Характеристика qos в пакетных сетях

КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ
QoS (Quality of Servers) рассматривается как
«суммарный эффект рабочих характеристик
обслуживания, который определяет степень
удовлетворенности пользователя этой службой»
(E.800)
Задача: обеспечить заданное качество обслуживания
в сквозном соединении (end-to-end) для различных видов
трафика.
Условие: заданное качество обслуживания должны
поддерживать все сетевые устройства на всем
сквозном соединении.

Эталонная модель
сквозного QoS

Характеристики QoS (Y.1540)
Задержки и джиттер* задержки
Величина потерь
Производительность сети
Надежность сетевых элементов
G.1000 – определяет структуру связей между рабочими характеристиками QoS.
* джиттер задержки – отклонение значений задержки от заданной величины

Показатели качества обслуживания, учитываемые при передаче мультимедийного трафика,
и механизмы их формирования
Очереди в узлах
Перегрузки в узлах
Влияние сети
Влияние оконечного
устройства
Задержка
распространения
Ошибки в канале
Алгоритм
кодирования/декодирования
Механизм пакетизации
Задержка джиттер-буфера
Алгоритм
нивелирования потерь
Превышение допустимой
задержки
ЗАДЕРЖКИ
ПОТЕРИ
Показатели QoS
Механизмы медленного
старта и квитирования

SLA – Service Level Agreement (соглашение о качестве предоставляемых услуг)
Основная цель SLA – оговорить зону доступных действий пользователя.
Предмет соглашения:
Характеристики качества обслуживания на транспортной сети (пропускная способность участка сети, допустимый объем пульсации трафика, средняя и максимальная величина задержки пользовательских пакетов, максимальный процент потерь, коэффициент готовности и т.д.).
Степень важности каждой характеристики.
Биллинговые данные.

Классы QoS и соответствующие им приложения (Y.1541)
Класс 0: Приложения реального времени, чувствительные к джиттеру, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (VoIP, видеоконференции)
Класс 1: Приложения реального времени, чувствительные к джиттеру, интерактивные (VoIP, видеоконференции)
Класс 2: Транзакции данных, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (например, сигнализация)
Класс 3: Транзакции данных, интерактивные приложения
Класс 4: Приложения, допускающие низкий уровень потерь (короткие транзакции, массивы данных, потоковое видео)
Класс 5: Традиционные применения сетей IP

Нормы на параметры доставки
пакетов IP с разделением
по классам обслуживания, модель ITU-T
Примечание. Н - не нормировано. Значения параметров представляют собой верхние
границы для средних задержек, джиттера, потерь и ошибок пакетов.

Коэффициенты готовности
и значения времени простоя оборудования

Причины системной ненадежности
Источник: Gartner Group

Причины отказов в IP-сетях
7% Оборудование на территории заказчика
36% Процессы в маршрутизаторах
Модификация АО/ПО
Ошибки конфигурации
21% Отказы маршрутизаторов
Отказы АО
Качество ПО
Физические линии 27%
Резервирование
Перегрузки 5%
Проектирование сетей
Злой умысел 2%
Неизвестные причины 2%
Источник: University of Michigan

Службы QoS
Best effort – обработка информации как можно быстрее, но без дополнительных усилий (FIFO, drop tail)
Мягкий QoS – сервис с предпочтениями. Приоритетное обслуживание, значения параметров QoS зависят от характеристик трафика.
Жесткий QoS – гарантированный сервис. Основан на предварительном резервировании ресурсов для каждого потока.

Логические плоскости механизмов QoS
Управление
допустимостью
соединения
QoS-маршрутизация
Резервирование
ресурсов
Предотвращение
перегрузок
Управление буфером
Классификация
трафика
Маркировка пакетов
Управление
характеристиками
трафика
Организация и
планирование
очередей
Измерения
Восстановление
трафика
Соглашение
об уровне
обслуживания
Плоскость
менеджмента
Плоскость
данных
Контрольная
плоскость

Базовая архитектура
службы QoS
Средства QoS узла
Протоколы
QoS-сигнализации
Централизованная
политика
Механизмы
обслуживания
очередей
Механизмы
профилирования
трафика
AF-phb
EF-phb
Резервирование
ресурсов
Приоритет
QoS-маршрутизация

Механизмы обслуживания очередей
FIFO (First In First Out) – без использования дополнительных возможностей, используется в best effort
PQ (Priority Queuing) – приоритетные очереди, вводится приоритет трафика (1-8)
CQ (Custom Queuing) – настраиваемые очереди, используется при резервировании ресурсов
WFQ (Weighting Fair Queuing) –взвешенное справедливое обслуживание, позволяет динамически управлять ресурсами

Механизмы профилирования трафика
Drop tail – отбрасывание хвоста: отбрасываются все пакеты, заставшие буфер полным. Используется в best effort.
RED – случайное раннее обнаружение: при угрозе перегрузки пакеты из буфера отбрасываются с ненулевой вероятностью.
Дырявое ведро – отбрасываются пакеты, не обслужившиеся за установленный период.
Корзина маркеров (токенов) – дозирование трафика с целью уменьшения неравномерности продвижения пакетов

Управление потоками
Прерывание передачи: при перегрузке передача пакетов источниками трафика прерывается на случайный интервал времени, затем возобновляется с той же интенсивностью.
Использование динамического окна: размер окна (количество пакетов, посылаемых источником за период) изменяется в зависимости от загрузки буфера.
Медленный старт: в случае перегрузки источники трафика прекращают передачу, затем посылают пакеты, постепенно увеличивая размер окна.

Модели обеспечения качества обслуживания
в сетях IP
Модель предоставления интегрированных услуг (IntServ)
RFC-2205, 1994-1997 г.
Модель предоставления дифференцированных услуг (DiffServ)
RFC 2475, 1998 г.
MPLS (Multi-Protocol Label Switching)

Интегрированные услуги
IntServ
Разработана IETF, 1994-1997 г.
RFC 2205, RFC 2210, RFC 2211, RFC 2212
Цель: предоставление приложениям возможности запрашивать сквозные требования у ресурсам.
Недостатки: проблемы масштабирования.
Основной механизм: протокол резервирования ресурсов RSVP, в узлах используется WFQ.

RSVP –
Resourse Reservation Protocol
Протокол резервирования ресурсов. Позволяет посылать в сеть информацию о требованиях QoS для каждого потока. Работает совместно с IP.
Резервирование проводится по адресу получателя. В случает отказа маршрута резервирование происходит заново.
Работает с двумя видами сообщений:
PATH: запрос на резервирование. Содержит:
скорость передачи данных;
максимально допустимый размер пульсации трафика.
RESV: запрос резервирования. Содержит:
скорость передачи данных;
максимально допустимый размер пульсации трафика.
QoS

Организация RSVP-пути
PATH A
PATH C
PATH B
A
D
B
C
RESV D,C,B,A
RESV C,B, A
RESV B,A

10mbit
2mbit
CONNECT(A,B,C)
CONNECT (C)
CONNECT (A,B)
CONNECT (A)
CONNECT(B)
ACCEPT
ACCEPT
REFUSE
Set FlowSpec
Update FlowSpec. Lower QoS!

RESV
RESV
Accept, Merge
Accept
Accept
Accept
Accept
Refuse
RESV
ERROR
3mbit
10mbit
128kbps
3mbit
10mbit
10mbit
10mbit
10mbit
128kbps
10mbit

Процесс резервирования пути
Узел-отправитель посылает запрос PATH как обычный пакет.
Каждый маршрутизатор прописывает в своей памяти адрес предыдущего и посылает свой адрес в PATH-запросе.
Получатель в ответ на PATH генерирует RESV и отправляет по прописанному в PATH пути. Т.о. резервирование происходит в обратном порядке, от получателя к отправителю.
Маршрутизаторы обрабатывают RESV-запросы, пытаясь предоставить требуемые ресурсы. В случае невозможности предоставления ресурсов резервирование начинается сначала.
Путь считается установленным, когда отправитель получает RESV. После этого начинается сеанс.

Дифференцированные услуги DiffServ
Разработана IETF, 1998 г.
RFC 1349, RFC 2475, RFC 2597, RFC 2598
Цель: поддержка легко масштабируемых дифференцируемых в Internet
Недостатки: отсутствие гарантированного QoS
Основной механизм: маркировка трафика с использованием бита ToS (Type of Service). Поддерживает политики поведения сетевого узла: AF-phb и EF-phb (Per-Hop Behavior)

Политики поведения сетевого узла - phb
AF-phb (Assured Forwarding): политика гарантированной доставки – средство, позволяющее обеспечить несколько различных уровней надежности доставки IP-пакетов.
Механизмы: эффективное управление полосой пропускания за счет организации собственной очереди для каждого типа трафика; 3 уровня приоритетов пакетов; RED.
EF-phb (Expedited Forwarding): политика немедленной доставки – обеспечение сквозного QoS для приложений реального времени.
Механизмы: приоритезация трафика; WFQ; распределение ресурсов; RED.