АРХІТЕКТУРА ДИФЕРЕНЦІЙОВАНИХ ПОСЛУГ
Содержание
1.Загальна характеристика DiffServ
2. DCSP ірівні обслуговування DiffServ
3.Порівняльна характеристика базових архітектурних моделейQoS
1. Загальна характеристика DiffServ
Термін «диференційоване обслуговування»(Differentiated Service, DiffServ) застосовується як у широкому значенні для позначеннярівня обслуговування, так і у вузькому — для позначення архітектури QoS, що забезпечуєоднойменний рівень обслуговування. DiffServ у вузькому значенні можна визначитияк масштабовану архітектуру IP QoS, що забезпечує якість обслуговування на основічітко визначених компонентів, які комбінуються з метою надання необхідних послуг,і яка орієнтована для застосування в мережах постачальників мережних послуг і вмагістральних мережах.
Базові елементи архітектури DiffServ описані вдекількох специфікаціях:
· RFC 2474 (Definition of the Differentiated ServicesField (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers) задає спосіб маркування пакетів;
· RFC 2598 (An Expedited Forwarding PHB) і 2597 (AssuredForwarding PHB Group) визначають два основних різновиди сервісу;
· RFC 2475 (An Architecture for Differentiated Service)описує взаємодію компонентів в архітектурній моделі DiffServ.
Основним моментом у моделі DiffServ є диференціюваннятрафіка шляхом його розбивки на класи з різними пріоритетами (рівнем QoS), і, якнаслідок, головною задачею DiffServ є визначення і стандартизація байта диференційованоїпослуги (DS, RFC 2474). Байт DS у рамках архітектури DiffServ замінює байт типуобслуговування (Type of Service, ToS) із заголовка пакета IPv4 і байт класу трафіка(Traffic Class) пакета IPv6. Специфікація RFC 2474 визначає байт DS, вводить полекоду диференційованої послуги (Differentiated Services Code Point, DSCP) і йогомаркування, від чого надалі залежить політика покрокового обслуговування пакета(Per-Hop Behavior, PHB), тобто рішення про просування пакета у кожному проміжномувузлі мережі, і як результат, наданий рівень QoS.
Архітектура DiffServ (рис.1, табл.1) передбачаєнаявність класифікатора і формувача трафіка на границі DiffServ-домена, а такожпідтримку функції розподілу ресурсів у ядрі з метою забезпечення необхідної політикипокрокового обслуговування PHB.
/>
Рисунок 1 — Типи маршрутизаторів в архітектуріDiffServ
Таблиця 1 — Функціональні блоки DiffServФункціональний блок Розташування Функція Дія Формувачі трафіка Вхідний інтерфейс приграничного маршрутизатора DiffServ-домена Класифікація пакетів, вирівнювання й обмеження трафіка Обмеження вхідного трафіка й установка значення поля DSCP на основі профілю трафіка Пристрої, що реалізують РНВ-політику
Усі маршрутизатори
DiffServ — домена Розподіл ресурсів і політика відкидання пакетів РНВ-політика обробки пакетів визначається на основі характеристик якості обслуговування, що відповідають заданому значенню поля DSCP
архітектура диференційована послуга маршрутизатор
Приграничні маршрутизатори DiffServ-домену виконуютьфункцію класифікації і встановлюють значення поля DSCP відповідно до необхідногорівня QoS. Як під час класифікації, так і потім під час формування трафіка важливуроль відіграє SLA — угода про якість обслуговування, яка попередньо укладаєтьсяміж постачальником послуг і замовником. Наявність SLA є необхідною умовою реалізаціїархітектури DiffServ. Дана угода встановлює критерії політики і визначає профільтрафіка. Очікується, що трафік буде згладжуватися (функція shaping) у вихідних точкахдомена відповідно до SLA, а у вхідній точці домена профілюватися (обмежуватися)відповідно до правил політики (функція policing). Будь-який трафік «поза профілем»(тобто такий, що виходить за верхні границі смуги пропускання, що зазначені в SLA)не одержує гарантій щодо обслуговування (або ж оплачується за підвищеною ціною увідповідності зі SLA). Критерії політики можуть включати час дня, адреси джерелаі призначення, транспортний протокол, номери портів. У загальному випадку будь-якийвміст пакета може використовуватися для застосування політики.
Внутрішні вузли DiffServ-домена (рис.1) забезпечуютьпередавання пакета на підставі поля DSCP у його заголовку, тобто реалізують РНВ-політику.РНВ-політика — це політика дій мережного вузла по відношенню до пакетів з певнимзначенням поля DSCP, яка спостерігається ззовні і яку можна розглядати як своєрідну«чорну шухляду». РНВ-політику можно визначити в термінах пріоритету внаданні ресурсів відносно інших РНВ-політик або ж за допомогою таких вимірюваниххарактеристик трафіка, як затримка пакетів, рівень втрати пакетів або тремтіннятрафіка.
На рис.2 зображена узагальнена операційна модельQoS. Отже архітектурою DiffServ з метою надання необхідної якості обслуговуванняпередбачається така послідовність обробки пакетів:
1. На приграничних маршрутизаторах DiffServ-домена(під час входження в домен) виконуються задачі TCB:
класифікація пакетів відповідно до необхідногорівня QoS;
відповідне маркування поля DSCP у заголовку кожногоIP-пакета;
формування трафіка відповідно до параметрів, якіоговорено в SLA (функції вирівнювання й обмеження, деякі пакети можуть бути відкинуті);
постановка пакета в чергу для передачі в опорнумережу.
2. В опорній мережі (усередині DiffServ-домену)реалізується PHB-політика:
формування й обслуговування черг (функція розподілуресурсів);
відкидання пакетів з метою попередження виникненняперевантаження.
/>
Рисунок 2 — Операційна модель DiffServ
Зверніть увагу, що в рамках DiffServ не передбаченаявна сигналізація про необхідну якість обслуговування, не здійснюється резервуванняресурсів і усі вузли, що реалізують РНВ-політику, працюють незалежно один від одного.
Слід зазначити, що архітектура диференційованихпослуг визначає усього лише базові механізми, на основі яких здійснюється обслуговуванняпакетів. Використовуючи ці механізми як будівельні блоки, можна розробити безлічрізних послуг. Нагадаємо, що в даному випадку послуга визначає досить вагомі характеристикипередачі пакетів, такі, як пропускна здатність, затримка, джитер, а також рівеньвтрат пакетів в одному напрямку при передачі уздовж мережного маршруту. До тогож можна охарактеризувати послугу в термінах відносного пріоритету при доступі доресурсів мережі. Після визначення послуги розробляються відповідні їй рішення пропередавання пакета (РНВ-політика) для кожного вузла мережі, що підтримує дану послугу.
Наприклад, компанія Cisco пропонує такий набірмеханізмів для реалізації архітектури диференційованих послуг:
модульний QoS інтерфейс командногорядка (Cisco Modular QoS command-line interface, MQC), що допомагає спростити задачу одночасногонастроювання декількох інструментів QoS на одному мережному пристрої;
механізм узгодження швидкості доступу CAR, що виконує функції класифікації і маркування полів IP-пріоритету іQoS-групи, вимірювання трафіка й обмеження інтенсивності трафіка (policing), забезпечуючитим самим управління смугою пропускання;
механізм маркування пакетів на основі класу Class-Based Packet Marking, що реалізує однойменну функцію маркування пакетівз метою диференціації трафіка;
механізм обмеження трафіка Traffic Policing, що дозволяє обмежити швидкість на вхідному або вихідномуінтерфейсі на основі сформованих користувачем критеріїв, значень IP-пріоритету,QoS-групи або поля DSCP;
формування трафіка на основі класу Class-Based Shaping, що дозволяє настроїти GTS на основі класу, визначитисередню і пікову швидкість для кожного класу і конфігурувати CBWFQ у рамках GTS;
механізм обслуговування черг CBWFQ, що дозволяє гарантувати мінімальне значення смуги, яка виділяєтьсятрафіку в період перевантаження на даному інтерфейсі;
механізм обслуговування черг LLQ, у рамках якого вводиться пріоритетна черга PQ, що використовуєтьсядля чутливого до затримок трафіка, наприклад, мовного;
механізм зваженого довільного раннього виявленняперевантажень WRED, що реалізує випадкове відкидання пакетів, де імовірність відкиданнярозраховується на підставі IP-пріоритету або DSCP. Даний механізм має працюватив парі з CBWFQ;
реалізація розширення MPLSClass of Service (CoS), що дозволяє постачальникам послуг установлювати поле MPLSExperimental замість IP-пріоритету.
2. DCSP і рівні обслуговування DiffServ
Як зазначалося вище, зміст поля DCSP у заголовкупакета відображає необхідний рівень якості обслуговування, у зв'язку з цим розглядатиці питання (DCSP і рівні обслуговування DiffServ) необхідно комплексно.
Усі коди DCSP, які визначені робочою групою IETFщодо створення та впровадження DiffServ, в залежності від рівня обслуговування(застосовуваної політики РНВ) можна розбити на чотири групи (табл.2):
DCSP за замовчуванням або стандартний код DCSPвідповідає політиці негарантованої доставки пакетів (best effort), визначений як000 000 (RFC 2474);
DCSP, сумісні з кодами IP-пріоритету, так званіселектори класу (Classs Selector, CS) забезпечують розділення трафіка на 8 класів(рівнів пріоритету), були уведені для сумісності з існуючими IP-системами, що використовуютьполе пріоритету; мають формат ххх000, де х — бінарні 0 або 1. Ці коди подані в табл.2.
DCSP політики негайної передачі (Expedited Forwarding,EF) указує на найвищий рівень обслуговування, який надається за додаткову вартість,визначається RFC 2598; рекомендоване значення — 101110.
DCSP політики гарантованої передачі (Assured Forwarding,AF) мають 12 припустимих значень формату AFij, де /> - клас обслуговування(/>), /> - рівень відкиданняпакетів (/>);визначається RFC 2597 (табл.3).
На рис.3 і 4 показане обслуговування трафіка IP-пакетіву випадку використання селекторів класу CS і у випадку використання політики гарантованоїпередачі.
Отже, у рамках DiffServ можна виділити три різновидиРНВ-політики (рівня обслуговування):
негарантована доставка даних (DCSP за замовчуванням);
РНВ-політика негайної передачі (EF РНВ);
РНВ-політика гарантованої доставки (AF РНВ).
При реалізації архітектури DiffServ найвищу якістьобслуговування (Premium Service), яку можна порівняти з якістю виділених каналів,забезпечує політика негайної передачі пакетів EF РНВ.
Таблиця2 — Порівняльна характеристика різних політик покрокової обробки DiffServPHB Опис DSCP Політика негарантованої доставки пакетів (Best effort, BE) PHB без надання всіляких гарантій щодо якості обслуговування DSCP за замовчуванням (000 000) Селектори класу (Class selector, CS) Використовується вісім значень DSCP, де завжди останні три біти нульові. Уведені для зворотної сумісності з IP-пріоритетами. Засновані на логіці «більше — краще»: чим більше значення DSCP, тим вище якість обслуговування CS1, CS2, CS3, CS4, CS5, CS6, CS7 Політика гарантованої передачі (Assured forwarding, AF) PHB містить два компоненти: планувальник черг забезпечує мінімальну смугу для кожної з чотирьох окремих черг і три рівні порога відкидання для кожної з черг. DSCP не завжди підкоряється правилу «більше — краще». AF11, AF12, AF13, AF21, AF22, AF23, AF31, AF32, AF33, AF41, AF42, AF43 Політика негайної передачі (Expedited forwarding, EF) PHB містить два компоненти: планувальник черг забезпечує низький рівень затримки, тремтіння і втрат, а також гарантовану частку смуги; для виділення достатньої смуги необхідна функція обмеження (policing). EF
Таблиця 3 — Значення DCSP політики гарантованоїпередачі Низька імовірність відкидання в межах класу Середня імовірність відкидання в межах класу Висока імовірність відкидання в межах класу Клас 1 AF11/10 / 001010 AF12/12/001100 AF13/14/001110 Клас 2 AF21/18/010010 AF22/20 / 010100 AF23/22/010110 Клас 3 AF31/26/011010 AF32/28/011100 AF33/30 / 011110 Клас 4 AF41/34/100010 AF42/36/100100 AF43/38/100110