Загальніпринципи управління мережними ресурсами в ТКС
1. Якістьобслуговування як мета мережного управління
1.1 Загальні поняттята визначення щодо якості обслуговування
Основною метою мережного управління, в кінцевомурезультаті, є забезпечення заданних показників якості обслуговування (Qualityof service, QoS). Підтримка якостіобслуговування в сучасних, перш за все, мультисервісних ТКС є доситьтрудомістким завданням і вимагає узгодженого розв’язання цілого комплексу задачуправління мережними ресурсами. Однією з найважливіших складових системимережного управління є підсистема управління мережними ресурсами на рівняхтранспортної мережі та мереж доступу до неї. Засоби управління мережнимиресурсами на цих рівнях мають брати активну участь у процесі забезпеченнязаданих показників якості обслуговування та підвищення продуктивності ТКС в ціломуна підставі:
– веденнята постійного оновлення єдиної бази даних щодо стану ТКС – її топології,завантаженості вузлів, трактів передачі та ін.;
– забезпеченнявисокого рівня відмовостійкості мережі;
– реорганізаціїдоступу до використання та збалансованого завантаження доступних мережнихресурсів;
– автоматизованогоконтролю параметрів трафіка користувачів у відповідності до укладеної умовищодо якості обслуговування (Service Level Agreement, SLA);
– раціональноїорганізації та адаптивної зміни стратегій маршрутизації трафіка;
– реконфігураціїрежимів роботи мережного обладнання, в тому числі настроювання механізмівпріоритетної обробки пакетів на всіх або частині мережних вузлів.
Відповідно дорекомендацій ITU-Т Е.800 якістьобслуговування (QoS) – цепевна інтегральна оцінка, яка визначає ступінь задоволеності користувача наданоюйому послугою зв'язку. Це визначення уточнене в рекомендації Е.860:«Якість обслуговування – ступінь відповідності обслуговування, надаваногокористувачеві постачальником, угоді між ними». Це надає ще більшуважливість угодам (трафік-контрактам) SLA між користувачами й постачальникамипослуг.
Фахівцямикомпанії Cіsco уведене таке визначення терміну «якістьобслуговування» – «Здатність мережі забезпечити необхідний сервісзаданому трафіку в певних технологічних рамках (Frame Relay, ATM, Ethernet й802.1 мережі, SONET і ІP мережі)». Відповідно до змісту RFC 2475 підсервісом варто розуміти набір характеристик передачі пакетів в одному напрямкуодним або декількома мережними маршрутами.
Типове рішеннязавдань щодо QoS охоплюєтакі області:
— класифікацію аплікацій (applications) із призначенням пріоритетів (маркуванням) і диференціюваннямтрафіка;
— профілювання мережного трафіка;
— обмеження (за необхідністю) інтенсивності трафіка, який надходить відкористувачів;
— управління чергами зі встановленням черговості обробки пакетів на мережнихвузлах;
— маршрутизація мережного трафіка.
Вирішення задачщодо забезпечення QoS у рамкахнаведених областей, визначаючи свій набір управляючих механізмів і протоколів,має відбуватися взаємопов’язано та узгоджено. Наприклад, класифікація трафікабагато в чому визначає особливості вирішення інших завдань, таких якмаршрутизація, розподіл канальних та буферних ресурсів і т.ін. Стандартизаціятехнічних вимог щодо якості послуг у мережах зв'язку здійснюється наглобальному рівні Міжнародним союзом електрозв'язку (ІTU), на міжнародномурегіональному рівні – Європейським інститутом телекомунікаційних стандартів(ETSІ), Асоціацією телекомунікаційної промисловості (TIA), Американськимнаціональним інститутом стандартів (ANSІ) та ін. Всі ці організації взаємодіютьодна з одною при розробці стандартів, особливо коли мова йде про стандартиглобального характеру.1.2 Класифікація показників якостіобслуговування в ТКС
Точне визначенняй параметри якості обслуговування переважно визначаються типом аплікації. Сервіс(якість обслуговування) описується рядом параметрів. Так, наприклад, дляпередачі голосового трафіка, найважливішими параметрами QoS є середня затримка та її варіація(джитер) на певному інтервалі часу, у той час як втрата деякої частини пакетівприпустима. Параметри якості обслуговування можна розбити на три групи:
· параметрипропускної здатності (мінімальна, середня й максимальна швидкість передачіпакетів);
· параметризатримок передачі пакетів (середні й максимальні величини затримок і джитера);
· параметринадійності передачі (рівень втрат і викривлення пакетів).
Вимірюваннязазначених параметрів здійснюється на певному інтервалі часу. Чим менше цейчасовий інтервал, тим більше жорсткі вимоги ставляться до мережі, а отже, довсіх її елементів, оскільки забезпечення QoS «від краю до краю» вимагаєвзаємодії всіх вузлів на шляху пакетів трафіка й визначається надійністю,функціональністю й продуктивністю «слабкої ланки».
Для описуномінальної пропускної здатності середовища передачі інформації, протоколу абоз'єднання ще досить часто використовується термін смуга пропускання(bandwidth).
Затримка припередачі пакета (packet delay) або латентність (latency) є сумарною величиною,що об’єднує в собі такі різновиди затримок: затримка серіалізації, затримкапоширення, час чекання в черзі, затримка комутації (час передачі й обробкипакета), затримка, зв'язана з формуванням трафіка, мережна затримка. Описання іумови виникнення кожного з перерахованих типів затримки наведено в табл.
В умовахвиникнення в мережі областей перевантажень, затримки, які пов'язані з очікуванняму черзі, починають переважати над іншими видами затримок і призводять довиникнення тремтіння (packet jitter) – різниці у величині сумарної затримки припередачі різних пакетів того ж самого потоку. Джитер дуже важливий, оскількисаме він визначає максимальну затримку при прийомі пакетів у кінцевому пунктіпризначення.
Рівень втратпакетів (packet loss) визначається як частка пакетів, відкинутих мережею підчас передачі протягом визначеного інтервалу часу. Основними причинами втратпакетів є перевантаження мережі й ушкодження пакетів під час передачі лінієюзв'язку. Найчастіше відкидання пакетів відбувається з першої причини – у місцяхперевантаження, де кількість пакетів, що надходять, набагато перевищує верхнюмежу розміру вихідної черги. Крім того, відкидання пакетів може викликатисянедостатнім розміром вхідного буфера.
Таблиця 1 –Складові затримки під час передачі пакетівРізновид затримки Визначення Місце виникнення Затримка серіалізації (serialization delay). Величина постійна для даного каналу передачі даних Час, необхідний для передачі всіх біт пакета у фізичне середовище. Є функцією розміру пакета і швидкості каналу (ширини смуги пропускання) На виході будь-якого фізичного інтерфейсу. Звичайно дуже мала для каналу ТЗ і вище Затримка поширення (propagation delay). Величина постійна для даного фізичного каналу Час, необхідний для досягнення переданому бітові інформації приймаючого пристрою на іншому кінці каналу. Залежить від середовища поширення (точніше від швидкості світла в даному фізичному середовищі) і від відстані У будь-якому фізичному каналі. Звичайно дуже мала в каналах мереж рівня LAN і на коротких ділянках WAN мереж Затримка в черзі (queuing delay). Величина непостійна Час, витрачений пакетом на перебуванні в черзі в очікуванні подальшої передачі (вихідна черга) або в очікуванні можливості перетнути комутаційне поле (вхідна черга) (в очікуванні комутації) Можлива на будь-якому вихідному інтерфейсі. Вхідні черги мало специфічні для маршрутизаторів, однак поширені в комутаторах мереж рівня LAN Час пересилання або обробки (forwarding or processing delay). Величина непостійна Час, необхідний для прийняття вхідного пакета і його обробки, доти поки пакет не буде поставлений у чергу для подальшої передачі У будь-якому комутаторному обладнанні, включаючи маршрутизатори, комутатори LAN, Frame Relay, ATM Затримка, пов'язана з формуванням трафіку (shaping delay). Величина непостійна За умови здійснення формування трафіку, це час, на який пакети, що підлягають передачі, затримуються щоб уникнути втрат пакетів у середовищі Frame Relay або ATM Скрізь, де включений механізм формування трафіку (shaping), найчастіше в маршрутизаторах, що передають пакети в мережі Frame Relay або ATM Мережна затримка (network delay). Величина непостійна Затримка, внесена компонентами абонентської мережі У межах мережі провайдера послуг 1.3 Угода прорівень обслуговування (SLA)
Додатковускладність при забезпеченні QoS викликає той факт, що користувачі оцінюютьякість надаваних послуг суб'єктивно (наприклад, при перегляді відеоматеріалівкористувача цікавить якість прийнятого зображення). Отже, вони оцінюють якістьпослуг «у цілому», а не у вигляді сукупності параметрів, значенняяких найчастіше не розуміють. У зв'язку із цим оператори зв'язку мають потребув універсальному способі домовлятися з користувачем про якість надаванихпослуг, тобто методі, який би надав для оператора якість послуг з погляду користувача.Таким методом стала «угода про рівень обслуговування», що є важливимелементом, який регламентує роботу всіх механізмів QoS.
Відповідно дорекомендації ITU-Т Е.860, угода про рівеньпослуг – це формальна угода між двома й більше об'єктами права, яка буладосягнута після узгодження характеристик послуги, відповідальності й пріоритетукожної зі сторін. Постачальник послуг має гарантувати, що користувач одержить,щонайменше, обговорений рівень QoS. SLA є контрактом на обслуговування між провайдером і користувачем, щогарантує певні характеристики якості наданих послуг. У договорі SLAвизначаються:
· плата за обслуговуваннязалежно від обраного рівня сервісу;
· параметриQoS для даного рівня (середня та(або) максимальна затримка та її варіації, пропускна здатність, максимальнийчас відновлення мережі після аварій і т.ін. );
· методивимірювання вищевказаних параметрів;
· штрафнісанкції за незабезпечення необхідного рівня QoS;
· будь-якіінші додаткові статті за взаємною згодою.
У ціломуконцепція укладання угоди по QoS у службі ІP є ієрархічною моделлю (рис. 2).
/>
Рисунок 2 –Концепція укладання договору щодо якості обслуговування
Договір SLA умоделі займає найвищий рівень абстракції в специфікації послуги. Параметризаціятрафіка також виділяється в самостійну підмножину SLS (Servіce LevelSpecіfіcatіon). При статичному SLS користувач може передавати дані в будь-якийчас. При динамічному SLS користувач повинен використати сигнальний протокол длязапиту необхідних ресурсів мережі й обробки запитів SLS. Блок PHB (Per-HopBehavіor) – є комбінацією функцій покрокової маршрутизації, класифікації,обробки черг і методів відкидання пакетів на кожному кроці. Блок PDB(Per-Domaіn Behavіor) реалізує концепцію покрокової маршрутизації на рівнідомену.
Кожен тип PDB маєкількісні і якісні атрибути, які можуть використовуватися для оцінки параметрівобслуговування пакетів заданого типу PDB. Атрибути обчислюються й виміряютьсяпрактичним шляхом й описують такі параметри як швидкість примусового відкиданняпакетів, пропускну здатність, верхнє й нижнє значення параметра затримки задеякий проміжок часу. Атрибути бувають довгострокові й короткострокові.Довгострокові характеризують агрегований трафік за досить великий проміжокчасу, короткострокові описують допустимі флуктуації параметрів щодо середніх значень.
2. Загальнахарактеристика існуючих мережних ресурсів
телекомунікаційнийякість обслуговування затримка
До мережних ресурсів належать як апаратні ресурси,наприклад пропускні здатності трактів передачі й ліній доступу, буфернийпростір й процесорний час обчислювальних засобів мережних вузлів, так йінформаційні ресурси – зміст баз даних про стан ТКС, трафік користувачів й ін.
2.1 Ресурсимережних вузлів
Сучасні мережнівузли – маршрутизатори забезпечують швидкість обробки пакетів до десятківтерабіт за секунду (Тбіт/с). Високопродуктивні маршрутизатори, як правило, єгігабітними (Гбіт/с) з можливістю масштабування до терабітного діапазону. Насьогоднішній день терабітні швидкості забезпечують, наприклад, маршрутизаторTSR-40 від компанії Avici – 5.6 Тбіт/с. Одне шасі маршрутизатораTeraPlex 20 виробництва компанії Pluris забезпечує пропускну здатність в150 Гбіт/с з масштабуванням до сумарної величини 44 Тбіт/с, а Pluris 2000 масштабуєтьсядо 149 Гбіт/с у випадку одного пристрою й до 19.2 Тбіт/с при об'єднаннідекількох пристроїв.
Платформамаршрутизації Routing Core Platform 7770 компанії Alcatel підтримує швидкістьдо 640 Гбіт/с на шасі, причому вісім шасі можна об'єднати в єдиний логічнийпристрій, у результаті загальна продуктивність складе 20 Тбіт/с. Модель 8812компанії Procket досягає, як стверджують виробники, продуктивності 960 Гбіт/сі, за попередньою оцінкою, 2 млрд пакетів за секунду. Це досягається за рахунокзастосування придбаних або власних спеціалізованих інтегральних схем ASIC(Application-Specific Integrated Circuits), а також розроблених нею мікросхемнадвеликого ступеня інтеграції VLSI (Very Large-Scale Integration). Це повністюпрограмувальні мережні процесори. За рахунок застосування спеціальних мікросхемASIC маршрутизатор у змозі обробляти на кожній лінійній карті мільйони новихпотоків у секунду. Компанія Chiaro Networks випускає маршрутизатори Enstaraвисокої готовності, в основу якого покладена оптична комутуюча матриця – оптичнийфазований масив (Optical Phased Array). При цьому згідно з даними виробника,час перемикання складає декілька наносекунд, масштабування здійснюється безвтрат і забезпечується необхідна відмовостійкість на рівні 99,999% .
Крім того,компанія Cisco, наприклад, офіційно представила новий маршрутизатор CRS-1(Carrier Routing System-1), робота над яким велася протягом чотирьох років(рис.3). Новинка орієнтована, у першу чергу, на великих операторів зв'язку,комп'ютерні системи, які щодня обробляють терабайти даних. Пристрій умінімальній конфігурації має пропускну здатність в 1,2 Тбіт/с, однак за рахунокмасштабування даний показник можна довести до 92 Тбіт/с. На такій швидкостівесь вміст Бібліотеки Конгресу США можна передати всього за 4,6 секунди. В основімаршрутизатора лежать спеціалізовані процесори для обробки пакетів SіlіconPacket Processor (SPP), а також фірмове програмне забезпечення ІOS XR Software,створене на основі коду операційної системи Іnternetwork. На розробку CRS-1компанія Cіsco витратила біля півмільярда доларів США. Подібних маршрутизаторівщороку продається на суму від 450 тисяч до 2 мільйонів доларів залежно від конфігурації.
2.2 Ресурси пропускної здатностітрактів передачі
Сьогодні доступні технології WDM й DWDM, якізабезпечують в трактах передачі швидкість на одну оптичну носійну 10 Гбіт/с.При використанні частотного плану DWDM стає можливою передача мультиплексногопотоку на швидкості 400 Гбіт/с. Нові успіхи в науці й техніці мають сприятидосягненню теоретичного максимуму пропускної здатності 100 Tбіт/с, поширенню технологіївсехвильового оптичного волокна, застосування якого відкриває дотепер невикористовувані властивості через присутність іонів води 1400 нм; новихтехнологій модуляції й техніки солітонної передачі (метод передачі шляхомспеціальних оптичних імпульсів). В сучасних комерційних лініях оптоволоконногозв’язку досягають пропускної здатності понад 1 Tбіт/с; у лабораторних умовахуже продемонстрована можливість передачі інформації зі швидкістю понад 10Tбіт/с. Крім того, використання розподілених комбінованих підсилювачів йербієвих підсилювачів дозволяє збільшити дальність зв'язку без переприйому до 200 км.
3. Базоваархітектура управління мережними ресурсами в ТКС
Забезпеченнянаскрізного QoS «з кінця в кінець» (end-to-end) у рамках гетерогенноїТКС припускає використання таких засобів управління (рис.4):
1. Засоби управління, якіреалізовані в окремих елементах мережі, наприклад в її вузлах, та забезпечуютьобробку пакетів відповідно до заданого рівня QoS:
· управлінняпріоритетами (класифікація й маркування пакетів на границі мережі);
· управлінняінтенсивністю вхідного та вихідного (профілювання) трафіка;
· управлінняпропускною здатністю (розподіл канальних ресурсів);
· управлінняперевантаженнями (запобігання перевантаження й превентивне відкидання пакетів).
2. Протоколи QoS-сигналізації тамаршрутизації, які здійснюють координацію роботи мережних елементів.
3. Централізовані функціїполітики, управління й обліку QoS, які дозволяють адміністраторам мережі цілеспрямовано впливати намережні елементи для поділу ресурсів мережі між різними видами трафікувідповідно до заданого рівня QoS.
/>
Рисунок 4 –Базова архітектура управління мережними ресурсами
Централізованіфункції політики, управління й обліку QoS не є необхідним засобом архітектури управління, але дуже бажані утериторіально-розподілених мережах. З огляду на те, що кожен користувач і кожнааплікація прагнуть одержати обслуговування з максимально високим рівнем якості(наприклад, пропускної здатності), то мають існувати засоби, за допомогою якихадміністратор міг би виконувати функцію арбітра й задавати раціональний рівеньякості обслуговування для груп або окремих користувачів і аплікацій. Функціїполітики дозволяють адміністраторові створювати правила, за якими мережніпристрої можуть формально, на підставі набору ознак, розпізнавати окремі типи трафікуй застосовувати до них певні функції управління.
Що стосуєтьсяєдності політики, то її правила й засоби можуть конфігуруватися окремо вкожному мережному пристрої, або ж бути централізованими. Централізація засобівполітик управління та забезпечення QoS припускає єдність правил політики, справедливих для всіх пристроївмережі, і використання для їхнього зберігання на сервері політик. У цьомувипадку адміністратор конфігурує правила політики в одній точці, потім задопомогою спеціального протоколу ці правила поширюються всіма мережнимипристроямми, що підтримує якість обслуговування, а мережні пристроїзастосовують політику для формування (профілювання) трафіку й управліннячергами відповідно до встановлених QoS-вимог.
Служби QoS, в яких працюють централізованісистеми підтримки політики, називаються службами QoS, заснованими на політиці(policy-based QoS). Правила політики корисніне тільки для управління QoS, але ідля координації мережних пристроїв при виконанні інших функцій, наприклад,функцій захисту трафіка. Тому централізована система політики мережі звичайнобазується на загальній довідковій службі мережі (Directory Service), щотрадиційно зберігає всі облікові дані про користувачів (ім'я – пароль).
Крімперерахованого, слід окремо виділити засоби підвищення ефективностівикористання канальних ресурсів (Link Efficiency Mechanisms) – фрагментація(дефрагментація) пакетів й їхнє стиснення, використання яких у мережі сприяєпідвищенню якості надаваних мережею послуг. Обов'язковим елементом QoS-мережі єнаявність механізмів управління доступом (Call Admission Control, CAC), щопокликані захистити мережу від перевантажень шляхом запобігання надходженню вмережу трафіка в обсязі більшому, ніж мережа здатна передати. Відмовляючи вобслуговуванні новим потокам, які запитують певний сервіс, механізм САС нетільки захищає трафік даних від відкидання, але і забезпечує стабільну якістьпередачі вже прийнятих до обслуговування потоків.
Серед названихфункцій QoS класифікація, маркування пакетів і управління інтенсивністюреалізуються в приграничних вузлах мережі. Управління інтенсивністю (формуваннятрафіка) реалізується з метою зміни параметрів вхідного трафіка відповідно дозаданого профілю, зазначених у SLA.
Відзначимо, щоукладання між користувачем і провайдером (оператором зв'язку) угоди про рівеньобслуговування (SLA), у якій чітко обумовлюються вимоги щодо розглянутихпараметрів мережного з'єднання – смузі пропускання, затримки, джитера іприпустимого рівня втрат, а також деяких інших параметрів потоку, є необхідноюумовою забезпечення мережею належної якості обслуговування. SLA є свого родутрафік-контрактом.
Основнимифункціями формування трафіка є його вирівнювання (traffic shaping) і обмеження(traffic policing). Вирівнювання трафіка дозволяє усунути сплески і тим самимзменшити імовірність втрати пакетів даних. Обмеження трафіка полягає увідкиданні пакетів, що не задовольняють заданим параметрам, і здійснюється,наприклад, за допомогою механізму узгодження швидкості доступу (CommittedAccess Rate, CAR). В основу задач вирівнювання й обмеження трафіка покладеніалгоритми дозування трафіка, які мають назви «кошик маркерів» (token bucket) і«діряве відро» (leaky bucket), а також їхні різновиди.
Управління смугоюпропускання може здійснюватися шляхом нормування швидкості TCP (TCP rateshaping), що зводиться до перехоплення і маніпулювання розмірами TCP-вікна, абоза допомогою механізмів організації й обслуговування черг. Механізмобслуговування черг шляхом регулювання порядку обслуговування пакетів певногопотоку (класу) трафіка дозволяє варіювати частоту їхньої обробки і тим самимвиділяти визначену смугу пропускання даному потокові (класові). Длязабезпечення QoS механізм обслуговування черг повинен мати можливістьдиференціювання різних потоків і визначення рівня їхніх вимог до обробки.Прикладами механізмів, здатних забезпечити необхідну смугу пропускання вмережах IP, є зважений механізм рівномірного обслуговування черг WFQ (WeightedFair Queuing), зважений механізм рівномірного обслуговування черг на основікласу CBWFQ (Class-Based Weighted Fair Queuing) і на основі потоку (Flow-BasedDistributed Weighted Fair Queuing).
Необхідною умовоюдля забезпечення мережею гарантованого рівня обслуговування є відсутність у нійперевантажень, тобто станів, при яких мережа не здатна забезпечити узгодженіпараметри існуючих з'єднань. Запобігання перевантажень і їхнє усунення вмережах АТМ відповідно до рекомендації ITU–T I.371 і специфікацією форуму ATM„Traffic Management Specification” визначені як основні задачі управліннятрафіком (Traffic Management), компонентами якого є управління доступом домережі, управління пріоритетами, формування трафіка, розподіл ресурсів,відкидання пакетів.
Алгоритмвідкидання пакетів визначає спосіб регулювання довжини черги у випадкувиникнення перевантаження або при наближенні до цього стану. Перший випадоквідповідає механізмові обслуговування черг FIFO, що передбачає відкидання усіхвхідних пакетів при досягненні чергою свого максимального значення. В другомувипадку задіються активні механізми управління чергами, що дозволяють запобігтиперевантаженню шляхом превентивного відкидання пакетів і тим самим попередитиджерело про можливе перевантаження. Прикладами активних механізмів управліннячергами є алгоритм довільного раннього виявлення RED (Random Early Detection),зважений алгоритм довільного раннього виявлення WRED (Weighted RED).Запобігання перевантаженню в мережах IP можливе за допомогою алгоритму явногоповідомлення про перевантаження ECN (Explicit Congestion Notification), а такожшляхом управління розмірами TCP-вікна.
Необхідною умовоюгарантованого забезпечення QoS є наявність протоколу, що дозволяє аплікаціямпроводити сигналізацію своїх QoS-вимог. Протоколи сигналізації QoS дозволяютьмеханізмам QoS окремих вузлів обмінюватися службовою інформацією, що сприяєкоординації зусиль щодо забезпечення параметрів якості обслуговування уздовжвсього шляху проходження потоку, тобто «з кінця в кінець». Яскравимприкладом протоколів даної групи є протокол RSVP (ReSerVation Protocol),призначений для резервування мережних ресурсів для кожного потоку на всіхмаршрутизаторах, через які здійснюється доставка інформації, відповідно дозапитуваного рівня QoS. RSVP сигналізує про запити резервування ресурсівдоступним шляхом в мережі. При цьому велику роль у забезпеченні QoS відіграютьпротоколи маршрутизації, що визначають шлях, уздовж якого проводитиметьсярезервування. У світлі вищевикладеного перехід від традиційної маршрутизаціїнайкоротшим шляхом до маршрутизації, що враховує при виборі маршруту QoS-вимогипотоку і наявність мережних ресурсів уздовж усього маршруту доведення(маршрутизація з підтримкою QoS), дозволить значно підвищити можливості мережів плані гарантованого забезпечення QoS.
Ініціювати роботупротоколу сигналізації може як кінцевий вузол (як в RSVP), так і проміжнийпристрій. Наприклад, прикордонний маршрутизатор сервіс-провайдера здатенвиконати класифікацію трафіка і зарезервувати в мережі провайдера даномупотокові деяку пропускну здатність. У цьому випадку координація мережнихпристроїв відбуватиметься не на всьому шляху проходження трафіка, а тільки вмежах мережі даного провайдера, що, звичайно, знижує якість обслуговуваннятрафіка.
Один ізпримітивних засобів сигналізації є маркування пакета позначкою, яка несе інформаціюпро необхідний для пакета рівень якості обслуговування. Найчастіше з цією метоювикористовується поле пріоритету (у пакеті IPv4 перші три біти поля Type оfService, TоS). Маючи таку позначку, пакет переносить уздовж шляху проходженнясвої вимоги до якості обслуговування, щоправда, у досить узагальненій формі – узв’язку з тим, що поле пріоритету має усього кілька можливих значень, якістьобслуговування надаватиметься диференційовано за декількома агрегованимипотоками мережі.
Як самеперераховані механізми управління впливають на параметри з'єднання, показано втабл. 2 – 4.
Таблиця 2 – Засоби QoS, що впливають на смугу пропусканняЗасіб QoS Механізм впливу Стиснення Стиснення корисної інформації або заголовка, що зменшує загальну кількість біт, які очікують на передачу CAC Зменшення загального вхідного навантаження в мережі за допомогою відкидання нових запитів Організація черг Може використовуватися з метою резервування мінімальної кількості смуги пропускання для окремих типів трафіка
Таблиця 3 – Засоби QoS, що впливають навтратиЗасіб QoS Механізм впливу Організація черг Підтримка довших черг збільшує затримку, але запобігає втратам Випадкове відкидання пакетів Механізм випадкового відкидання пакетів при наближенні розміру черги до точки відмови сповільнює деякі з'єднання TCP. Це зменшує загальне завантаження, скорочує переповнення черги, погіршуючи якість обслуговування (збільшується час відповіді) тільки одного користувача
Таблиця 4 – Засоби QoS, що впливають на затримку і джитерЗасіб QoS Механізм впливу Організація черг Дозволяє розмістити пакети так, щоб чутливі до затримки пакети, наприклад, мовні, були оброблені швидше в порівнянні з менш чутливими, наприклад, пакетами даних Фрагментація пакетів і чергування Фрагментації великих пакетів даних та їхнє чергування з невеликими за розмірами, але чуттєвими до затримки мовними пакетами, дозволяє уникнути для останніх очікування в черзі, зменшуючи тим самим сумарну затримку Стиснення Стиснення корисної інформації або заголовка зменшує загальну кількість біт, що підлягають передачі каналом. Вимагаючи тепер меншої кількості смуги пропускання, черги «стискаються», що у свою чергу зменшує затримку. Крім цього, фрагментація пакетів сприяє зменшенню затримки стиснення, тому що обробляється менша кількість біт. Процес стиснення додає деяку затримку обробки Вирівнювання трафіка Затримка штучно збільшується, тому що при вирівнюванні трафіка використовується буферизація, яка здійснюється з метою зменшення втрат усередині мереж
Для організації ефективногоуправління мережею і забезпечення гарантованого QoS необхідними умовами є:
— реалізація QoS«зверху вниз»;
— реалізація QoS«від краю до краю».
Перша умовавимагає узгоджену взаємодію засобів різних рівнів еталонної семирівневоїмоделі, тому що задача забезпечення гарантованого QoS стосується всіх аспектівфункціонування ТКС, не будучи при цьому задачею якого-небудь одного рівня. Томуцілісне розв’язання задачі забезпечення гарантованого QoS можливе тільки шляхомвзаємоузгодженого розв’язання підзадач окремих рівнів – від фізичного доприкладного. Використання в рамках однієї мережі різних телекомунікаційнихтехнологій і протоколів, наскрізна взаємодія яких починається, як правило, змережного рівня, дозволяє зробити висновок про те, що підтримка наскрізногогарантованого QoS у таких мережах найефективніше забезпечується методамимережного рівня, тому в даній дисципліні основну увагу буде зосереджено назабезпеченні QoS засобами саме мережного рівня.
Друга умовавимагає наявності механізмів QoS у мережах різних рівнів ієрархії (операторазв'язку і підприємства, LAN і WAN), а також їхню координацію.
4. Рівніякості обслуговування і відповідні архітектурні моделі
QoS можнарозглядати як міру якості передачі і доступності сервісу в мережі, а згідно зцим можна виділити три рівні якості обслуговування: від відсутності всілякихгарантій щодо якості обслуговування до їхнього твердого забезпечення за всімапараметрами передачі. Виділяють такі рівні якості обслуговування:
— негарантованадоставка даних (best-effort service);
— сервіс зперевагою (soft QoS) або диференційоване обслуговування (DifferentiatedService, DiffServ);
— гарантованеобслуговування (hard QoS).
Негарантованадоставка даних (best-effort service) є доставкою за можливістю, яка передбачаєтільки забезпечення зв’язності вузлів мережі, і не гарантує забезпеченнябудь-яких показників якості обслуговування. Негарантована доставка пакетів є насьогоднішній день єдиною послугою, яка підтримується в Internet. Незважаючи надеяке зниження продуктивності, для більшості аплікацій, що орієнтовані напередачу інформації (наприклад, аплікацій, які забезпечують взаємодію за FTP),ця послуга є цілком достатньою.
Забезпечення QoSу випадку обслуговування з перевагою (DiffServ) досягається шляхом диференціюваннявхідного трафіка на підставі його вимог до якості обслуговування і відповідногоприсвоєння пріоритетів. Ця схема забезпечує обслуговування одних класів трафікана більш високому рівні в порівнянні з іншими, однак саме по собідиференційоване обслуговування не забезпечує гарантій щодо якості наданихпослуг («м'який» QoS). Диференційоване обслуговування зручне для застосовуванняв мережах з інтенсивним трафіком аплікацій. У цьому випадку важливо забезпечитивідокремлення адміністративного трафіка мережі від всього іншого трафіка іпризначити йому пріоритет, що дозволяє в будь-який момент часу бути упевненим узв’язності вузлів мережі.
Гарантованеобслуговування передбачає забезпечення твердих гарантій щодо виконання вимогпотоків трафіка. Це досягається шляхом попереднього резервування мережнихресурсів уздовж шляхів доведення відповідно до запитуваного рівняобслуговування в термінах розглянутих вище параметрів передачі. Резервуваннямережних ресурсів дозволяє зменшити величину затримки передачі пакета зарахунок зменшення затримки комутації і звести до мінімуму рівень втрат пакетів.
Відповідно доописаних рівнів QoS були розроблені архітектурні моделі QoS, що базуються вжена конкретних механізмах і протоколах. Існує дві основні архітектурні моделі:інтегрованих послуг (Integrated Service, IntServ) і диференційованих послуг(Differentiated Service, DiffServ), де перша реалізує рівень гарантованогообслуговування (hard QoS), друга – однойменний рівень диференційованогообслуговування (soft QoS).
АрхітектураIntServ з'явилася першою в 1994 році (RFC 1633) і передбачала надання рівня«hard» QoS шляхом резервування ресурсів для кожного потоку індивідуально (рис.5). Незважаючи на очікувану високу якість обслуговування архітектура неодержала поширення на практиці, що пов’язано з її низкою масштабованістю. Увідповідь на недоліки IntServ з'явилася архітектура DiffServ (RFC 2474, RFC2475, 1998 рік), що передбачає агреговане обслуговування потоків (потоки зоднаковими вимогами до сервісу поєднуються в один клас, що обслуговується якєдине ціле). Хоча модель DiffServ не здатна за своєю суттю забезпечити твердихгарантій щодо якості передачі, вона одержала поширення на практиці. Однак цейнедолік усе-таки сприяв пошуку нових рішень в області QoS. Це рішення знайденев спільному використанні IntServ і DiffServ у рамках технології MPLS (MPLSDiffServ Aware Traffic Engineering), де, як у DiffServ, передбачаєтьсяагрегація потоків у класи, для яких, як у IntServ, резервується смуга і до якихзастосовуються функції управління доступом і маршрутизація з урахуванням обмежень,як у Traffic Engineering.