Нефть и песок О стали Компрессор - подбор и ошибки Из истории стандартизации резьб Соперник ксерокса - гектограф Новые технологии производства стали Экспорт проволоки из России Прогрессивная технологическая оснастка Цитадель сварки с полувековой историей Упрочнение пружин Способы обогрева Назначение, структура, характеристики анализаторов Промышленные пылесосы Штампованные гайки из пружинной стали Консервация САУ Стандарты и качество Технология производства Водород Выбор материала для крепежных деталей Токарный резец в миниатюре Производство проволоки Адгезия резины к металлокорду Электролитическое фосфатирование проволоки Восстановление корпусных деталей двигателей Новая бескислотная технология производства проката Синие кристаллы Автоклав Нормирование шумов связи Газосварочный аппарат для тугоплавких припоев
Главная страница / Архитектура отрасли

КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Для характеристики качества обслуживания мультисервисной сети существует ряд показателей: задержки в передаче информации, неравномерности этих задержек (джиттеры), скорость передачи, потери данных и др. Схему обеспечения QoS мы рассмотрим на примере фрагмента сети связи с интеграцией услуг (рис. 1), которая была реализована в 2001 году на одном из предприятий нефтедобывающего комплекса. Цель настоящего материала – показать, каким образом можно организовать в сетях связи на базе технологии IP качественную передачу разнородного трафика (данных, голоса и видео).

Показатели качества

обслуживания

мультимедийного трафика

Cетевые приложения можно разделить на три основные группы: передача данных, пакетная телефония и передача видеоинформации (видеоконференц-связь и потоковое видео). Приложения двух последних групп (передача голоса и видео) относятся к категории мультимедийных и предъявляют к сети специфические требования, удовлетворение которых и является основной задачей технологии обеспечения QoS.

Рассмотрим основные показатели качества обслуживания мультимедийных приложений. На рис. 2 приведен примерный вид трафика, создаваемого голосовым кодеком (вверху) и приложением видеоконференции (внизу).

Трафик, генерируемый голосовым кодеком, характеризуется постоянством скорости на протяжении всего сеанса связи (при отключении механизма подавления пауз) и отсутствием всплесков. Пакеты, в которые упаковывается закодированная речевая информация, имеют малый фиксированный размер.

Видеотрафик, напротив, носит ярко выраженный пульсирующий характер, что обусловлено технологией сжатия видеоданных. При этом длина его пакетов колеблется в широком диапазоне (от 128 до 1500 байт).

При передаче мультимедийного трафика по сети первостепенное значение имеют следующие количественные показатели:

• гарантированная скорость передачи через сеть. Данный показатель определяет скорость передачи, которую сеть будет гарантировать определенному приложению даже в случае перегрузки. Так, для передачи речи, закодированной в соответствии с алгоритмом G.729, он должен составлять не менее 24 Кбит/с (при отключении механизма компрессии заголовков), а для видеоконференции — не менее 480 Кбит/с;

• сетевая задержка, или промежуток времени, необходимый для передачи пакета через сеть. Как правило, приложения имеют определенный уровень допустимой задержки, превышение которого ведет к снижению качества их работы. В частности, для видеоконференции и пакетной телефонии этот показатель должен быть не выше 150 мс в одном направлении;

• неравномерность задержки (джиттер). Сетевая задержка является случайной величиной и, следовательно, имеет некоторый разброс, называемый джиттером. Для голосового трафика превышение определенного значения джиттера приводит к специфическим нарушениям передачи речи, которые выражаются в потрескивании и щелчках, для видеотрафика – к замиранию или пропаданиюателя на приемной стороне применяется сглаживающий буфер, куда пакеты попадают перед отправкой на декодер. Именно его размером определяется допустимый уровень джиттера. При этом следует учитывать, что увеличение длины сглаживающего буфера ведет к увеличению сетевой задержки;

• коэффициент

потери пакетов. Данная величина определяется как отношение числа потерянных пакетов к общему числу пакетов, передаваемых приложением. Такие потери могут быть, например, при возникновении перегрузок в сети, а также в тех случаях, когда используемые каналы характеризуются высоким коэффициентом битовой ошибки.

Технологии обеспечения QoS в IP-сетях

Разработкой стандартов на качество обслуживания IP-сетей занимается организация IETF (Internet Engineering Task Force). В настоящее время в ее составе созданы две рабочие группы, каждая из которых разрабатывает свою модель обеспечения QoS: первая получила название «Интегрированное обслуживание» (IntServ), вторая – «Дифференцированное обслуживание» (DiffServ).

Сначала появилась модель IntServ, основанная на протоколе резервирования ресурсов RSVP. Однако ее широкому внедрению в сетях связи с интеграцией услуг препятствуют определенные недостатки, в частности плохая масштабируемость и отсутствие поддержки RSVP на оконечных системах. Исходя из этого в рассматриваемом нами фрагменте сети связи для реализации QoS была выбрана вторая модель – DiffServ.

При ее использовании весь сетевой трафик разделяется на несколько категорий обслуживания (COS), предъявляющих свои требования к QoS. Информация о том, к какому классу обслуживания относится тот или иной пакет, содержится в его заголовке — в специальном поле «тип обслуживания» (TOS). Сам процесс разбиения трафика на категории обслуживания называется классификацией.

Модель DiffServ переопределяет семантику байта TOS в заголовке IP-пакета. Старшие 6 бит в этом байте служат для обозначения класса обслуживания, к которому принадлежит пакет. Такое 6-битовое поле получило название DSCP. Таким образом, сетевой узел может поддерживать до 64 (26) классов обслуживания. Младшие два бита в настоящее время не используются. Процесс записи определенного значения в поле DSCP называется маркированием.

Поскольку в DiffServ отсутствует фаза предварительного резервирования ресурсов (в отличие от IntServ), она вносит некоторую степень непредсказуемости. Можно сказать, что эта модель не пытается гарантировать определенный уровень сервиса, а скорее стремится упорядочить весь трафик, распределив его по группам таким образом, чтобы каждая группа получила лучший или худший уровень обслуживания по отношению к остальным в соответствии с определенными правилами.

Архитектура модели Differentiated Services описана в рекомендации RFC 2475 и включает в себя три основные составляющие:

• домен DiffServ;

• классификацию и маркирование;

• типы локального поведения .

Ниже мы раскроем назначение каждой из этих составляющих, а также покажемети связи.

Домен DiffServ

Доменом DiffServ, или DS-доменом, называется целостное множество маршрутизаторов, поддерживающих архитектуру модели DiffServ и управляемых в соответствии с единой политикой обеспечения QoS. Этот домен имеет четко очерченную границу, состоящую из пограничных маршрутизаторов, на которых выполняются операции по классификации и контролю входящего в него

трафика.

Одним из основных принципов построения модели DiffServ является разграничение функций периферии и ядра DS-домена. Так, классификацией, контролем и маркированием пакетов занимается в основном периферия DS-домена, в то время как ядро отвечает только за правильную обработку уже сформированных классов трафика. Получив от хоста или соседнего домена пакет, периферийный маршрутизатор осуществляет его полную классификацию, а после того как пакет будет отнесен к тому или иному классу, заносит в поле DSCP соответствующее значение. Маршрутизатору ядра домена остается лишь просмотреть это поле DSCP, чтобы определить, каким образом нужно обрабатывать пакет.

На рис. 3 схематически показана организация DS-домена для рассматриваемого нами фрагмента сети связи. В нем также можно выделить и уровень ядра, которое в данном случае будет представлено одним маршрутизатором, и уровень периферии.

Классификация и маркирование в модели DiffServ

В зависимости от направления передачи трафика пограничный маршрутизатор DS-домена может быть входным либо выходным. Задача входного маршрутизатора заключается в том, чтобы поступающий трафик разбить на заранее предопределенное множество классов обслуживания, маркировать его, т. е. выставить поля DSCP, а может быть, еще и проверить, насколько параметры трафика каждого класса соответствуют заданным значениям (спецификации трафика). Такая проверка носит название полисинга (policing). Спецификация трафика обычно описывается в терминах средней скорости поступления и максимального объема всплеска (в случае пульсирующего трафика). Пакеты, не удовлетворяющие спецификации, обрабатываются по-разному: они могут быть либо просто сброшены, либо маркированы значением DSCP, соответствующим меньшему приоритету.

Маршрутизатор ядра DS-домена также проводит классификацию, а в некоторых случаях и полисинг трафика, но в несколько упрощенном виде.

Для выполнения всех описанных выше функций на маршрутизаторе должны быть реализованы два элемента: классификатор трафика (classifier) и кондиционер трафика (conditioner). Структурная схема этих элементов в том виде, в каком она определена в рекомендации RFC 2475, показана на рис. 4.

Задача классификатора состоит в том, чтобы весь трафик разложить на заданное множество классов обслуживания. На границе и в ядре DS-домена используются классификаторы разных типов. Так, на границе классификация обычно проводится на основе содержания определенных полей в заголовке IP-пакета, которыми могут быть адреса источника и получателя, тип протокола транспортного уровня называется многополевым (MF), или MF-классификатором. В ядре DS-домена классификация возможна лишь на основе значения поля DSCP в заголовке IP-пакета. В нашем случае классификатор разбивает весь трафик на три класса обслуживания, относящихся к голосовому трафику, трафику данных и видеотрафику.

Прошедший классификацию пакет попадает на вход кондиционера, задачами которого являются маркирование и полисинг трафика. Кондиционер (рис. 4) может включать следующие элементы: маркировщик (marker), измеритель (meter), формирователь-сбрасыватель (shaper/dropper). Маркировщик записывает в поле DSCP пакета определенное значение в зависимости от того, к какому классу этот пакет принадлежит. Измеритель и формирователь-сбрасыватель совместно выполняют функцию полисинга для потока определенного класса с тем, чтобы обслуживание этого потока не повлияло на качество сервиса в потоках других классов.

Следует отметить, что кондиционер не обязательно должен содержать все описанные здесь элементы. Если нет необходимости контролировать параметры различных классов трафика, поступающего в сеть, пакеты могут проходить только через классификатор и маркировщик. Как правило, отсутствие спецификаций трафика характерно для корпоративных сетей. Так, в рассматриваемом нами фрагменте сети связи полисинг трафика не

нужен, поэтому кондиционер включает лишь маркировщик

пакетов.

Реализация PHB

После того как пакет пройдет маркирование, т. е. будет причислен к тому или иному классу обслуживания, каждый узел домена DiffServ должен выполнить по отношению к нему некоторый набор процедур, чтобы обеспечить ему уровень обслуживания в соответствии с тем классом, к которому он принадлежит. Такой набор процедур называется типом локального

поведения (PHB) и является третьей составляющей архитектуры Differentiated Services. В узлах сети поддержка различных типов PHB осуществляется с помощью различных стратегий очередей и управления буферным пространством.

В настоящее время определены три основные группы PHB: негарантированная передача (Default PHB), срочная доставка (EF PHB) и гарантированная доставка (AF PHB).

Пакеты, относящиеся к группе Default PHB, имеют значение поля DSCP 000000. Трафику данного класса выделяются сетевые ресурсы, оставшиеся свободными при обслуживании всех других классов.

EF PHB используется для обслуживания трафика, требующего очень малых значений сетевой задержки и джиттера, низкого коэффициента потери пакетов и гарантированной скорости передачи через сеть. Данной группе PHB соответствует значение кодового слова DSCP 101110 (в десятичном представлении - 46).

Группа AF PHB обеспечивает передачу IP-пакетов в четырех независимых классах AF. Все они гарантируют высокую вероятность доставки при условии, что параметры информационного потока (скорость и объемы всплесков) согласуются с выделенными для данного класса ресурсами.

Внутри каждого AF-класса, в свою очередь, существует три подкласса, которые харапакетов. Чем меньше значение приоритета, тем ниже вероятность того, что пакет будет сброшен в случае перегрузки сети. IP-пакет, принадлежащий к AF-классу i и имеющий внутри этого класса приоритет сброса j, обозначается как AFij.

Сервис AF PHB хорошо подходит для приложений, отличающихся неравномерностью передаваемого трафика и требующих гарантированной пропускной способности.

Таким образом, можно ввести следующее отображение классов обслуживания трафика на группы PHB:

• голосовой трафик, предъявляющий жесткие требования к джиттеру и сетевой задержке, а также характеризующийся относительно малой требуемой скоростью передачи через сеть, назначается в группу EF PHB;

• видеотрафик, характеризующийся большими объемами и всплесками, попадает в группу AF PHB (для видеоконференций рекомендуется класс AF41);

• трафик данных (передача файлов, приложения электронной почты, HTTP и т. п.) относится к группе Default PHB.

Для обработки трафиков различных PHB-групп используются алгоритмы управления очередями. Например, в маршрутизаторах Cisco такая обработка чаще всего ведется по принципу приоритетных очередей (PQ), а также взвешенных справедливых очередей на основе классов трафика (CBWFQ).

Эти алгоритмы обработки очередей работают на уровне IP, т. е. на третьем уровне ЭМВОС (Эталонная модель взаимодействия открытых систем). Однако известно, что некоторые нижележащие технологии, скажем АТМ или Frame Relay, которые протокол IP использует в качестве транспорта, сами могут обеспечить дифференцированное обслуживание с различными показателями качества. При этом сервисы, определенные на уровне IP, могут быть отображены в сервисы нижележащих уровней. Зачастую такое решение оказывается более эффективным. Так, например, сервис EF PHB можно отобразить в класс rt-VBR технологии АТМ, сервис AF – в класс nrt-VBR, а сервис Default PHB – в класс ABR. Пример реализации такой схемы показан на рис. 5.

* * *

Итак, мы рассмотрели, каким образом можно обеспечить качественную передачу разнородного трафика (голоса, видео и данных) в территориальной компоненте системы связи – сети WAN. Однако для того чтобы предоставить приложениям требуемый уровень сервиса, механизмы обеспечения качества обслуживания должны функционировать не только в территориальной, но и в локальных сетях. Это утверждение особенно актуально для крупных офисов, имеющих развитую многоуровневую инфраструктуру ЛВС.

Главная страница / Архитектура отрасли