Методы обеспечения качества обслуживания: DiffServ и IntServ

Формирователи трафика, расположенные на границе сети

Формирователи трафика – это различные функции качества обслуживания, которые должны быть реализованы в пограничных устройствах сети. Граничные функции классифицируют или маркируют трафик путем установки соответствующего значения поля DSCP, а также проводят мониторинг входящего в сеть трафика с целью проверки его соответствия установленному профилю.

Код дифференцированной услуги представляет собой поле, на основании значения которого определяется способ обработки пакета в diffserv -домене. В качестве обрабатывающей трафик функции может выступать функция классификации пакетов, функция маркировки DSCP-поля или же функция дозирования трафика, наделенная либо полномочиями выравнивания трафика, либо полномочиями отбрасывания пакетов.

Классификатор пакетов

Классификатор пакетов выбирает пакет из потока трафика на основании анализа части содержимого заголовка пакета. Наиболее распространенный способ классификации пакетов заключается в анализе поля DSCP, однако теоретически возможна классификация пакета на основании значения других полей его заголовка. Функция классификации пакета определяет соответствующий этому пакету класс трафика.

Маркер

Эта функция предназначена для записи/перезаписи поля DSCP в зависимости от класса трафика, к которому относится данный пакет.

Дозирование трафика

Функция дозирования проверяет трафик на соответствие заданному профилю на основании дескриптора трафика, такого как корзина маркеров. Результаты проверки передаются функции маркировки трафика, а также либо функции выравнивания трафика, либо функции отбрасывания пакетов — для принятия соответствующего решения в отношении "плановых" и "внеплановых" пакетов.

Функция выравнивания трафика

Функция выравнивания трафика (traffic shaping) осуществляет задержку пакетов путем их буферизации с целью удовлетворения параметров заданного профиля.

Функция отбрасывания пакетов

Функция отбрасывания пакетов осуществляет отбрасывание всех пакетов, не удовлетворяющих параметрам заданного профиля трафика. Это действие часто называют также ограничением трафика (traffic policing).

РНВ-политика

Сетевые узлы с поддержкой дифференцированного обслуживания используют поле DSCP в заголовке IP-пакета для определения соответствующей этому пакету РНВ-политики.

РНВ-политика может быть определена в терминах приоритета в предоставлении ресурсов по отношению к другим РНВ-политикам или же с помощью таких измеряемых характеристик трафика, как задержка пакетов, уровень потери пакетов или дрожание трафика. В некоторой степени РНВ-политику можно рассматривать как своеобразный "черный ящик", поскольку она определяет некоторое наблюдаемое извне поведение сетевого узла в отношении поступающих пакетов, не навязывая при этом конкретную реализацию.

В качестве стандартной РНВ-политики в diffserv -сети можно рассматривать негарантированную доставку трафика. В соответствии с архитектурой дифференцированного обслуживания каждой РНВ-политике рекомендуется назначить определенный код DSCP, однако поставщик услуг волен выбрать отличные от рекомендованных значения поля DSCP для своей собственной сети. Рекомендованное значение поля DSCP для политики негарантированной доставки пакетов равняется 000 000.

РНВ-политика, соответствующая определенному классу трафика, зависит от целого ряда факторов:

• интенсивность входного потока или нагрузки для заданного класса трафика. Этот параметр контролируется пограничным формирователем трафика;
• распределение ресурсов для заданного класса трафика. Этот параметр контролируется функциями распределения ресурсов, реализованными в узлах diffserv -домена;
• уровень потери трафика. Этот параметр зависит от политики отбрасывания пакетов, проводимой в узлах diffserv -домена.

Существуют две стандартные РНВ-политики – РНВ-политика немедленной передачи (EF РНВ) и РНВ-политика гарантированной доставки (AF РНВ).

РНВ-политика немедленной передачи пакетов (Expedited Forwarding РНВ – EF РНВ)

Используется для обеспечения сквозного обслуживания пакетов в узлах diffserv -домена, характерными чертами которого являются низкий уровень потери пакетов, малая задержка, незначительное дрожание трафика, а также гарантированная полоса пропускания. Политика EF РНВ применяется для обслуживания трафика таких приложений, как передача голоса по сетям IP (Voice over IP – VoIP), приложений видеоконференций, а также для обеспечения таких услуг, как передача информации по виртуальным арендуемым каналам, поскольку эта услуга представляет собой двухточечное соединение конечных узлов diffserv -домена. Подобный тип обслуживания достаточно часто называют также услугами высокого класса (premium service).

Один из способов избежать задержки пакетов, связанной с возникновением больших очередей, – ограничение максимальной интенсивности входного потока трафика минимальной интенсивностью его выходного потока. РНВ-политика немедленной передачи пакетов предусматривает установку значения интенсивности выходного потока трафика, в то время как интенсивность входного потока контролируется формирователями трафика, реализованными в пограничных устройствах сети.

Поскольку в соответствии с политикой EF РНВ входящие пакеты не должны образовывать очередь (допускается очередь очень малого размера), интенсивность исходящего потока трафика должна быть равной интенсивности входящего потока или превышать ее. Следует отметить, что интенсивность исходящего потока (полоса пропускания) не должна зависеть от других потоков трафика. Как правило, интенсивность входящего и исходящего потоков измеряется с интервалами, равными времени, которое требуется для передачи MTU-пакета (пакета максимального размера, который может быть передан через интерфейс маршрутизатора) по данной линии связи.

Маршрутизатор может выделить ресурсы, достаточные для обеспечения определенной интенсивности исходящего трафика для заданного интерфейса, путем использования различных функциональных реализаций политики EF РНВ. Когда речь идет о передаче трафика через перегруженный сегмент сети (а это предполагает наличие больших накопленных очередей), данная функциональная возможность может быть реализована за счет применения различных механизмов обслуживания очередей.

РНВ-политика гарантированной доставки пакетов (AF РНВ)

РНВ-политика гарантированной доставки пакетов (Assured Forwarding РНВ – AF РНВ) представляет собой средство, с помощью которого поставщик услуг может обеспечить несколько различных уровней надежности доставки IP-пакетов, полученных из diffserv -домена клиента. Политика AF РНВ является приемлемой для большинства ТСР-приложений.

РНВ-политика гарантированной доставки пакетов подразумевает наличие различных уровней обслуживания для каждого из четырех классов AF-трафика. Каждому классу AF-трафика соответствует собственная очередь пакетов, что позволяет проводить эффективное управление полосой пропускания. Каждый класс AF-трафика характеризуется тремя уровнями приоритета отбрасывания пакетов (низкий, средний и высокий), что позволяет реализовать механизм управления очередью по типу механизма произвольного раннего обнаружения (Random Early Detection – RED).

Политика AF РНВ представляет собой средство, с помощью которого поставщик услуг может обеспечить несколько различных уровней надежности доставки IP-пакетов в зависимости от значения поля DSCP.

Существует три решения формирования политики PHB:

• инициализация сети;
• сигнализация о качестве обслуживания ;
• диспетчер политик.

Инициализация сети

Один из способов распределения ресурсов заключается в инициализации ресурсов сети с использованием эвристических методов или техники систематического моделирования. Следует отметить, что этот метод может быть применен только в сетях небольшого размера, для которых политики QoS и профили трафика остаются неизменными на протяжении достаточно долгого промежутка времени.

Сигнализация о качестве обслуживания

В соответствии с этим методом реализации РНВ-политики приложения извещают сеть о требованиях к качеству обслуживания с помощью сигнального протокола RSVP . С точки зрения протокола RSVP diffserv -домен рассматривается как еще одно звено сети, требующее управления доступом.

Диспетчер политик QoS

Определение политики обусловливает выбор уровней QoS, применяемой к потоку трафика. Политики назначаются с помощью протокола распространения политик – COPS (Common Open Policy Service) разработанного группой IETF.