Как изменить тип трафика параметры трафика

Параметры трафика

Спецификация
управления трафиком определяет различные
параметры, которые используются для
описания трафика. Совместно с параметрами
качества обслуживания они определяют
категории сервиса. Существуют также и
другие специальные параметры для
описания категории сервиса ABR.
Они обобщенно называются параметрами
обратной связи. В табл. 15.2 приведено
описание основных параметров трафика.

Таблица 15.2. Основные
параметры трафика

Категории сервиса

Исходя
из приведенных выше параметров трафика,
Форум ATM определил пять
категорий сервиса, а именно, передачу:

• с
  постоянной скоростью (служба CBR);

• в
  реальном времени с переменной скоростью
  (служба rtVBR);

• с
  переменной скоростью не в реальном
  времени (служба nrtVBR);

• с
  незаданной заранее скоростью (служба
  UBR);

• с
  доступной скоростью (служба ABR).

В данном случае
понятие категория сервиса имеет более
широкое толкование, чем термин служба.
Например, аудио- и видеоинформация
требуют передачи с постоянной скоростью,
то есть службы CBR. Та же
самая информация, но сжатая при помощи
алгоритма MPEG, требует
передачи с постоянной скоростью или в
реальном времени с переменной скоростью.
Для передачи данных используется любая
из перечисленных выше категорий сервиса
в зависимости от требований конкретных
прикладных программ.

Наибольший
практический интерес представляют
службы CBR и ABR. Это связано с тем, что они
позволяют выделять для каждого соединения
достаточный объем ресурсов. При этом
служба CBR использует гарантированные
ресурсы, а служба ABR функционирует на
оставшихся ресурсах сети. Такая схема
взаимодействия между этими двумя
службами позволяет полностью загрузить
сетевое оборудование.

В
табл. 15.3 показана связь между службами
и характерным для них трафиком. В табл.
15.4 приведены параметры, которые
специфицированы для той или иной
категории сервиса.

Таблица 15.3. Типы
трафика и служб

Таблица 15.4.
Параметры, ассоциированные со службами

Профиль
трафика с постоянной скоростью можно
упрощенно показать на графике, определяющем
зависимость скорости передачи от времени
(рис. 15.3). Скорость такого трафика
очевидным образом предсказуема. Он
является наиболее простым типом, для
которого могут быть гарантированы
необходимые значения параметров качества
обслуживания, а механизм обратной связи
не требуется.

Обе службы VBR
(nrtVBR и rtVBR)
характеризуются двумя скоростями
передачи: пиковой скоростью (PCR),
с которой можно передавать ограниченное
число ячеек (не более заданной величины
MBS), и нормальной скоростью
(SCR), поддерживаемой
неограниченно долго (рис. 15.4). При этом
передача регулируется таким образом,
чтобы средняя скорость не превышала
допустимую. Иными словами, количество
ячеек, входящих в область Б, должно быть
всегда меньше или равно количеству
пустых ячеек (использующихся для
поддержания нормальной скорости),
поставляемых областью А. Обратная связь
здесь также не используется. Основное
различие между передачей с переменной
скоростью в реальном времени (rtVBR) и
передачей не в реальном времени (nrtVBR)
заключается в том, что для первой службы
должны задаваться дополнительные
параметры качества обслуживания.

Служба UBR
не дает никаких гарантий относительно
качества обслуживания или полосы
пропускания. Для ее использования
требуется наличие протокола более
высокого уровня, такого как TCP,
который позволяет обнаруживать и
исправлять ошибки. На этот же протокол
возлагается обязанность регулировки
скорости передачи в зависимости от
количества потерянных пакетов.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

С резким увеличением количества пользователей в сети и появлением трафика разных приложений вопрос о необходимости введения системы управления стал чрезвычайно актуальным.

Система управления трафиком очень похожа на систему управления автомобильным движением в большом городе. Для них обеих типичны практически одни и те же проблемы: это и регулирование потоков, и предоставление приоритета тому или иному транспорту, и наличие нарушителей правил движения. Правила движения для автомобилей стали актуальны после резкого увеличения числа участников движения. Та же ситуация и с управлением трафиком.

И пользователи, и администраторы в равной мере обеспокоены эффективностью создаваемой сетевой инфраструктуры. После долгого планирования, анализа взаимных требований и предложений, выбора стратегического производителя и одобрения проекта руководством главным становится вопрос: насколько удовлетворительной будет работа сети по истечении некоторого времени после ее внедрения?

Больше всего проблем возникает при попытке объединить множество однофункциональных сетей в одну гибкую, многосервисную сеть. Еще трудней добиться того, чтобы созданная сеть сегодня и в обозримом будущем могла решать абсолютно все возникающие проблемы. Специалисты по сетям отдают себе полный отчет в сложности, если не сказать неразрешимости, подобной задачи, поскольку организации меняют свою структуру, рабочие группы формируются и исчезают, производство перепрофилируется и т. д. и т. п. В свою очередь, изменения претерпевают и приложения, ориентированные на работу в сети. Пользовательские рабочие станции начинают предоставлять услуги по обработке сообщений, видеоинформации, телефонии и т. д.

В этой связи многосервисная сеть должна создаваться таким образом, чтобы она могла гарантировать приемлемый уровень обслуживания для каждого приложения. В противном случае пользователи будут высказывать недовольство такой комбинированной сетью и потребуют возвращения к отдельным специализированным сетям.

Как показывает текущее состояние Internet, обработка всего трафика как имеющего одинаковый приоритет может иметь серьезные последствия, особенно при ограниченной пропускной способности. Некоторые сетевые потоки рассчитаны на предсказуемую задержку и высокую пропускную способность. Однако, если они имеют тот же приоритет, что и все остальные потоки, задержка может оказаться непредсказуемой, а пропускная способность — недостаточной из-за того, что другие приложения «злоупотребляют» ресурсами сети. Положение ухудшается и из-за того, что многие новые приложения неэффективно используют сетевые ресурсы, благо современные сети имеют значительную пропускную способность.

Непомерные «аппетиты» обычных приложений требуется ограничить для предоставления «зеленой линии» высокоприоритетным приложениям. Такая технология получила обобщенное название обеспечения качества услуг (Quality of Service, QoS).

Методология обеспечения качества услуг вводит в широкую практику использование методов распределения по категориям и задания приоритетов потокам, благодаря чему трафик с высоким приоритетом получает необходимые сетевые ресурсы в соответствии с запрошенными характеристиками вне зависимости от требований к пропускной способности трафика менее важных приложений.

Однако здесь специалист по сетям сталкивается с вопросом: какую именно технологию обеспечения качества услуг выбрать? Это может быть организация приоритетных очередей в маршрутизаторах, использование протокола RSVP, обращение к возможностям ATM и т. д. Но следует отметить, что качество услуг необходимо далеко не всегда, даже в случае разнотипного трафика. В частности, имеющуюся пропускную способность можно распределить «силовыми» методами — каждому, так сказать, по потребностям.

В данной статье основной упор будет сделан на механизмы обеспечения качества услуг в сетях ATM. Однако сначала мы попытаемся взглянуть на этот вопрос «с высоты птичьего полета», дабы обобщить требования к качеству обслуживания, рассмотреть имеющиеся альтернативные подходы к реализации данных требований, а затем дать общие рекомендации.

КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ В ATM

Технология ATM способна поддерживать различные уровни качества услуг для каждого установленного соединения. Для того чтобы гарантировать заданные характеристики для новых и уже открытых соединений, сеть ATM реализует определенные механизмы контроля и управления потоками, а также предотвращения перегрузок — все вместе они собирательно называются управлением трафиком. Управление трафиком позволяет сети ATM гарантировать определенное качество обслуживания для индивидуальных соединений и защитить уже открытые соединения от снижения их производительности.

Технология ATM позволяет поддерживать работу различных типов приложений, будь то видео, голос, данные или их комбинация, по одной и той же сетевой инфраструктуре. Это очень специфичная особенность, так как требования разных приложений к сетевым ресурсам могут отличаться весьма существенно. Например, приложения электронной почты не налагают никаких ограничений на время доставки сообщений получателю. В таком случае все, что требуется приложению, — это выделение ему минимальной пропускной способности, когда необходимо прислать письма. Другим примером может быть приложение для проведения видеоконференций в реальном времени. Оно требует не только значительной пропускной способности, но также и минимизации времени доставки ячеек с фрагментами видеоизображений до получателя. Кроме того, приложение не будет работать корректно, если ячейки поступают к получателю через нерегулярные интервалы времени. В данном случае к сети предъявляются очень жесткие требования по многим параметрам. Все эти рассуждения говорят о важности проблемы управления трафиком в сети ATM.

Для успешной поддержки различных приложений и качества обслуживания в сети ATM конечным пользователем и сетью должны быть приняты некоторые допущения.

• Сеть ATM имеет возможность открывать новые соединения и предоставлять требуемое ими качество услуг (в зависимости от наличия ресурсов) без негативного влияния на уже открытые соединения. В противном случае запрос на установление нового соединения отклоняется.
• Пользовательское приложение и сеть заключают во время установления соединения некое соглашение по поводу характеристик трафика этого приложения, в том числе относительно максимальной и минимальной скорости передачи ячеек и качества услуг.
• Сеть ATM имеет право отбрасывать ячейки, если из-за них трафик через данное соединение выходит за ранее согласованные параметры. Отбраковка ячеек с соответствующей меткой может быть произведена в любой момент.
• Сеть ATM предоставляет доступ и тем пользователям, кто претендует на использование незадействованных на данный момент сетевых ресурсов. Однако при обнаружении перегрузки либо некоторые ячейки будут отбрасываться, либо пользователь получит запрос с требованием о снижении скорости передачи ячеек в сеть.

Перечисленные допущения формируют базу для реализации технологий и методов, применяемых для управления трафиками в сетях ATM. Цели управления трафиком ATM достаточно просты:

• поддержка разнообразных типов трафика на различных скоростях;
• удовлетворение требований к качеству услуг для каждого соединения;
• оптимизация использования сетевых ресурсов;
• предоставление конечному пользователю необходимой производительности сети.

Управление трафиком как общую систему можно условно разделить на три составляющие:

1. систему составления и заключения соглашения об уровне сервиса между пользователем и сетью по необходимому объему и качеству предоставляемых услуг;

2. систему единого управления потоками ячеек от различных пользователей;

3. систему контроля параметров трафика.

При этом каждая из приведенных составляющих системы управления трафиком может, в свою очередь, состоять из нескольких компонентов, отвечающих за выполнение конкретных функций. Рисунок 1 показывает обобщенную функциональную схему системы управления трафиком.

Рисунок 1. Обобщенная функциональная схема системы управления трафиком.

Контроль за параметрами трафика, состоящий из системы контроля за действиями пользователей и системы контроля за сетью, определяется как совокупность действий сети по предотвращению перегрузок, а контроль за перегрузками — как совокупность мер по уменьшению длительности состояния перегрузки и минимизации его последствий. Выполнение контрольных функций производится в четко определенное время и в четко определенном месте сети. Например, проверка превышения потоком ячеек максимальной скорости OC-3 выполняется на входящем коммутаторе ATM, причем она должна занимать меньше 3 мкс, так как передача одной ячейки со скоростью 155 Мбит/с осуществляется за 2,73 мкс.

Исходя из выделенных основных составляющих системы управления трафиком, основные задачи этой системы можно определить следующим образом.

1. Заключение контракта с сетью относительно характеристик трафика таким образом, чтобы требования приложения были удовлетворены в максимальной степени.

2. Оптимальное выделение и управление ресурсами сети для гарантированного выполнения заключенного контракта.

3. Предотвращение перегрузок.

Обобщая приведенные задачи, мы можем сказать, что вся система управления трафиком направлена на обеспечение работы всех пользователей без наступления перегрузок в сети. Перегрузка определяется как состояние, в котором компоненты сети ATM — будь то коммутаторы, физические каналы связи или конечные станции — не могут обеспечить требуемых характеристик для всех открытых соединений, в результате основные показатели качества услуг начинают резко снижаться. При этом перегрузки могут иметь как локальный, так и глобальный характер, и их причинами могут служить:

• взрывообразное увеличение объемов входного трафика;
• наступление нештатной ситуации на приемной стороне;
• недостаточный объем буферной памяти коммутаторов;
• малая производительность промежуточных устройств;
• различные аварии оборудования.

Вариантов реализации механизмов предотвращения перегрузок существует достаточно много. Одни методы предполагают выделение максимальной пропускной способности для соединений, хотя это может привести к нерациональному использованию сетевых ресурсов. Другие методы полагаются на буферную память коммутаторов, но при этом стоимость и сложность самих коммутаторов значительно повышаются. Третьи вовлекают в свою работу и сеть, и получателя данных для формирования извещений отправителю с просьбой о снижении им скорости отправки ячеек в сеть при превышении заданных пороговых значений. И, естественно, ячейки могут отбрасываться на входе в сеть, если они способны вызвать перегрузку из-за превышения согласованной скорости передачи. Организациями по стандартизации определены основные механизмы (методы) управления трафиком. Эти механизмы описаны в документе ATM Forum Traffic Management 4.0 и в рекомендации I.371 комитета ITU.

Следует отметить, что система управления трафиком должна функционировать на всем пути следования ячеек пользователя. На входе в сеть ATM — для согласования реальных характеристик трафика с контрактом, в середине сети — для сглаживания искажений, вносимых сетевыми устройствами, и на выходе из сети — для восстановления исходного формата трафика.

Можно сказать, что основная цель управления трафиком состоит именно в оптимизации использования сетевых ресурсов, в обеспечении качества услуг для существующих соединений, в предотвращении наступления состояния перегрузки в сети и в ограничении ее последствий. Для выполнения поставленных целей организации по стандартизации определили и описали в своих стандартах механизмы управления трафиком. Некоторые из них просты в реализации и подходят для всех предоставляемых сервисов ATM, а другие более сложны и зависят от конкретного набора сервисных услуг. Основные механизмы управления трафиком таковы:

1. CAC (Connection Admission Control) — контроль за установлением соединения;

2. UPC (Usage Parameter Control)/NPC (Networks Parameter Control) — контроль за использованием пропускной способности сети;

3. Traffic Shaping — формирование трафика;

4. Priority Control — контроль приоритетов;

5. ABR Flow Control — контроль потока ABR;

6. Frame Discard — отбраковка пакетов;

7. Selective Cell Discard — выборочная отбраковка ячеек.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ КОНТРАКТА

Перед рассмотрением основ составления контракта относительно характеристик трафика мы хотели бы сделать небольшое отступление и коснуться соглашений об уровне сервиса (Service Level Agreement, SLA). По сути все они могут рассматриваться как некие контракты, заключаемые между двумя сторонами, согласно которым одна из этих сторон (провайдер услуг, информационный отдел, администратор сети и т. д.) обязуется предоставить другой стороне (организации, рабочей группе, конкретному пользователю и т. д.) определенный уровень сервиса в своей сети. Разница между типами SLA — в перечне количественных и качественных характеристик предоставляемых услуг.

Для сетей frame relay и IP первые SLA были предложены в 1996 году компанией Intermedia Communications. В основе этих соглашений лежали четыре показателя:

1. гарантированная доступность сети;

2. доставка кадров;

3. задержка при передаче;

4. время восстановления сети.

По мере того как все большее число операторов связи стали заключать подобные соглашения, SLA все более уточнялись и распространялись на различные классы услуг.

Для технологии ATM аналогом SLA может служить трафик-контракт, свой для каждого виртуального соединения. Выполнение трафик-контракта контролируется интерфейсом UNI, а его содержание определяется, в основном, следующими пунктами:

• ожидаемый от сети уровень качества услуг;
• параметры трафика, т. е. характеристики потока ячеек;
• контрольные правила и инструкции по интерпретации параметров трафика.

Трафик-контракт пользователя определяется набором параметров качества услуг. В общем случае трафик-контракт должен содержать соглашения по следующим пунктам.

• Параметры потока ячеек отправителя в зависимости от услуг.
• Предоставляемое сетью качество услуг.
• Правила проверки соответствия реальных параметров трафика заявленным.
• Определение типа соединения, предоставляемого для транспортировки трафика.

Форум ATM определил три основных параметра качества услуг, которые должны согласовываться сетевыми устройствами при установлении соединения: задержка при передаче ячеек (Cell-Transfer Delay, CTD), вариация задержки (Cell-Delay Variation, CDV) и процент потерянных ячеек (Cell-Loss Ratio, CLR) (см. Рисунок 2).

Рисунок 2. Параметры качества обслуживания в сети ATM.

Параметр CTD характеризует максимальную задержку в сети при передаче ячеек от отправителя к получателю. Конкретная задержка складывается из задержек при передаче по линии связи между устройствами и задержек на каждом из промежуточных коммутаторов в ATM.

Параметр CDV определяется разницей во времени между максимальной и минимальной задержкой при доставке ячеек от отправителя к получателю. Вариация задержки зависит от процедуры мультиплексирования в один физический канал связи потоков ячеек, принадлежащих множеству виртуальных соединений, и непостоянства задержки, вносимой очередями коммутаторов ATM.

Параметр CLR определяется отношением числа потерянных ячеек к общему числу переданных ячеек. Данный параметр зависит от физического канала связи и алгоритмов управления перегрузками, применяемых в коммутаторах ATM.

Для примера мы покажем степень влияния параметров качества услуг на различные типы сетевого трафика в сети ATM (Таблица 1).

Передача речи характеризуется значительной чувствительностью к величине задержки. Это связано с тем, что возникновение даже небольших задержек в сети требует применения специальных методов подавления эха. Большие задержки приводят к полной непригодности системы из-за невозможности понимания абонентами речи друг друга. Вариация задержки также оказывает значительное влияние на голосовой трафик. Увеличение размеров буферов в такой системе приводит к росту задержки в сети. Процент потерянных ячеек при таком виде трафика не столь существенен, так как потерянные ячейки повторно отправителем не передаются, хотя данное обстоятельство и приводит к ухудшению качества связи. Влияние этих трех параметров на трафик приложений для видеоконференций аналогично.

Трафик приложений доставки видео по требованию характеризуется меньшей чувствительностью к величине задержки, так как отправитель должен иметь возможность реагировать на команды удаленного управления. Следует отметить, что и в этом случае уменьшение вариации задержки приводит только к положительным результатам. Как и в первых трех случаях, процент потерянных ячеек оказывает малое влияние на данный вид трафика.

Особое место занимает трафик, генерируемый при передаче больших объемов данных. При этом величина задержки практически не имеет значения по причине нерегулярного характера трафика и наличия больших временных окон для организации повторной передачи. Вариация задержки сглаживается наличием большой буферной памяти у получателя данных. Зато большое значение имеет процент потерянных ячеек: большие пакеты данных не могут целиком поместиться в одну ячейку ATM, поэтому они разбиваются на отдельные фрагменты, которые затем упаковываются в ячейки. Отсюда следует, что потеря в сети хотя бы одной ячейки приводит к тому, что данные на приемной стороне не смогут быть восстановлены.

ПАРАМЕТРЫ ТРАФИКА

Спецификация управления трафиком определяет различные параметры, которые используются для описания характера трафика. Совместно с параметрами качества услуг они определяют категории сервиса. (Такая категория сервиса, как ABR, описывается с помощью ряда специальных параметров. Они обобщенно называются параметрами обратной связи.) Таблица 2 содержит описание основных параметров трафика.

КАТЕГОРИИ СЕРВИСА В СЕТЯХ ATM

Исходя из приведенных выше параметров трафика и параметров качества услуг, Форум ATM определил пять категорий сервиса: передачу с постоянной скоростью (служба CBR — Constant Bit Rate), передачу с переменной скоростью в реальном времени (служба rtVBR — real-time Variable Bit Rate), передачу с переменной скоростью не в реальном времени (служба nrtVBR — non-real-time Variable Bit Rate), передачу с не заданной заранее (неопределенной) скоростью (служба UBR — Unspecified Bit Rate) и передачу с доступной скоростью (служба ABR — Available Bit Rate).

Наибольший практический интерес представляют службы CBR и ABR, так как они позволяют выделять для каждого виртуального соединения достаточный объем сетевых ресурсов. При этом служба CBR использует для своей работы гарантированные ресурсы, а служба ABR задействует оставшиеся невостребованные ресурсы сети. Такое взаимоотношение между двумя службами позволяет полностью загружать сетевое оборудование.

Таблица 3 показывает, какие службы АТМ для передачи какого трафика предназначены, а Таблица 4 — какие параметры трафика и качества обслуживания определены для каждой службы.

Профиль трафика с постоянной скоростью можно упрощенно изобразить на графике, определяющем зависимость скорости передачи от времени (см. Рисунок 3). Ввиду того, что скорость такого трафика предсказуема, он является наиболее простым типом трафика с точки зрения гарантии необходимых значений параметров качества обслуживания, причем механизма обратной связи ему не требуется.

Рисунок 3. Профиль трафика CBR.

Оба варианта служб VBR (nrtVBR и rtVBR) характеризуются двумя скоростями передачи: пиковой скоростью (PCR), с которой отправитель может передавать ограниченное число ячеек (но не более заданной величины MBS), и нормальной скоростью (SCR), с которой ячейки могут передаваться неограниченно долго (см. Рисунок 4). При этом передача данных регулируется таким образом, чтобы средняя скорость не превышала допустимую. Иными словами, количество ячеек в области Б должно быть всегда меньше или равно количеству пустых ячеек (служащих для поддержания нормальной скорости) в области А. Обратная связь здесь также не используется. Основное различие между передачей с переменной скоростью в реальном времени (rtVBR) и передачей не в реальном времени (nrtVBR) заключается в том, что для первой службы должны задаваться дополнительные параметры качества услуг.

Рисунок 4. Профиль трафика VBR.

Служба UBR не предоставляет гарантий относительно качества услуг или пропускной способности. Использование этой службы предполагает наличие протокола более высокого уровня, например такого, как ТСР, чтобы он мог обнаружить и исправить ошибки при передаче. Кроме того, TCP позволяет регулировать скорость передачи в зависимости от количества потерянных пакетов.

Текущая версия пользовательского интерфейса UNI 3.0/3.1 дает возможность приложениям запрашивать определенную категорию сервиса во время установления виртуального соединения. Для его успешной работы приложению необходимо указать желаемые характеристики трафика во время запроса определенной категории. К их числу относятся: пиковая и средняя скорости передачи ячеек, терпимость приложения к переменной задержке и т. д. Категории сервиса, которые устанавливаются административно, определяют конкретные значения качества услуг и параметров трафика. При этом сеть будет игнорировать любой запрос на установление соединения, если запрашиваемое качество услуг не может быть поддержано. Приложение может повторить свой запрос позже, с указанием тех же самых или иных параметров качества услуг. Следует отметить, что после установления соединения согласованные параметры не могут быть изменены.

Новая версия пользовательского интерфейса ATM — UNI 4.0 — предоставляет пользователям возможность указывать конкретные значения параметров качества услуг в рамках, определенных для каждой категории сервиса. Отличие состоит в том, что приложение уже не ограничено предопределенными сетевым администратором параметрами качества услуг. Такое решение, помимо всего прочего, призвано сгладить проблемы совместимости между различными провайдерами услуг ATM, так как администраторам разных сетей не потребуется заранее согласовывать параметры качества услуг; данная задача будет возлагаться на конкретные приложения.

СВЯЗЬ МЕХАНИЗМОВ УПРАВЛЕНИЯ ТРАФИКОМ В ТЕХНОЛОГИИ ATM

Систему единого управления потоками ячеек можно представить в более уточненном, хотя и не полном, виде (см. Рисунок 5).

Рисунок 5. Система управления потоками ячеек.

Контроль за установлением соединения (CAC) реализует процедуру доступа в сеть и определяет саму возможность установления запрошенного соединения. Данный механизм использует параметры, указанные в трафик-контракте. Если ресурсов достаточно и запрошенное качество услуг может быть предоставлено, а качество услуг других соединений не пострадает, то сеть разрешает установить соединение. Если любое из перечисленных условий не выполняется, то запрос на соединение отклоняется. Контроль за установлением соединения осуществляется на каждом коммутаторе в пути от отправителя к получателю. Рисунок 6 иллюстрирует общую схему функционирования описанного механизма.

Рисунок 6. Схема функционирования механизма CAC.

Таблица 5 показывает пример возможной реализации механизма контроля за установлением соединения. Третья колонка содержит добавочную пропускную способность, выделенную службе для гарантирования параметров качества услуг. Эта пропускная способность не будет использоваться службой, так как среднее количество посылаемых ячеек будет всегда меньше, чем выделенная пропускная способность.

Контроль за расходованием пропускной способности сети (UPC) определяется как набор выполняемых сетью действий по мониторингу и контролю за трафиком. Данный механизм проверяет корректность VPI/VCI, обеспечивает контроль за согласованным трафик-контрактом и, если это необходимо, осуществляет маркировку или отбраковку любых ячеек, передача которых может привести к нарушению достигнутых соглашений. Иными словами, UPC реализует проверку соответствия параметров поступившего трафика оговоренным в трафик-контракте параметрам. Функционально механизм контроля за использованием пропускной способности обычно реализуется первым коммутатором на входе в сеть с помощью одного или двух алгоритмов под названием «дырявое ведро» (Leaky Bucket) (алгоритм описан в рекомендации I.371 комитета ITU). Такое название он получил потому, что принцип действия алгоритма демонстрируется на примере ведра с отверстием в днище фиксированного размера. Ячейки попадают в это ведро, а затем «протекают» в сеть. При переполнении ведра избыточные ячейки маркируются как подлежащие удалению.

Тест на определение соответствия запускается каждый раз, когда ячейка поступает в сеть. Если ячейка не приводит к превышению заданных параметров, то она передается дальше; в противном случае ячейка либо отбрасывается до поступления в сеть, либо надлежащим образом помечается (с помощью бита CLP в заголовке).

Для организации тестирования на соответствие алгоритм «дырявого ведра» использует комбинации параметров качества услуг и основных параметров трафика. Следует отметить, что серия тестов может быть реализована с помощью одного или более «дырявых ведер», имеющих различные параметры. Количество «дырявых ведер» зависит от типа трафика и «жесткости» заключенного договора. Например, при проверке трафика для соединений с постоянной скоростью передачи коммутатору достаточно одного «дырявого ведра», в то время как для соединений с переменной скоростью ему потребуется два.

Механизм NPC предназначен для проверки параметров контроля потока ячеек через интерфейс NNI, иными словами, через интерфейс между сетями. При этом им используются те же методы, что и в UPC.

Содержание

Введение

Развитие сетей передачи данных влечёт за собой рост объёма передаваемого трафика, что требует использования политики качества обслуживания. Внедрение политики позволит классифицировать сетевой трафик и распределять сетевые ресурсы между классами трафика.

Терминология

• QoS (Quality of Service — качество обслуживания) — технология, позволяющая выполнить классификацию потока данных и
• Политика QoS — документ, описывающий принципы классификации потоков трафика и требования к ресурсам для каждого из классов.
• Сервис — , на конечных узлах, выполняющие обмен данными между узлами. Данные, относящиеся к одному сервису, отличаются уникальным набором значений служебных полей и структурой сетевых пакетов. Примерами сервисов являются IP-телефония, web и видеонаблюдение.
• Зона ответственности — сегмент сети, за эффективное функционирование которого отвечает определённый субъект. В качестве субъекта может выступать как конкретный человек, так и организация.
• DS-домен (Differentiated Services домен — домен диффиренцированных сервисов) — логическая область, в которой применяются единые трафика, определяемые политикой QoS. Обычно DS-домен совпадает с зоной ответственности.
• CIR (Committed Information Rate) —
• MIR (Maximum Information Rate) — максимальная пропускная способность. В случае выполнения CIR, сервисам могут быть предоставлены дополнительные ресурсы. Дополнительные ресурсы не могут превысить порог MIR и их выделение не гарантировано.

Схема распространения пакетов

В передачи данных трафик распространяется от узла-отправителя к узлу-получателю через каналы связи и промежуточные устройства. В общем случае пакет данных обрабатывается каждым из промежуточных устройств независимо. Рассмотрим пример обработки пакета данных промежуточным сетевым устройством (рис. 1):

1. формирует пакет данныедаёт его в Среду-2. Пакет данных инкапсулируется в кадр канального протокола, используемого в Среде-2.
2. распространяется в Среде-2. Для этого кадр преобразовывается в модулированный сигнал, соответствующий физическим свойствам среды. Сигналы, используемые в проводных и беспроводных среда, будут отличаться, что повлияет на эффекты их распространения и сценарии использования.
3. Сигнал поступает на входящий интерфейс устройства, , лученный кадр данных проверяется на целостность: если кадр повреждён, то он отбрасывается.
4. . Кадр может быть адресован Сетевому устройству, в этом случае он передаётся на обработку внутренним процессам. Кадр может быть адресован другому узлу и, в этом случае, возможны два варианта развития событий: кадр должен быть передан далее через исходящий интерфейс, либо (если Среда-2 является общей средой, то все передаваемые сигна будут приняты всеми устройствами, подключенными к среде. В соответствии с логикой протоколов канального уровня, если в заголовке кадра в качестве получателя указан адрес, не принадлежащий устройству, то устройство должно его отбросить).
5. Если кадр должен быть обработан и передан другому узлу, то кадр поступает в очередь сообщений. Очередь сообщений представляет собой набор буферов, в которые помещаются данные, принятые входящими интерфейсами. Число и объём буферов памяти, в которых хранится очередь сообщений, не стандартизованы и зависит от производителя оборудования. Например, в устройствах  2×2 выделено 32 очереди, 17 из которых доступны пользователю для настройки.
6. Кадр данных проходит через очередь сообщений, в которую он был помещен, и поступает в исходящий интерфейс.
7. Поскольку очереди сообщений являются связующим звеном между наборами входящих и исходящих интерфейсов, то в устройстве должен быть выделен контроллер, который выполняет заполнение очередей входящими данными и выборку из очередей для передачи исходящим интерфейсам. Как правило, эти функции выполняет центральный процессор (ЦП). Как будет показано далее, заполнение и выборка очередей может выполняться неравномерно и зависеть от классификации потоков данных.
8. Исходящий интерфейс формирует модулированный сигнал и передаёт его в , являющийся получателем исходного пакета данных.
9. Узел-5 принимает сигнал, демодулирует его и обрабатывает полученный кадр данных.

Следует отметить, что в большинстве современных сетевых устройств являются комбинированными и могут выступать как в роли входящих, так и в роли исходящих.

Сетевое устройство может быть промежуточным для нескольких пар узлов, каждая из которых может передавать данные нескольких сервисов (рис. 2а). Рассмотрим схему, в которой Сетевое устройство является промежуточным для трафика пар узлов Узел-1 — Узел-4, Узел-2 — Узел-5 и Узел-3 — Узел-6ервая пара передаёт данные трёх сервисов, вторая — двух, третья — одного. В общем случае, при отсутствии настроек QoS, данные всех сервисов попадают в общую очередь в порядке поступления их на Сетевое устройство и в этом же порядке будут из очереди переданы на исходящие интерфейсы.

При настроенном Qo можно классифицировать каждый из входящих потоков трафика, напримо его тип сопоставить каждому классу очередь (рис. 2б). Каждой из очередей пакетов может быть назначен свой приоритет, который будет учитываться при извлечении пакетов из очередей сообщений, что позволит гарантировать показатели качества. Классификация потоков трафика может быть выполнена не на основании используемых сервисов, а по другим критериям. Например, каждой паре пользователей может быть выделена отдельная очередь сообщений (рис. 2в).

Следует иметь в виду, что на пути данных от источника до получателя может быть расположено несколько промежуточных сетевых устройств, очереди сообщений на которых независимы друг от друга, т.е. эффективное внедрение политики QoS потребует конфигурации всех сетевых узлов.

Метрики качества

предыдущего раздела

• Пропускная способность каналов связи и сетевых устройств является конечной.
• Время доставки данных от источника к получателю является ненулевым.
• Канал связи представляет из себя среду с набором физических параметров, которые определяют эффекты при распространении сигнала.
• Программная и аппаратная архитектура сетевого устройства могут оказывать влияние на распространение данных.

Выделяют три основные метрики качества:

• Потери.
• Задержка.
• Джиттер.

Подробно рассмотрим метрики на примере: Узел-2 передаёт три пакета данных Узлу-5, источник и получателя данных соединяет промежуточное Сетевое устройство, пакеты передаются в рамках одного сервиса, т.е. их ключевые служебные поля совпадают.

Потери

При потока данных, часть из них могут быть не приняты, либо приняты с ошибками. В этом случае можно говорить о потери данных, которые измеряются как отношение . В примере (рис. 3) Узел-2 передаёт пакеты с идентификаторами 1,2 и 3, однако Узел-5 принимает только пакеты 1 и 3, т.е. пакет с идентификатором 2 потерян. Существуют сетевые механизмы, позволяющие выполнить повторную передачу потерянных данных. Например, к таким механизмам можно отнести протоколы TCP и ARQ.

Причины потери данных можно выделить в следующие группы:

• Потери в среде: потери, связанные с распространением сигнала в физической среде. Например, кадр будет потерян, если уровень полезного сигнала ниже чувствительности приёмника. интерфейсов подключения к среде или импульсные наводки, возникающие из-за некачественного заземления.
• Потери в интерфейсе: потери, связанные с обработкой очереди сообщений на интерфейсе. У каждого из интерфейсов существует буфер памяти, который может быть полностью заполнен при интенсивном потоке данных. В этом случае все последующие данные, поступающие в интерфейс, будут отброшены, т.к. не могут быть помещены в буфер.
• Потери в устройстве: данные, отброшенные в соответствии с логикой конфигурации сетевого устройства. В случае, если очереди сообщений будут переполнены, то входящие данные не смогут быть добавлены в очередь обработкетевое устройство их отбросит. Также, к этим потерям можно отнести пакеты данных, отфильтрованные списками доступа и файрволом.

Величина потерь влияет на две метрики, которые не относят к основным: пропускная способность и пакетная производительность.

способность

Одной из основных метрик, используемых на практике, является пропускная способность, величина которой зависит от потерь. Пропускная способность определяется физическими возможностями канала связи и возможностью обработки потока данных промежуточными сетевыми устройствами. Пропускная способность канала связи определяется как максимальный объём данных, который может быть предан от источника к получателю в единицу времени.

Параметром,  на пропускную способность и состояние очередей сообщений является пакетная производительность устройства. Под пакетной производительностью понимается максимальное число пакетов данных заданной длины, которое устройство способно передать в единицу времени.

Пропускная способность, получаемая на практике, зависит как от пакетной производительности, так и от характеристик интерфейса, поэтому на этапе сети следует обращать внимание на согласованность этих параметров, чтобы ни одно из них не стало «бутылочным горлышком» канала связи

Задержка

Под задержкой понимается время передачи пакета данных от источника до получателя. Величина задержки складывается из следующих компонентов:

• Время распространения сигнала в среде: зависит от физических характеристик среды, но, в любом случае, является ненулевым.
• Время сериализации: преобразование входящими/исходящими интерфейсами битового потока в сигнал и обратно не является мгновенным и требует аппаратных ресурсов сетевого устройства.
• Время обработки: время, которое пакет данных находится в устройстве. Это время зависит от состояния очередей сообщений, т.к. пакет данных будет обработан только после обработки пак, помещённых в эту очередь ранее.

При измерениях задержки часто используется понятие круговой задержки (RTT), т.е. времени распространения пакета данных от источника к получателю и обратно. Такое значение, например, используется при выводе результатов команды ping. Состояние промежуточных сетевых устройств при обработке прямого и обратного пакета данных может отличаться, поэтому в общем случае круговая задержка не равна двум односторонним задержкам.

Джиттер

Загрузка ЦП и состояние очередей сообщений на промежуточных сетевых устройствах постоянно меняются, поэтому задержка при распространении пакетов данных может изменяться. В примере (рис. 6) время распространения пакетов с идентификаторами 1 и 2 отличаются. Разница между максимальным и средним значениями задержки называется джиттером.

В сетевой инфраструктуре с избыточностью каналов связи данные между источником и получателем могут быть переданы различными путями, что, также, приведёт к появлению джиттера. В частном случае, разница между задержками в каналах связи может оказаться настолько большой, что порядок переданных пакетов данных изменится на приёмной стороне (рис. 7). В примере пакеты с идентификаторами были приняты в разном порядке.

Влияние эффекта зависит от характеристик сервиса и возможностей восстановления исходной последовательности протоколами высших уровней сетевого взаимодействия. Например, если трафик различных сервисов будет передан разными путями, то это не повлияет на неупорядоченность принятых данных.

Каждый из сервисов передачи данных имеет набор требований к показателям качества. Документ RFC 4594 предусматривает следующие в

Методы обеспечения QoS

Передача трафика различных сервисов реализована на единой сетевой инфраструктуре, которая имеет ограниченные ресурсы, поэтому должны быть предусмотрены механизмы по распределению ресурсов между сервисами.

Рассмотрим пример (рис. 8), в котором Узел-2 генерирует трафик нескольких сервисов с суммарной скоростью 1 Гбит/с, Среда-2 позволяет передать этот поток данных промежуточному сетевому устройству, однако максимальная пропускная способность канала связи сетевого устройства и Узла-5 равна 500 Мбит/с. Очевидно, что поток данных не может быть обработан полностью и часть этого потока должна быть отфильтрована. Задача QoS сделать эту фильтрацию управляемой, обеспечив конечным сервисам требуемые значения метрик. Разумеется, не получится обеспечить требуемые показатели для всех сервисов, т.к. пропускные способности каналов связи не , поэтому в рамках реализации политики QoS трафик критичных сервисов должен обрабатываться в первую очередь.

Рассмотренный пример позволяет сформулировать два основных метода, используемых при реализации политики QoS:

• Приоритизация: распределение данных по очередям сообщений и приоритетная выборка пакетов из очередей. В этом случае сначала обр а потом — трафик, для которого значение задержки не критично.
• Ограничение пропускной способности: ограничение пропускной способности для потоков трафика. Весь трафик, превышающий установленный порог пропускной способноудет отброшен.

Рассмотрим пример, выше, добавив в схему распространения данных второе промежуточное сетевое устройство (рис. 9а). Схема распространения пакетов описывается следующими этапами:

• Этап 1:
  • Узел-1 и Узел-2 формируют пакеты двух сервисов: телефонии и почты. Трафик телефонии, в от данных почтового сервиса, чувствителен к задерж и джиттеру (см. ), поэтому должен быть обработан промежуточными устройствами в первую очередь.
  • Сетевое устройство-1 принимает пакеты Узла-1 и Узла-2.
• Этап 2:
  • На Сетевом устройстве-1 настроена приоритизация трафика, которая заключается в том, что устройство классифицирует входящий трафик и помещает пакеты данных в различные очереди сообщений. Весь трафик телефонии будет помещён в очередь . Таким образом, приоритет очереди 0 выше, чем очереди 16.
  • Освобождение очередей сообщений и передача данных исходящим интерфейсам осуществляются в соответствии с приоритетами очередей, т.е. сначала будет опустошена очередь 0, а затем — очередь 16.
• Этап 3:
  • Сетевое устройство-1 отправляет данные в Среду-7, связанную с Сетевым устройством-2. Последовательность пакетов данных соответствует метрикам качества — в первую очередь в среду переданы данные телефонии, а затем — почтового сервиса.
  • Узел-3 подключен к Сетевому устройству-2 и формирует поток данных почтового сервиса.
• Этап 4:
  • На Сетевом устройстве-2 отсутствуют настройки приоритизации, поэтому весь входящий трафик будет помещён в очередь сообщений 16. Отправка данных из очередей будет соответствовать последовательности их приёма, т.е. трафик телефонии будет обработан наравне в трафиком почтового сервиса, несмотря на требования к значениям метрик качества.
  • Сетевое устройство-2 вносит задержку во время распространения трафика телефонии.
• Этап 5:
  • Данные отправляются конечным узлам. Время распространения пакетов телефонии было увеличено за счёт обработки трафика почтового сервиса Узла-3.

Каждое из промежуточных сетевых устройств, на котором отсутствуют настройки приоритизации трафика, будет задерживать распространение данных, при этом величина вносимой задержки будет . Таким образом, большое число промежуточных устройств сделает невозможным работу сервисов реального времени из-за недостижимости качественных метрик, т.е. настройка приоритизации трафика должна быть выполнена на всём пути распространения трафика в сети (рис. 9б).

Следует иметь в виду, что реализация политик QoS является одним из компонентов по обеспечению метрик качества. Для получения максимального эффенфигурация QoS должна быть синхронизирована с другими настройками. Например, использование технологии TDMA вместо Polling на устройствах семейств InfiLINK 2×2 и InfiMAN 2×2 позволяет снизить джиттер, стабилизировав значение задержки (см. TDMA и Polling: особенности применения в беспроводных сетях).

Механизмы приоритизации трафика

С точки зрения возможности управления путь распространения трафика в сети может быть описан двумя концепциями (рис. 10а,б):

• Белый ящик: все сетевые устройства на пути данных находятся в одной зоне ответственности. В этом случае, конфигурация QoS на устройствах может быть согласована, что соответствует требованию, описанному в разделе выше.
• Черный ящик: часть сетевых устройств на пути данных находятся в чужой зоне ответственности. Правила классификации входящих данных и алгоритм выборки сообщений из очередей настраивается на каждом устройстве индивидуально. Это обусловлено тем, что реализация архитектуры очередей сообщений зависит от производителя оборудования, поэтому отсутствует гарантия корректной конфигурации QoS на устройствах в чужой зоне ответственности, и как следствие, отсутствует гарантия выполнения качественных метрик.

Одним из решений описанной проблемы для сетевой структуры «черный ящик» является маркировка заголовков пакетов: приоритет, требуемый для обработки пакета, устанавливается в одном из полей заголовка и сохраняется на протяжении всего пути. В этом случае все промежуточные устройства могут помещать входящие данные в очередь сообщений в соответствии со значениями полей, где указан приоритет. Это потребует разработки стандартных протоколов и их реализации производителями оборудования.

Следует отметить, что в общем случае оборудование, находящееся в чужой зоне ответственности, не поддерживает приоритизацию данных в соответствии со значениями приоритета в служебных заголовков. Согласование приоритизации трафика на стыке зон ответственности должно быть выполнено на административном уровне.

Для установки приоритета обслуживания пакета могут использоваться служебные поля различных сетевых протоколов. В рамках данной статьи подробно рассмотрим использование заголовков протоколов Ethernet и IPv4.

Приоритизация в Ethernet (802.1p)

Заголовок кадров Ethernet включает в себя служебное поле «User Priority», которое предназначено для приоритизации кадров данных. Поле имеет размер 3 бита, что позволяет выделить 8 классов трафика: 0 класс — наименьший приоритет, 7 класс — наибольший приоритет. Следует иметь в виду, что поле «User Priority» присутствует только в кадрах 802.1q, т.е. тэгированных одной из меток VLAN.

Приоритизация в IP

Протокол IP включает в себя развития служебного поля, отвечающего за приоритизацию пакетов:

1. В заголовке IP-пакетрисутствовало поле ToS (Type of Service — тип сервиса) размером 8 бит (см. RFC 791). ToS включал в себя следующие поля (рис. 12а):
   1. Precedence: значение приоритета.
   2. Delay: бит минимизации задержки.
   3. Thorughput: бит максимизации пропускной способности.
   4. Reliability: бит максимизации надёжности.
   5. 2 бита, которых 0.
2. Для приоритизации пакетов по-прежнему использовались 8 битов, однако ToS теперь включал в себя следующие поля (см. RFC 1349):
   1. Delay.
   2. Throughput.
   3. Reliability.
   4. Cost: бит минимизации метрики стоимости (используется 1 бит, значение которого ранее было нулевым).
3. Структура заголовка IP была изменена (см. RFC 2474). 8 бит, используемые ранее для приоритизации, были распределены следующим образом (рис. 12б):
   1. DSCP (Differentiated Services Code Point — код дифференцированной услуги): приоритет  пакета.
   2. 2 бита зарезервировано.

Таким образом, ToS позволяет выделить 8 классов трафика: 0 — наименьший приоритет, 7 — наивысший приоритет, а DSCP — 64 класса: 0 — наименьший приоритет, 63 — наивысший приоритет.

Установка приоритета

Множество конечных узлов в сети не поддерживают операции по установке и удалению приоритетов в служебных заголовках, поэтому эта функциональность должна быть реализована в промежуточных сетевых устройствах

Рассмотрим пример распространения данных от Узла-1 к Узлу-2 через DS-домен и стороннюю сеть оператора связи (рис. 13а-в). DS-домен включает в себя три устройства, два из которых являются для домена , а одно — промежуточным. Рассмотрим этапы обработки данных в сети на примере передачи кадра Ethernet (основные принципы, рассмотренные в примере, применимы для IP-пакета или другого протокола, поддерживающего приоритизацию данных):

• Этап 1: Узел-1 формирует для Узла-2. Поле для установки приоритета кадра в заголовке отсутствует (рис. 13а).
• Этап 2: Пограничное устройство-1 меняет заголовок Ethernet, устанавливая в поле приоритета значение 1. На пограничных устройствах должны быть настроены правила для выборки трафика Узла-1 из общего потока, для того, чтобы необходимый приоритет был установлен только этим кадрам. В сетях с большим числом потоков трафика список правил на пограничных устройствах может быть объёмным. Пограничное сетевое устройство-1 обрабатывает кадр в соответствии с установленным приоритетом, помещая его в соответствующую очередь сообщений. Кадр передаётся на исходящий интерфейс и отправляется в сторону Промежуточного сетевого устройства-2 (рис. 13а).
• Этап 3: Промежуточное сетевое устройство-2 принимает кадр Ethernet, в котором установлен приоритет 1, и помещает его в соответствующую очередь сообщений. Устройство не выполняет манипуляций по установке/удалению приоритета в заголовке кадра. Кадр передаётся в сторону Пограничного сетевого устройства-3 (рис. 13а).
• Этап 4: Пограничное сетевое устройство-3 обрабатывает входящий кадр аналогично Промежуточному устройству (см. Этап 3) и передаёт его в сторону Сети оператора связи(рис. 13а).
  • Этап 4б: в случае, если существует договорённость о том, что трафик будет передан через Сеть оператора связи с приоритетом, отличным от 1, то Пограничное устройство-3 должно выполнить приоритета. В рассматриваемом примере, устройства меняет значение приоритета с 1 на 6 (рис. 13б).
• Этап 5: при распространении кадра через Сеть оператора связи устройства руководствуются значением приоритета в заголовке Ethernet (рис. 13а).
• Этап 6: пограничное устройство в Сети оператора связи удаляет поле приоритета из заголовка Ethernet и передаёт его в направлении Узла-2 (рис. 13а-в).

Реализация очередей в устройствах Инфинет

Процесс анализа устройством приоритета в служебных заголовках и обработка данных в соответствии с этими приоритетами по следующим причинам:

• поддерживают автоматическое распознавание приоритетов в соответствии с разными протоколами. Напримстройства семейства InfiLINK XG поддерживают распознавание приоритетов 802.1p и не распознаёт значения приоритетов DSCP.
• Устройства, являющиеся пограничными для DS-домена, позволяют использовать разный набор критериев для классификации трафика. Например, устройства InfiMAN 2×2 позволяют установить приоритет, выбрав весь TCP-трафик, направленный на порт 23, устройства семейства Vector 5 — нет.
• Для того, чтобы установить соответствие между приоритетом в служебном заголовке данных и внутренней очередью устройства, должна быть использована таблица соответствия.

Данные внутренней архитектуре очередей, возможностях управления приоритетами данных и соответствия между протокольными и внутренними значениями приоритетов приведены в таблицах ниже.

Следует отметить архитектурную особенность организации очередей в устройствах Инфинет: все очереди делят между собой единый буфер памяти. В случае, если весь трафик попадает в одну очередь, то её размер будет соответствовать размеру буфера, а если очередей будет несколько, то размер буфера памяти будет равномерно поделен между ними.

Диспетчеризация очередей

Приоритизация сообщений подразумевает под собой использование нескольких очередей сообщений, содержимое которых должны быть передано исходящим интерфейсам через единую шину сообщений. Устройства Инфинет поддерживают механизма передачи сообщений из очередей в шину: строгая и взвешенная диспетчеризация.

Строгая диспетчеризация

Механизм строгой приоритизации подразумевает последовательное опустошение очередей в соответствии со значениями приоритета. Отправка сообщений с приоритетом 2 будет выполнена только после того, как в шину будут переданы все сообщения с приоритетом 1 (рис. 14). После того, как будут отправлены сообщения с приоритетами 1 и 2, устройство начнёт отправку сообщений с приоритетом 3.

Данный механизм имеет явный недостаток: низкоприоритетному трафику не будут выделяться ресурсы, если есть сообщения в более приоритетных очередях, что приведёт к полной недоступности некоторых сетевых сервисов.

Взвешенная диспетчеризация

. Взвешенная диспетчеризация подразумевает распределение ресурсов между всеми очередями сообщений в соответствии с весовыми коэффициентами, которые соответствуют значениям приоритета. В случае трёх очередей сообщений (рис. 15), весовые коэффициенты могут быть распределены следующим образом:

• очередь сообщений 1: вес = 3;
• очередь сообщений 2: вес = 2;
• очередь сообщений 3:

При использовании взвешенной диспетчеризации каждая из очередей сообщений получит ресурсы, т.е. не возникнет ситуации с полной недоступностью одного из сетевых сервисов.

Рекомендации по приоритизации трафика

Можно сформулировать набор универсальных рекомендаций по конфигурации механизмов приоритизации трафика:

• Необходимо скрупулезно отнестись к разработке политики QoS. описывать трафик всех сервисов, используемых в сет предусматривать строгое соответствие сервиса и класса трафика.
• Политика QoS учитывать технические возможности устройств по распознаванию и манипуляции со значениями служебных полей, в которых указывается приоритет данных.
• На пограничных устройствах DS-домена должны быть настроены правила классификации потоков трафика.
• На промежуточных устройствах DS-домена должна быть активирована функция автоматического распознавания приоритетов трафика.

Механизмы ограничения пропускной способности

Распределение ресурсов сети между потоками трафика может быть выполнено не только за счёт приоритизации, но и с помощью механизма ограничения пропускной способности. В этом случае, скорость передачи данных потока не может превысить пороговый уровень, установленный администратором сети.

Принцип ограничения скорости в устройствах Инфинет

Принцип ограничения скорости заключается в постоянном измерении интенсивности потока данных и, в случае, если значение интенсивности превышает установленный порог, срабатывает ограничение (рис. 16а,б). Для ограничения пропускной способности в устройствах Инфинет используется алгоритм Token Bucket, заключающийся в том, что все пакеты данных сверх порога пропускной способности отбрасываются. В результате образуются потери, описанные выше.

Алгоритм Token Bucket

Для каждого правила ограничения скорости формируется логический буфер, содержащий объём разрешённых для передачи данных. Как правило, размер этого буфера больше, чем размер ограничений. Каждую единицу времени такому буферу выделяется размер данных, равный установленному порогу ограничения скорости.

В рассматриваемом примере ( 1) ограничение скорости составляет 3 единицы данных, размер буфера — 12 единиц данных. Буфер постоянно пополняется в соответствии с установленным порогом, однако не может быть заполнен больше собственного объёма.

Обработка данных, поступивших на входящий интерфейс устройства, будет выполнена только в том случае, если буфер содержит ресурсы для их обработки (видеоролик 2). Таким образом прохождение данных опустошает буфер ресурсов. Если в момент прихода данных буфер будет пуст, то данные будут отброшены.

Следует понимать, что процессы выделения ресурсов буферу ограничения скорости и обработки данных выполняются одновременно (видеоролик 3).

Интенсивность потоков данных в пакетных сетях непостоянна, что позволяет проявить одно из достоинств алгоритма Token Bucket. Интервалы времени, в которые не передаются данные, позволяют выполнить накопление ресурсов в буфере, а затем обработать объём данных, превышающий порог ограничения. Импульсным потокам данных, например web-трафик, будет выделена широкая полоса, позволяющая выполнить быструю загрузку web-страниц, повысив уровень комфорта конечного пользователя.

Несмотря на описанное преимущество алгоритма Token Bucket, средняя пропускная способность будет соответствовать установленному порогу, т.к. на длительных интервалах времени объём ресурсов будет определяться не размером буфера, а интенсивностью его заполнения, которая соответствует порогу пропускной способности.

Алгоритм Token Bucket может быть применён для отдельных потоков трафика, в этом случае буфер ограничения скорости будет выделен для каждого из потоков (видеоролик 4).

В рассматриваемом примере создано два правила ограничения скорости: для трафика vlan 161 — 3 единицы данных в единицу времени, для трафика vlan 162 — 2 единицы данных. Размер буфера для каждого из потоков трафика равен 4 интервалам времени, т.е. 12 единиц данных для трафика vlan 161 и 8 единиц данных для трафика vlan 162. Суммарно буферам выделяется 5 единиц данных в каждый из интервалов времени, далее выделенные ресурсы распределяются между буферами. Поскольку размер буферов ограничен, то ресурсы, выделенные сверх их размеров, не могут быть использованы.

Ресурсы каждого могут быть использованы только для трафика соответствующего сервиса (видеоролик 5). Так, для обработки трафика vlan 161 используется буфер ресурсов для трафика vlan 161. Аналогично используются ресурсы буфера для трафика vlan 162.

Существуют способы связи буферов ресурсов друг с другом. Например, в устройствах Инфинет буферы выделенных ресурсов могут быть связаны через классы (см. ниже). В случае, если один из буферов ресурсов будет заполнен (видеоролик 6), выделенные ему ресурсы могут быть предоставлены другому буферу.

В примере буфер для трафика vlan 162 заполнен, что позволяет пополнить буфер трафика vlan 161 выделенными 5 единицами данных, вместо 3. В этом случае пропускная способность сервиса vlan 161 вырастет. Но как только буфер ресурсов трафика vlan 162 появится свободная память, то распределение ресурсов вернётся к нормальному режиму: трафику vlan 161 — 3 единицы данных, трафику vlan 162 — 2 единицы данных.

Виды ограничений скорости в устройствах Инфинет

Рассмотренный принцип ограничения пропускной способности реализован двумя способами:

• Ограничение трафика физического интерфейса: ограничение будет применено к суммарному трафику всех потоков данных, проходящих через физический интерфейс. Данный метод прост в конфигурации — следует указать интерфейс и значение порога, но не позволяет применить ограничение к трафику конкретного сетевого сервиса.
• Ограничение потока трафика: ограничение применяется к логическому потоку данных. Логический поток данных выделяется из общего трафика с помощью проверки на соответствие заданным критериям, что позволяет применять ограничения пропускной способности к трафику сетевых сервисов, выбор которых выполняется на основе значений полей служебных заголовков. Например, можно выделить в логический канал весь трафик с и ограничить только его пропускную способность.

Устройства Инфинет позволяют настраивать иерархические структуры распределения ресурсов пропускной способности. Для этого используются два типа объектов: логический канал и класс, которые связаны отношением «потомок-родитель» соответственно. В классе указывается пропускная способность, которая будет распределена между дочерними логическими каналами, а в канале значения гарантированной и максимальной пропускной способностей, CIR и MIR соответственно.

Рассмотрим пример передачи трафика двух сервисов, ассоциированных с идентификаторами vlan 161 и 162, между Master и Slave (рис. 17а). Суммарному трафику сервисов выделено не более 9 Мбит/с.

Конфигурация устройства Master может быть выполнена следующим образом (рис. 17б):

• пособность которого ограничена значением 9 Мбит/с.
• Класс 16 является родительским по отношению к каналам 161 и 162, т.е. сумма трафика этих логических каналов ограничена значением 9 Мбит/с.
• Трафик с идентификатором vlan 161 ассоциируется с логическим каналом 161, vlan 162 — с логическим каналом 162.
• Значения CIR для канала 161 равно 4 канала 162 — 5 Мбит/с. Если оба сервиса будут активно обмениваться данными, то пороговые значения для их трафика составят CIR, установленные для каждого из каналов.
• Значения MIR для канала 161 равно 9 Мбит/с, канала 162 — 7 Мбит/с. Если трафик в логическом канале 162 будет отсутствовать, то пороговое значение для канала 161 будет равно MIR, т.е. 9 Мбит/с. В обратном случае, пороговое значение для канала 162 будет равно 7 Мбит/с.

Функциональные возможности по конфигурации ограничения пропускной способности на устройствах Инфинет всех семейств представлены в таблице ниже:

Рекомендации по конфигурации ограничения пропускной способности

При конфигурации ограничения пропускной способности потоков данных следует руководствоваться следующими рекомендациями:

• Ограничение пропускной способности должно выполняться на устройствах, расположенных ближе всего к источнику данных. Нет необходимости дублировать правила ограничения пропускной способности для потока данных на протяжении всей цепочки промежуточных устройств.
• являются двунаправленными, что требует применения ограничений на устройствах как к входящему, так и исходящему трафику.
• Для корректной установки пороговых значений пропускной способности следует предварительно оценить средние и максимальные значения трафика сервисов. Особое внимание следует обратить на часы наибольшей нагрузки. Выполнить сбор данных для проведения анализа можно с использованием системы мониторинга InfiMONITOR.
• Сумма значений CIR логических каналов, ассоциированных с одним классом, не должна быть более максимальной пропускной способности класса.

Дополнительные материалы

White papers

1. TDMA и Polling: особенности применения в беспроводных сетях
2. Производительность устройств Инфинет

Ве

1. Настройка политик QoS в устройствах Инфинет.

Видео

1. Настройка политик QoS в устройствах Инфинет.

Прочее

1. RFC 4594.
2. RFC 791.
3. RFC 1349.
4. RFC 2474.
5. Система мониторинга InfiMONITOR.
6. Веб-интерфейс устройств семейств InfiLINK 2×2, InfiMAN 2×2. Параметры QoS.
7. Веб-интерфейс устройств семейств InfiLINK 2×2, InfiMAN 2×2. Контроль трафика.
8. Веб-интерфейс устройств семейств InfiLINK Evolution, InfiMAN Evolution. Параметры QoS.
9. Веб-интерфейс устройств семейств InfiLINK Evolution, InfiMAN Evolution. Контроль трафика.
10. Веб-интерфейс устройств семейств InfiLINK XG, InfiLINK XG 1000. Настройка QoS.
11. Веб-интерфейс устройств семейства Vector 5, Vector 6. Настройка коммутации.
12. Веб-интерфейс устройств семейства Vector 70. Настройка коммутации.
13. Настройка QoS manager в ОС WANFleX.