Infrared, PON (Passive Optical Network), EFM (Ethernet in the
First Mile alliance 802.3ah), Satellite. Все они, за исключением PON и
EFM, хорошо известны и успешно применяются на практике.
технологии доступа
Ethernet
xDSL
PNA
Wireless
Satellete
Infrared
PON
EFM
Рис. 5.6 – Основные технологии уровня доступа
В настоящее время отмечается подавляющее преобладание IP
трафика в потребительских сетях. И вот уже для передачи TDM
сигналов (например, для связи между цифровыми АТС) разрабатывается
протокол TDMoIP, эмулирующий TDM каналы, прозрачные для всех
протоколов и сигнализаций. Если раньше пакеты транспортировались в
сетях с коммутированием каналов, то теперь все может быть наоборот.
Без сомнения, базовой для построения развитых Ethernet сетей
является технология виртуальных локальных сетей – Virtual Private Lan
(VLAN). Она позволяет создавать в едином Ethernet сегменте
независимые логические области, ограничивающие на канальном уровне
пределы распространения трафика (в том числе и широковещательного).
Для этого (согласно стандарту IEEE 802.1Q) в заголовок Ethernet фрейма
вводится дополнительная информация о принадлежности к VLAN. Так
получается помеченный кадр данных (Tagged VLAN), который
передается по транковым линиям (802.1Q Trunk). Это позволяет
передавать по одному каналу данные нескольких изолированных
170
локальных сетей. Дальнейшая коммутация происходит с учетом 802.1Q
метки. На выходе из коммутатора (например, на стороне клиентского
порта) метка (Tag) убирается (это называется вхождением порта в
нетегированный вилан – Untagged VLAN).
Хрестоматийный и всячески рекомендованный дизайн сети под
названием "эскимо" ("маршрутизатор на палочке" – "router on stick")
выглядит следующим образом: клиентские подсети изолируются друг от
друга путем подключения к раздельным VLAN (через порты с Untagged
VLAN), а связь между ними организуется при помощи маршрутизатора
(Layer 3 OSI) через 802.1Q каналы транк (содержащие Tagged Vlan).
На практике использование VLAN дает возможность гибко
изменять логическую организацию сети независимо от реальной
физической топологии.
Непосредственным
решением
присущих
802.1Q
VLAN
ограничений (например, их максимальное число 4096) явилась
технология Q-in-Q. Ее концепция очень проста (как и все гениальное):
операторское устройство, получающее клиентский Ethernet фрейм,
добавляет еще одну 802.1Q метку, которая и принимается во внимание
при дальнейшей коммутации. Так получается целый блок меток, а сам
процесс называется стекированием VLAN (802.1Q stacking). На выходе
из сети провайдера дополнительная метка удаляется. Это позволяет
строить полностью прозрачные на канальном уровне (Layer 2 OSI)
операторские сети класса Metro.
Как известно, в сетях Ethernet коммутаторы поддерживают только
древовидные, то есть не содержащие петель связи. И именно технология
Spanning Tree Protocol (STP) позволяет создавать отказоустойчивые
топологии канального уровня (Layer 2 OSI) типа "кольцо", являясь
совершенно прозрачной для вышестоящего стека сетевых протоколов
(IP).
171
Принцип действия STP выглядит следующим образом. После
активирования
коммутаторы
обмениваются
специальными
информационными пакетами (BPDU) с помощью которых вначале
выбирается корневой мост (который будет в итоге находиться на
вершине древовидной структуры) а затем кратчайшие (в смысле
пропускной способности) пути от каждого из коммутаторов до
корневого. В конечном итоге формируется логическая беспетельная
топология путем блокирования некоторых избыточных связей (портов).
В настоящее время все большее признание получает Rapid Spanning
Tree Protocol (RSTP) – учитывающий ограничения и недостатки STP
стандарт.
Протокол маршрутизации Open Shortest Path First (OSPF) тоже
находит себе применение в сетях Metro. Он позволяет строить
отказоустойчивые топологии сетевого уровня (Layer 3 OSI). Вероятно,
это идеологически неправильно, но, в случае организации нескольких
резервных каналов между маршрутизаторами, оправданно. Кроме того, в
отличие от STP, OSPF допускает использование всех имеющихся линий
связи.
Самой передовой технологией для построения операторских сетей
является
Multiprotocol
Label
Switching
(MPLS),
как
наиболее
эффективная архитектура для передачи IP трафика.
Для продвижения данных по сети MPLS использует технику,
известную как коммутация пакетов по меткам. На входе в MPLS домен
пакеты получают метки, которые определяют маршруты их следования,
а на выходе – удаляются. В ядре сети поддерживается только
коммутация по меткам, что обеспечивает решение основной задачи –
быстрой передачи пакетов. Кроме того, MPLS поддерживает и другие
дополнительные сервисы: Traffic Engineering (TE), QoS, VPN, EoMPLS и
AToM..
172
Архитектура сети Metro Ethernet
Типовая
сеть
Metro
Ethernet
строится
по
трехуровневой
иерархической схеме и включает ядро, уровень агрегации и уровень
доступа (рис. 1.7).
Ядро сети строится на высокопроизводительных маршрутизаторах
и
обеспечивает
высокоскоростную
передачу
трафика.
Уровень
агрегации также создается на маршрутизаторах и обеспечивает
агрегацию подключений уровня доступа, реализацию сервисов и сбор
статистики.
В
ядре
и
на
уровне
агрегации
обеспечивается
резервирование компонентов устройств, а также топологическое
резервирование, что позволяет повысить доступность сети и сделать
предоставление услуг непрерывным при сбоях каналов и узлов.
Поддерживаемые современные механизмы резервирования и защитной
коммутации обеспечивают время восстановления, сравнимое с сетями
SDH и позволяют минимизировать потери трафика при сбоях на сети.
Уровень доступа строится по кольцевой или звездообразной схеме
на коммутаторах Metro Ethernet для подключения корпоративных
клиентов, офисных зданий, а так же домашних пользователей. На уровне
доступа
реализуется
полный
комплекс
мер
безопасности,
обеспечивающих идентификацию и изоляцию клиентов, а также защиту
инфраструктуры оператора. В сети реализуются сквозные механизмы
качества обслуживания QoS и поддерживаются различные типы
прозрачного туннелирования клиентской QoS-маркировки трафика.
На всех уровнях сети поддерживается эффективная многоадресная
передача, что важно при реализации таких услуг, как телевидение
поверх IP.
173
Корпоративные
клиенты
Провайдеры
Интернет-услуг
Городские
магистральные
каналы
Домашние
пользователи
PSTN
Уровень
доступа
Уровень
агрегации
Ядро
Рис. 5.7 – Архитектура сети Metro Ethernet
Делая выбор в пользу той или иной архитектуры городской сети,
необходимо учесть тот факт, что клиенты ожидают привычного
разнообразия
скоростей
передачи,
возможности
передавать
мультипротокольный трафик, а так же сохранения схем адресации,
сетевого управления, защиты и фильтрации данных, применяемых в
современных корпоративных сетях. Не последнюю роль играет и
поддержка качества QoS, обеспечить которую можно с помощью
принципиально разных подходов.
Наиболее предпочтительный способ организации поддержки QoS
заключается в применении протокола MPLS .
Применение протокола MPLS означает, что виртуальным линиям в
городской сети ставятся в соответствие маршруты, коммутируемые по
меткам LSP (Label Switched Path). Каждый из них получает в сети MPLS
гарантированную полосу пропускания и определенное качество сервиса.
Протокол MPLS позволяет ограничить пиковую полосу пропускания,
174
достичь необходимого времени восстановления работоспособности сети,
гибко планировать резервные емкости сети и устанавливать для
клиентов дифференцированную плату в зависимости от уровня
доступности услуг.
Таким образом, сделав выбор в пользу Ethernet over MPLS,
оператор может без опаски подписывать с клиентами контракты об
уровне обслуживания, в которых фиксируются его обязательства в
отношении качества сервиса.
Топологии для построения сети
Для обеспечения повышенной надежности и резервирования
широко применяется топологическая модель кольца. Кольца обычно
создают на уровнях опорной сети и доступа (рис. 4.8).
ЯДРО
УРОВЕНЬ ДОСТУПА
Рис. 5.8 – Построение сети с использованием топологии «кольцо»
В некоторых случаях возможно использование топологии типа
«звезда», не забывая о резервировании каналов (рис. 4.9).
175
ЯДРО
УРОВЕНЬ ДОСТУПА
Рис. 5.9 – Построение сети с использованием топологии «звезда»
Построение современной сети городского оператора связи
(Metro-сети) представляет собой нетривиальную задачу, при решении
которой надо учитывать множество факторов. На выбор топологии и
оборудования влияют доступность и пропускная способность каналов
связи, плотность и распределение абонентов в черте города, спектр
имеющихся и планируемых услуг.
Как
известно,
в
составе
городских
сетей
выделяют
три
иерархических уровня — доступа, агрегации и ядра. Каждый из них
выполняет определенные функции, что влияет на выбор технических
решений.
Поддержка VLAN
VLAN (Virtual LAN) — это способ создания виртуальной локальной
сети, которая объединяет выбранный набор оконечных устройств сети,
не обязательно расположенных в одном сегменте локальной сети. Такая
виртуальная
сеть
переконфигурирование
перемещений.
Этот
организуется
не
программным
требует
механизм
физических
позволяет
176
образом,
переключений
создавать
ее
и
несколько
независимых локальных сетей на базе общей физической сети. Атрибут,
характеризующий работу с VLAN, предусматривает возможность
посылок кадров с тэгами 802.1 Q или же без тэгов. В рамках этого
атрибута также определяется, как следует обрабатывать фреймы с
тэгами и должен ли идентификатор VLAN использоваться для
определения маршрута кадров.
UNI, объединенные одним EVC, могут работать с тэгами VLAN поразному, некоторые работают только с кадрами без тэгов, другие —
только с кадрами с тэгами, а третьи — и с теми, и с другими.
Если тэги, сформированные UNI, поддерживаются в рамках данной
услуги, то пользователь также должен знать, какие при этом
манипуляции с ними производятся, сохраняются ли они неизменными,
отбрасываются или, наоборот, прикрепляются. Форум предусматривает
поддержку стека VLAN Q-in-Q, а также иерархическую MAC-адресацию
— MAC-in-MAC.
Для CE-VLAN (абонентских VLAN в иерархической системе)
предусмотрены
две
характеристики:
сохранение/
не
сохранение
идентификатора CE-VLAN и сохранение/ не сохранение поля 802.1p c
информацией о классе обслуживания. То есть информация о сохранении
двух составляющих тэга VLAN. Часть UNI может поддерживать тэги, а
часть — нет. Перед доставкой UNI фрейм должен с помощью таблиц
соответствия быть приведен к виду, понятному этому UNI.
Кроме того, VLAN является определенной мерой защиты трафика
от перехвата. В частности, использование VLAN защищает трафик от
атак MAC flooding. Поэтому ценный трафик отправляется клиентам
через их индивидуальные VLAN или через несколько VLAN, которым
присваиваются разные приоритеты, в зависимости от передаваемых
услуг. Они также позволяют ограничивать доступ к сетевым ресурсам и
услугам, то есть управлять этим доступом. Таким образом, VLAN
177
представляют собой удобный механизм администрирования сети, не
требующий ее физической модификации.
Сервисы услуг сети Metro Ethernet
Для корпоративного заказчика Ethernet-сервис - это в первую
очередь некая операторская услуга, позволяющая соединить между
собой локальные сети на двух и более разрозненных площадках. Metro
Ethernet Forum определяет типы сервисов, исходя из специфического
набора параметров и атрибутов. Вместе с тем эта организация
предлагает свести довольно широкий перечень Ethernet-сервисов к двум
базовым типам: Ethernet Line (E-Line -виртуальные частные каналы), в
котором используется топология "точка-точка", и Ethernet LAN (E-LAN виртуальные частные сети) с топологией "много точка – много точка".
EVC точка-точка
CE
CE
UNI
Сеть Metro
Ethernet
UNI
Рис 5.10 – Тип услуги Ethernet Line (E-Line)
Сервис E-Line представляет собой соединение типа «точка точка» с фиксированной пропускной способностью между двумя
клиентскими интерфейсами (Customer Premises Equipment, СРЕ). В
качестве протокола передачи между СРЕ и устройством доступа к сети
(Customer Located Equipment, CLE) используется Ethernet. Клиентский
интерфейс называется также интерфейсом «пользователь — сеть» (User
Network Interface, UNI). В простейшем случае сервис предоставляет
симметричную
в
обоих
направлениях
178
полосу
пропускания
без
использования на нем параметров качества обслуживания, и его можно
сравнить с обычной выделенной линией. Но если потребитель
запрашивает дополнительные услуги, то на нем можно обеспечить такие
параметры, как CIR, PIR, кроме того, гарантированные задержку,
колебание задержки, особенно важную для голосового трафика, и
потери производительности при соединении двух UNI, работающих с
разными
скоростями
передачи
данных.
Поддерживается
и
мультиплексирование EVC, т. е. к одному физическому порту UNI
может подключаться несколько EVC.
В
качестве
примера
применения
E-line
можно
привести
соединение двух офисов по выделенному каналу или подключение
пользователя к Интернету. Если абонент хочет использовать свое
подключение для нескольких целей, то в этом случае используется
мультиплексирование EVC.
Рис 5.11 – Тип услуги Ethernet LAN (E-LAN)
Сервис
E-LAN,
напротив,
обеспечивает
многоточечные
соединения, т. е. он может соединять несколько UNI, обеспечивая тем
самым для пользователей создание прозрачного «облака». В случае
соединения двух UNI посредством многоточечного EVC допускается, в
отличие от типа E-Line, подключение дополнительных UNI. Каждый
UNI подсоединяется к многоточечному EVC, и по мере добавления
179
новых абонентов они могут подключаться к тому же EVC. Данные
абонента, отправленные от одного UNI, могут быть получены одним или
несколькими UNI. Что касается качества обслуживания, то для каждого
из UNI могут быть заданы те же параметры, что и в сервисе E-line.
Большим компаниям, имеющим много подразделений (сети
розничных магазинов или страховые компании), как правило, требуется
объединить их в одну сеть, чтобы пользователи всех филиалов имели
возможность использовать системы электронного документооборота и
других бизнес-приложений. Именно для этого можно использовать ELAN.
Практически все Ethernet-сервисы, реализуемые сегодня, следует
отнести
к
соединению
точка-точка.
Соответственно,
наиболее
востребованными являются услуги Private Line. Клиенты получают
соединение "точка-точка". На входе и выходе в сеть клиент
подключается к портам Ethernet и при этом не видит ни операторского
оборудования, ни системы управления, то есть не видны особенности
обслуживания, осуществляемого некой транспортной сетью. Таким
образом, оператор фактически предоставляет полностью прозрачный
канал.
Сократить затраты на обслуживание клиентов и повысить
эффективность можно за счет сервисов Pseudo-wire, суть которых
состоит в эмуляции псевдоканалов, то есть туннелей, обеспечивающих
подключение "точка-точка для клиентских сетей точка-многоточка с
использованием операторской инфраструктуры. сетей точка-многоточка
В этом случае можно говорить, что предоставляется полупрозрачный
сервис.
Псевдоканалы могут организовываться в сетях IP, L2TP, и MPLS,
причем последняя технология на данный момент используется наиболее
широко.
180
Если, клиенту нужно связать в единую инфраструктуру несколько
отдельных сетей Ethernet, должна существовать транспортная сеть,
прозрачная для коммутации Ethernet. Клиент подключается к этой сети в
нескольких точках, а оператор обеспечивает все необходимые сетевые
соединения. Отличие таких услуг от Private Line заключается в том, что
последние предполагают соединение двух разрозненных сегментов в
единую
клиентскую
сеть.
Услуги
соединения
точка-многоточка
позволяют организовать взаимодействие друг с другом для нескольких
сетей.
Атрибуты сервисов
Для полного определения сервисов провайдер услуг должен
обозначить кроме типа сервиса (E-Line или E-LAN) на основе EVC еще
и атрибуты, которые можно сгруппировать по категориям:
а) Ethernet physical interface – физический интерфейс, определяет
параметры первого уровня модели OSI;
б) Traffic parameters – параметры трафика, однозначно определяют
полосу пропускания;
в) Perfomance parameters – дополнительные параметры качества
трафика
г) Service frame delivery – необходимость доставки служебных
пакетов (unicast, broadcast, multicast, stp, 802.1x и других),
д) Vlan tag support – обработка VLAN (802.1q, Q-in-Q, MAC-inMAC),
е) Security filters – фильтры (разнообразная фильтрация фреймов
на основе различных критериев).
ж) Service multiplexing – мультиплексирование виртуальных
соединений (сервисов), поддержка нескольких EVC на одном UNI;
181
з) VLAN transparency – неизменность клиентских VLAN CE-Vlan
при переходе через UNI, то есть входной CE-Vlan и выходной CE-Vlan
для одного и того же EVC один и тот же;
и) Bundling – отображение нескольких VLAN CE-Vlan на одно
EVC (используя Q-in-Q, например)
Сервисы сети от компании Cisco Systems
Cisco
Systems,
как
и
подобает ведущему производителю,
расширяет классическую парадигму Metro Ethernet до следующих
базовых сервисов: Ethernet Relay Service (ERS), Ethernet Relay Multipoint
Service (ERMS), Ethernet Wire Service (EWS), Ethernet Multipoint Service
(EMS), Ethernet Private Line Service (EPL), Ethernet Private Ring (EPR) и
Layer 3 VPN (L3VPN). Архитектурно они основываются на двух
концепциях: Virtual Private Wire Service (VPWS), являющимся аналогом
E-Line, и Virtual Private Lan Service (VPLS), который аналогичен E-LAN
от MEF.
Потребитель услуг (CE - customer edge) подключается к сети
(Metro Ethernet Network) поставщика (PE – provider edge) через обычный
Ethernet интерфейс (UNI) и получает оговоренные контрактом (SLA)
сервисы. В целом каждая услуга представляет собой одно или несколько
виртуальных Ethernet соединений (Ethernet Virtual Connection - EVC) с
определенным набором характеристик. Рассмотрим их по порядку.
Ethernet Relay Service (ERS) - Аналог Frame Relay, где вместо
DLCI – vlan id. Соединения – логические. Точка–точка. Внутри каждого
соединения (EVC) множество VLAN не допускается. Для подключения к
одному
устройству
нескольких
соединений
используется
мультиплексирование сервисов, технически означающее поддержку
802.1q транка на одном порту (UNI).
182
Service multiplexing – обеспечение нескольких сервисов (в данном
случае ERS) на одном UNI; для подключения используется один порт,
допустимо несколько виртуальных соединений (EVC) на одном порту
(UNI), что обеспечивается VLAN 802.1q, причем для каждого EVC
допускается один VLAN (1 EVC = 1 VLAN);
Ethernet relay multipoint service (ERMS) - Разновидность ERS,
дополнительно допускающая организацию многоточечных соединений
(Multipoint EVC). На одном UNI поддерживаются и point-to-point (P2P) и
multipoint (MP2MP) сервисы. Так же, как и в ERS, внутри каждого
соединения (EVC) множество VLAN не допускается.
Ethernet Wire Service (EWS) - Аналогичен сервису выделенных
линий. Ethernet аналог выделенной линии Private Line (private wire).
Эмулирует Layer 1 соединение. Это не просто point-to-point соединение,
но еще и port-to-port. Фреймы потребителя услуги переправляются через
сеть провайдера без изменений.
Ethernet Multipoint Service (EMS) - Аналог многоточечных
соединений Ethernet LAN. Иначе называется Transparent LAN Service
(TLS). EMS базируется на модели виртуального коммутатора, то есть
для потребителя услуги EMS сеть провайдера выглядит как крупный
коммутатор, где обеспечивается равноправное соединение для всех
подключенных устройств.
Ethernet Private Line Service (EPL) - Обеспечивает Layer 1
выделенное point-to-point соединение, объединяющее два порта Ethernet.
Ассоциируется с длинным кабелем, пропускающим все, что через него
посылается.
Ethernet Private Ring (EPR) - Мультиточечное соединение на
основе Layer 1 транспорта. Расширение возможностей EPL.
Layer 3 VPN (L3VNP) - Обеспечение VPN на сетевом (layer 3) уровне.
В отличие от предыдущих сервисов, поддерживающих Ethernet фреймы,
183
в данном случае используются только IP пакеты. Технологически
обеспечивается MPLS.
Несмотря на маркетологическую запутанность и несомненную
технологическую сложность, стоящую за солидной суммой технологий,
можно сделать следующий вывод: Metro Ethernet – это сеть масштаба
города, предоставляющая Ethernet сервисы, своего рода вершина
развития парадигмы Ethernet to the home (ETTH) и Ethernet to the business
(ETTB). Для использования перечисленных возможностей потребителю
достаточно выбрать в соответствии с классификацией необходимый
сервис и использовать обычное Ethernet оборудование. Все очень
просто. Однако, для провайдера соответствующих услуг построение
Metro
Ethernet
сети
потребует
использования
технологий.
184
самых
новейших
Вопросы
1. Особенности мультисервисных сетей.
2. Качество телекоммуникационных услуг.
3. Базовые понятия QoS.
4. Управление в мультисервисных сетях.
5. Какой логической последовательности подчиняется управление и
распределение трафика?
6. Архитектура
сетевых
механизмов
обеспечения
качества
обслуживания в сетях IP.
7. Механизмы QoS в плоскости контроля.
8. Механизмы QoS в плоскости данных.
9. Механизмы QoS в плоскости административного управления.
10.Что такое «Контракт по трафику»?
11.Обычно контракт SLA содержит следующие составляющие.
12.Классификация и маркировка пакетов в мультисервисных сетях.
13.Механизмы обеспечения качества обслуживания.
14.Классификация, мониторинг, допуск и управление нагрузкой.
15.Управление допуском нагрузки в сеть, мониторинг нагрузки.
16.Классификация нагрузки.
17.Контроль нагрузки и политика управления нагрузкой.
18.Алгоритмы управления интенсивностью трафика.
19.Алгоритм Leaky Bucket.
20.Алгоритм Token Bucket.
21.Алгоритмы предотвращения перегрузок.
22.Алгоритм RED.
23.Алгоритм RIO.
24.Алгоритм ARED.
25.Алгоритмы управления очередями.
185
26.Алгоритм PQ.
27.Алгоритм WFQ.
28.Алгоритм WRR.
29.Методы обеспечения качества обслуживания из конца-в-конец.
30.Фундаментальная идея архитектуры «Интегральные Услуги»
31.Типы услуг, предоставляемых в IntServ.
32.Архитектура «Дифференцированные услуги» DiffServ.
33.Концепция пошаговой маршрутизации.
34.Общие принципы обеспечения QoS в DiffServ.
35.Реализация функционирования IntServ через DiffServ.
36.Оценка качества обслуживания в IP сетях.
37.Какие новые возможности дает использование метода MPLS?
38.Какие поля из IP-заголовка сохраняются в метке MPLS?
39.Поддержка MPLS в архитектуре DiffServ.
40.Концепция инжиниринга трафика в MPLS.
41.Какие поля из IP-заголовка сохраняются в метке MPLS?
42.Метод доступа в Ethernet.
43.Уровни архитектуры Metro Ethernet.
44.Протокол, позволяющий реализовать кольцевую топологию в
технологии Metro Ethernet.
45.VLAN в технологии Metro Ethernet.
46.Функции протокола PPPoE.
186
Глоссарий
ATM - асинхронный режим передачи (Asynchronous Transfer Mode).
CBS (Committed Burst Size) - согласованный размер всплеска
CIR (Committed Information Rate) - согласованная скорость передачи
информации
CQS – классификация, буферизация, обслуживание (Classify,Queue and
Schedule)
CR-LDP и RSVP-TE– механизмы сигнализации для управления
трафиком в магистрали (MPLS Traffic Engineering). Предназначены для
организации процесса распространения меток с использованием явной
маршрутизации.
DiffServ (Differentiated Service) - дифференцированное обслуживание
DSCP
(Differentiated
Services
Code
Point)
-
точка
кода
дифференцированных услуг
EBS (Excess Burst Size) – расширенный размер всплеска
FIFO (first-in, first-out) – алгоритм обработки очередей - «первый
пришёл –первый вышел»
IntServ (Integrated Services) - архитектура интегрированных услуг
ISP (Internet Service Provider) - поставщик услуг Интернет
iVoD – Internet видео по запросу (Internet Video on Demand)
Label Switch Path (LSP) – точный маршрут следования пакетов через
сеть MPLS. Построение маршрутов LSP обеспечивается специальными
протоколами распространения меток (LDP), такими как RSVP-TE и/или
CR-LDP.
Label Switch Router (LSR) – маршрутизатор с коммутацией меток.
Пограничный LSR, осуществляющий маркировку пакета меткой,
называется LER (Label Edge Router).
187
PHB (per-hop behavior) - это наблюдаемая извне политика поведения
сетевого узла в отношении пакетов с определенным значением поля
кода DSCP
QoS (Quality of Service) - качество обслуживания, позволяющий
конечным приложениям проводить сквозную сигнализацию своих QoSтребований
RED - Алгоритм случайного раннего обнаружения (Random Early
Detect)
srTSM - алгоритм трёхцветного маркера для одного входящего потока
(A Single Rate Three Color Marker)
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) – эталонная
модель, служащая для обмена данными между узлами
ToS (Type of Service) - байт типа обслуживания; используется для
указания параметров требуемого качества обслуживания
trTCM - алгоритм двухпараметровый трёхцветный маркер (Two Rate
Three Color Marker)
TSWTCM - алгоритм скользящего временного окна с 2 цветным
маркером – (Time Sliding Window with Two Color Marking)
UDP (User Datagram Protocol) — протокол пользовательских датаграмм
WAN (Wide Area Network) - глобальная вычислительная сеть
WFQ (Weighted Fair Queuing) - взвешенный механизм равномерного
обслуживания очередей
WRED (Weighted Random Early Detection) - взвешенный алгоритм
произвольного раннего обнаружения
WRR (Weighted Round Robin) - взвешенный алгоритм кругового
обслуживания
Доступность соединения (connection accessibility) характеризует способность сети в определенных условиях эксплуатации после получения
188
от
абонента
необходимой
адресной
информации
устанавливать
соединение с допустимым качеством передачи сигналов электросвязи.
Контракт по трафику» (Service Level Agreement, далее — SLA) формальное соглашение между двумя сторонами, в большинстве случаев между провайдером услуг и клиентом, определяющим параметры
услуги, предоставляемой провайдером данному клиенту.
Метка – короткий идентификатор фиксированной длины, имеющий
значение на локальном участке сети для определения FEC. На
сегодняшний день стандартом определен формат 32-битной метки,
располагаемой между заголовками второго уровня (Layer 2) и третьего
уровня (Layer 3).
Forwarding
Equivalency
Class
(FEC)
–
совокупность
пакетов,
обслуживаемых в сети одинаковым способом. Пакеты, принадлежащие
одному FEC в домене MPLS, следуют общим маршрутом – по одному
LSP. FEC (класс эквивалентного продвижения), к которому приписан
пакет,
может
быть
однозначно
идентифицирован
меткой,
расположенной в этом пакете.
Label Distribution Protocol (LDP) – протокол распространения меток.
Функции и характеристики протокола:
1. Предоставляет возможность маршрутизаторам с коммутацией
меток LSR (Label Switching Router) обнаруживать друг друга и
устанавливать взаимодействие
2. Определяет
четыре
класса
сообщений:
DISCOVERY,
ADJACENCY, LABEL ADVERTISEMENT и NO-TIFICATION
3. Для обеспечения надежности передачи сообщений протокол
работает
"поверх"
TCP,
позволяющего
обеспечить
гарантированность доставки
Обеспеченность обслуживанием (service support) — возможность
органов связи предоставлять абоненту различные виды обслу¬живания
189
и оказывать помощь в их использовании. Например, в получении абонентом основного вида обслуживания — телефонной связи или дополнительных видов обслуживания, таких как постановка в очередь на
ожидание обслуживания, предоставление услуг справочной службы и т.
д.
Целостность обслуживания (service integrity) — способность сети
электросвязи обеспечивать предоставленное обслуживание с заданным
качеством передачи сигналов электросвязи без его существенного
ухудшения.
Эксплуатационная пригодность обслуживания (service орегаbility)
характеризует возможность абонента успешно и легко управлять процессом обслуживания.
Эффективная полоса пропускания - размер полосы пропускания для
агрегированного потока (с учетом нового потока), которую необходимо
для него зарезервировать.
190
Список литературы
Основная литература
1. Олифер,
В.Г.
Компьютерные
сети.
Принципы,
технологии,
протоколы [Текст]: Учебник для вузов. 4-е изд. / Олифер В.Г.,
Олифер Н.А. – СПБ.: Питер, 2010. – 944с.: ил.
Дополнительная литература
2. Кудзиновская,
И.
обслуживания
в
П.
Анализ
методов
высокоскоростных
обеспечения
компьютерных
качества
сетях
[Электронный ресурс] / И.П. Кудзиновская // Режим доступа:
http://www.masters.donntu.edu.ua/2010/fkita/tishenko/library/article1.htm
3. Назаров, А.Н., Сычев, К.И. Модели и методы расчета показателей
качества функционирования узлового оборудования и структурносетевых параметров сетей связи следующего поколения [Текст] /
А.Н. Назаров, К.И. Сычев. – Красноярск: Изд-во ООО «Поликом»,
2010. – 389 с.
4. Гавлиевский, С.Л. Методы анализа мультисервисных сетей связи с
несколькими классами обслуживания [Текст] / С.Л. Гавлиевский.
М.: ИРИАС, 2010. – 365 с
5. Шринивас, Вегешна Качество обслуживания в сетях IP [Текст] /
Вегешна Шринивас. - М.: Вильямс, 2003. - 368 с.
6. Кучерявый, Е. А. Управление трафиком и качество обслуживания в
сети Интернет [Текст] / Е. А. Кучерявый. - С.Пб.: Наука и техника,
2004. - 336 с.
7. Перспективы и пути развития широкополосных сетей абонентского
доступа http://www.xdsl.ru/articles/second.htm
8. Модель качества обслуживания [Электронный ресурс] / – Электрон.
дан.
–
–
2012.
191
Режим
доступа
http://syrus.ru/index.cgi?Template=docs&TreeId=89901&DocId=62&De
ptId=, свободный. – Загл. с экрана.
9. Сходимость сети 50 мс в IP/Ethernet, MPLS [Электронный ресурс] / –
Режим
доступа:
http://www.muvicom.ru/solutions/muvicom_solutions/muvicom_solution
s_7.html, свободный. – Загл. с экрана.
10 Яновский, Г.Г. Качество обслуживания в сетях IP [Электронный
ресурс] / Г.Г. Яновский. – научн. журнал. / Электронный журн. //
Вестник
связи.
–
–
2008.
№
1.
Режим
доступа:
http://niits.ru/public/2008/2008-006.pdf, свободный. – Загл. с экрана.
11 Braden, R. Integrated Services in the Internet Architecture: in Overview
[Электронный ресурс] / R. Braden, D. Clarc, S. Shenker, RFC 1633,
June, 1994.
12 Braden, R. Resource ReServation Protocol (RSVP) – Version 1
Functional Specification, RFC2205 [Электронный ресурс] / R. Braden,
L. Zhang, S. Berson, S. Jamin. September, 1997.
13 Floyd, S. Recommendations on using the gentle variant of RED
[Электронный
ресурс]
/
S.
Floyd.
Режим
доступа:
http://www.aciri.org/floyd/red/gentle.html. - March 2000, свободный. –
Загл. с экрана.
14 Floyd, S., Jacobson V. Random Early Detection gateways for Congestion
Avoidance, IEEE [Электронный ресурс] / S. Floyd, V. Jacobson. //
ACM Transactions on Networking, vol. 1, №. 4, August 1993. Р. 397341.
15 Heinanen, J. А Single Rate Three Color Marker, RFC 2697
[Электронный ресурс] / J. Heinanen, R. Guerin. – September 1999.
Режим доступа: http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2697.txt, свободный. –
Загл. с экрана.
192
16 Heinanen, J. А Two Rate Three Color Marker, RFC 2698 [Электронный
ресурс] / J. Heinanen, R. Guerin. – September 1999. Режим доступа:
http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2698.txt, свободный. – Загл. с экрана.
17 Nichols K. Definition of the Differentiated Services Fild (DS Fild) in the
IPv4 and IPv6 Headers, RFC 2474 [Электронный ресурс] / K. Nichols,
December, 1998.
18 RED-PD: RED with Preferential Dropping [Электронный ресурс].
Режим
доступа:
http://www.cs.washington.edu/homes/ratul/red-pd/,
свободный. – Загл. с экрана.
19 References on RED (Random Early Detection) Queue Management
[Электронный
ресурс].
Режим
доступа:
http://www.icir.org/floyd/red.html, свободный. – Загл. с экрана.
20 Blake, S. An Architecture for Differentiated Services, RFC2475
[Электронный ресурс] / S. Blake, D, Black, M. Carlson, E. Davies, Z.
Wang, W. Weiss. June 1994.
21 Концепция мультисервисности сетей [Электронный ресурс] / –
Режим
доступа:
http://www.ityuga.ru/integracia/multiservisnye-seti,
свободный. – Загл. с экрана.
22 Гольдштейн, А.Б. Технология и протоколы MPLS [Текст] / А.Б.
Гольдштейн – СПб. : БХВ – Петербург, 2014. – 304 с
23 Полторак, В. П. Оценка качества передачи речи в IP-телефонии
[Текст] / В. П. Полторак, О. М. Моргаль, Ю. А. Заика // Молодой
ученый. — 2014. — №4. — С. 121-123.
24 Листопад, Н. И. Обеспечение качества обслуживания в сетях с
коммутацией пакетов [Текст] / Н. И. Листопад, И. О. Величкевич //
Дифференцированное обслуживание. – 2013. – №1. – С. 3 - 4.
25 Кулябов, Д.С. Архитектура и принципы построения современных
сетей и систем телекоммуникаций телекоммуникаций: Учеб. пособие
[Текст] / Д.С. Кулябов, А.В. Королькова — М.: РУДН, 2008. — 281 с.
193
26 Система национальных стандартов в области качества услуг связи.
Соглашение об уровне обслуживания (SLA) ГОСТ Р 55389 — 2012
[Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Режим доступа:
http://protect.gost.ru/v.aspx?control=8&baseC=-1&page=0&month=1&year=-1&search=&RegNum=1&DocOnPageCount=15&id=176070,
свободный. – Загл. с экрана.
27 Афонцев, Э. Cisco QoS для начинающих [Электронный ресурс] / Э.
Афонцев.
Электрон.
текстовые
дан.
–
Режим
доступа:
http://www.network.xsp.ru/3_11.php, свободный. – Загл. с экрана.
28 Ванг,
Женг
Технология
инжиниринга
трафика
преодолевает
ограничения традиционной маршрутизации IP за счет оптимизации
общей производительности сети [Текст] / Женг Ванг // Журнал
сетевых решений/LAN. - 2002. -№ 06.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Поволжский государственный университет
телекоммуникаций и информатики»
443010, г. Самара, ул. Льва Толстого, 23
________________________________________________________________
Подписано в печать 18.03.16 г. Формат 60х84/16.
Бумага офсетная № 1. Гарнитура Таймс.
Заказ № 1005047. Печать оперативная. Усл. печ. л. 10.37 Тираж 100 экз.
_________________________________________________________________
Отпечатано в издательстве учебной и научно литературы
Поволжского государственного университета
телекоммуникаций и информатики
443090, г. Самара, Московское шоссе, 77, т. (846) 228-00-44
194
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
2 120 Кб
Теги
tehnologii, buranova, multiservisnogo, obespetsheniya, kireevu, setyam, obsluzhivanie, katshestva
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа