СЛУЖБА QoS

Служба QoS отвечает за обеспечение качества обслуживания для разных типов приложений. Она имеет распределенный характер, так как ее элементы должны присутствовать во всех сетевых устройствах, продвигающих пакеты: коммутаторах, маршрутизаторах, серверах доступа. С другой стороны, служба QoS должна включать также элементы централизованного управления, поскольку работу отдельных сетевых устройств, поддерживающих QoS, нужно координировать, чтобы качество обслуживания было однородным вдоль всего пути, по которому следуют пакеты потока. Любые гарантии QoS настолько хороши, насколько их обеспечивает наиболее "слабый" элемент в цепочке между отправителем и получателем. Поэтому поддержка QoS только в одном сетевом устройстве, пусть даже и магистральном, может весьма незначительно улучшить качество обслуживания или же совсем не влиять на параметры QoS.

На Рисунке 1 представлена базовая архитектура службы QoS с элементами трех основных типов:

§ средств QoS узла;

§ протоколов сигнализации QoS;

§ централизованных функций политики, управления и учета QoS.

Средства QoS узла - основной исполнительный механизм службы QoS, так как именно они непосредственно влияют на процесс продвижения пакетов между входными и выходными интерфейсами коммутаторов и маршрутизаторов и, следовательно, определяют вклад данного устройства в характеристики качества обслуживания сети. Средства QoS узла в свою очередь могут включать компоненты двух типов:

§ механизмы обслуживания очередей;

§ механизмы кондиционирования трафика.

Механизмы обслуживания очередей являются необходимым элементом любого устройства, работающего по принципу коммутации пакетов. Когда скорость поступления трафика становится больше скорости его продвижения, возникают очереди. Как раз в такие периоды и нужны механизмы обслуживания очередей: варьируя выборкой пакетов, они влияют на время их нахождения в очереди, а значит, и на величину задержки - один из важнейших параметров качества обслуживания. По умолчанию в сетевых устройствах очереди обслуживаются по простейшему алгоритму FIFO ("первым пришел - первым обслужен"), что достаточно только для реализации сервиса "по мере возможности", для поддержки же "истинных" сервисов QoS нужны более сложные механизмы, обрабатывающие несколько классов потоков, например алгоритмы приоритетного или взвешенного обслуживания.

Механизмы кондиционирования трафика решают задачу создания условий для качественного обслуживания трафика другим способом - не за счет выбора оптимального алгоритма обслуживания очереди, а за счет ее сокращения. При этом сокращение очереди достигается путем воздействия на входной трафик: например, снижения скорости поступления потока в данный узел, уменьшения его неравномерности и т. п. Механизм кондиционирования трафика обычно включает выполнение следующих функций.

§ Классификация трафика выделяет из общей последовательности пакетов, поступающих в устройство, пакеты одного потока с общими требованиями к качеству обслуживания. Классификация может выполняться на основе различных формальных признаков пакета - адресов источника и назначения, значений портов TCP/UDP, значения приоритета, значения метки потока (в версии IPv6).

§ Профилирование трафика на основе правил (policing) подразумевает проверку соответствия каждого входного потока параметрам его профиля. В случае нарушения параметров профиля (в частности, при превышении длительности посылки или средней скорости) происходит отбрасывание или маркировка пакетов этого потока. Отбрасывание нечастых пакетов снижает интенсивность потока и приводит его параметры в соответствие с указанными в профиле. Маркировка пакетов без отбрасывания нужна для того, чтобы они все же были обслужены данным узлом (или последующими по потоку), пусть и с более низким качеством (например, с увеличенным значением задержки). Для проверки соответствия входного трафика заданному профилю механизм кондиционирования выполняет измерение параметров потока. Для этого обычно используется один из известных алгоритмов, например алгоритм "дырявого ведра" (leaky bucket) или более гибкий алгоритм GCRA.

§ Формирование трафика (shaping) предназначено для придания прошедшему профилирование трафику нужного распределения по времени. С помощью данной функции стремятся сгладить пульсации трафика, чтобы поток пакетов на выходе из устройства был более равномерным, чем на входе. Сглаживание пульсаций уменьшает очереди в сетевых устройствах, которые будут обрабатывать трафик далее по потоку. Формирование трафика целесообразно и для восстановления временных соотношений трафика приложений, работающих с равномерными потоками, например голосовых приложений.

Механизмы кондиционирования трафика могут быть реализованы в каждом узле сети либо только в пограничных устройствах. Последний вариант часто используют провайдеры при кондиционировании трафика своих клиентов.

Протоколы сигнализации QoS нужны для того, чтобы механизмы QoS в отдельных узлах могли обмениваться служебной информацией для координации усилий по обеспечению параметров качества обслуживания на всем пути следования потока, т. е. "из конца в конец". Например, с помощью средств сигнализации приложение может зарезервировать себе вдоль всего маршрута следования требуемую среднюю пропускную способность (для сетей IP эту функцию поддерживает протокол RSVP).

Одно из примитивных средств сигнализации - маркировка пакета признаком с информацией о требуемом для него качестве обслуживания. Наиболее часто для этого используется поле приоритета (в пакете IPv4 - первые три бита поля Type Of Service, TOS). Перемещаясь от устройства к устройству, пакет переносит вдоль пути следования свои требования к качеству обслуживания, правда, в достаточно обобщенной форме - так как поле приоритета имеет всего несколько возможных значений, то и качество обслуживания будет предоставляться дифференцированно по нескольким агрегированным потокам сети.

Инициировать работу протокола сигнализации может не только конечный узел, но и промежуточное устройство. Например, пограничный маршрутизатор в сети провайдера способен выполнить классификацию трафика и зарезервировать данному потоку клиента некоторую пропускную способность. В этом случае координация сетевых устройств будет происходить не на всем пути следования трафика, а только в пределах сети данного провайдера, что, конечно, снижает качество обслуживания трафика.

Централизованные функции политики, управления и учета QoS не обязательно присутствуют в архитектуре службы QoS, но они очень желательны в крупных сетях. Каждый пользователь и каждое приложение стремятся получить обслуживание с максимально высоким уровнем качества (например, пропускной способности). Следовательно, необходимы средства, с помощью которых администратор мог бы задавать рациональный уровень качества обслуживания для отдельных пользователей и приложений или для их групп. Функции политики позволяют администратору создавать правила, по которым сетевые устройства могут формально, на основании набора признаков, распознавать отдельные типы трафика и применять к ним определенные возможности QoS.

Правила могут конфигурироваться и храниться отдельно в каждом сетевом устройстве. Однако это требует от администратора крупной сети значительных усилий и служит источником большого количества ошибок, что приводит к несогласованной работе сетевых устройств. К примеру, одно из них выделило некоторому потоку пропускную способность 1 Мбит/с, а другое - 1 Кбит/с.

Для крупной сети необходимость централизации средств QoS достаточно очевидна. В этом случае единые правила, справедливые для всех устройств сети, хранятся на сервере политики (или нескольких серверах, что позволяет обеспечить надежность и производительность системы поддержки политики). Администратор конфигурирует правила в одной точке, что снижает затраты его труда и количество ошибок. Затем с помощью специального протокола они распространяются по всем сетевым устройствам, поддерживающим качество обслуживания, а те, в свою очередь, применяют их для кондиционирования трафика и управления очередями в соответствии с указанными параметрами.

Службы QoS с централизованными системами поддержки политики, называются службами QoS на базе правила (policy-based QoS). Правила политики, координирующие работу сетевых устройств, полезны не только для управления QoS, но и для выполнения других функций, например защиты трафика. Поэтому централизованная система политики сети обычно базируется на общей справочной службе сети (Directory Service, DS), где традиционно хранятся все учетные данные о пользователях. В последнее время ее назначение расширено для хранения самых разнообразных данных о сети, в том числе и данных о политике QoS, политике безопасности и т. п.

Описанной модели службы QoS соответствует большинство конкретных протоколов поддержки QoS: RSVP, DiffServ сетей TCP/IP, протоколов служб CBR, VBR и ABR сетей АТМ.

Дата добавления: 2015-05-10