Качество обслуживания (QoS)

Модели QoS

Для поддержки передачи по одной сети трафика потоковых мультимедийных приложений (Voice over IP (VoIP), IPTV, видеоконференции, онлайн игры и др.) и трафика данных с различными требованиями к пропускной способности необходимы механизмы, обеспечивающие возможность дифференцирования и обработки различных типов сетевого трафика в зависимости от предъявляемых ими требований. Негарантированная доставка данных (best effort service), традиционно используемая в сетях, построенных на основе коммутаторов, не предполагала проведения какой-либо классификации трафика и не обеспечивала надежную доставку трафика приложений, гарантированную пропускную способность канала и определенный уровень потери пакетов. Для решения этой проблемы было введено такое понятие, как качество обслуживания (Quality of Service, QoS).

Функции качества обслуживания в современных сетях заключаются в обеспечении гарантированного и дифференцированного уровня обслуживания сетевого трафика, запрашиваемого теми или иными приложениями на основе различных механизмов распределения ресурсов, ограничения интенсивности трафика, обработки очередей и приоритизации.

Можно выделить три модели реализации QoS в сети.

• Негарантированная доставка данных (Best Effort Service) — обеспечивает связь между узлами, но не гарантирует надежную доставку данных, время доставки, пропускную способность и определенный приоритет.
• Интегрированные услуги (Integrated Services, IntServ) — эта модель описана в RFC 1633 и предполагает предварительное резервирование сетевых ресурсов с целью обеспечения предсказуемого поведения сети для приложений, требующих для нормального функционирования гарантированной выделенной полосы пропускания на всем пути следования трафика. В качестве примера можно привести приложения IP-телефонии, которым для обеспечения приемлемого качества передачи голоса требуется канал с минимальной пропускной способностью 64 Кбит/с (для кодека G.711).

Модель IntServ использует сигнальный протокол RSVP (Resource Reservation Protocol, протокол резервирования ресурсов) для резервирования ресурсов для каждого потока данных, который должен поддерживаться каждым узлом на пути следования трафика. Эту модель также часто называют жестким QoS (hard QoS) в связи с предъявлением строгих требований к ресурсам сети.

• Дифференцированное обслуживание (Differentiated Service, DiffServ) — эта модель описана в RFC 2474, RFC 2475 и предполагает разделение трафика на классы на основе требований к качеству обслуживания. В архитектуре DiffServ каждый передаваемый пакет снабжается информацией, на основании которой принимается решение о его продвижении на каждом промежуточном узле сети, в соответствии с политикой обслуживания трафика данного класса (Per-Hop Behavior, PHB). Модель дифференцированного обслуживания занимает промежуточное положение между негарантированной доставкой данных и моделью IntServ и сама по себе не предполагает обеспечение гарантий предоставляемых услуг, поэтому дифференцированное обслуживание часто называют мягким QoS (soft QoS).

Приоритизация пакетов

Для обеспечения QoS на канальном уровне модели OSI коммутаторы поддерживают стандарт IEEE 802.1р. Стандарт IEEE 802.1р позволяет задать до 8 уровней приоритетов (от 0 до 7, где 7 — наивысший), определяющих способ обработки кадра, используя 3 бита поля приоритета тега IEEE 802.1Q.

Для обеспечения QoS на сетевом уровне модели OSI в заголовке протокола IPv4 предусмотрено 8-битное поле ToS (Type of Service). Этот байт может быть заполнен либо значением приоритета IP Precedence, либо значением DSCP (Differentiated Services Code Point) в зависимости от решаемой задачи.

Поле IP Precedence имеет размерность 3 бита и может принимать значения от 0 до 7. Оно используется для указания относительного приоритета обработки пакета на сетевом уровне.

Рис. 15.1. Формат кадра 802.1Q с битами приоритета 802.1р

Поле DSCP было стандартизировано IETF с появлением модели DiffServ. Оно занимает 6 старших бит байта ToS и позволяют задать до 64 уровней приоритетов (от 0 до 63). По сути код DSCP является расширением 3-битового поля IP Precedence и обладает обратной совместимостью с IP-приоритетом.

Рис. 15.2. Байт ToS заголовка IPv4