Характеристики QoS в пакетных сетях

КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ QoS (Quality of Servers) 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

ITU-T: International Telecommunication Union – Международный Союз Электросвязи ETSI: European Telecommunications Standardizations Institute - Европейский институт по стандартизации телекоммуникаций IETF: Internet Engineering Task Force – Инженерная группа по решению задач Internet MMCF: Multimedia Communications Forum - Форум по мультимедийным коммуникациям EURESCOM: European Institute for Research and Strategic Studies in Telecommunications - Европейский институт по исследованиям и стратегическому планированию в телекоммуникациях Организации, стандартизирующие модели обеспечения качества обслуживания

Анализ стандартизированных моделей QoS Разработчи к модели QoS QoS из конца в конец Классы QoS БиллингМониторинг и управление Особенности предоставляе- мых услуг ITU-T Да НетДа ETSI Да НетДа IETF ДаНет ДаНет MMCF Да НетДа EURESCOM ДаНет ДаНет

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

Классификация трафика мультисервисной IP-сети по приложениям Тип трафик а ПриложенияТребования Протоколы транспорт- ного уровня Реаль- ного времен и IP-телефония и видеоконференцсвязь Чувствительность к задержке Чувствительность к джиттеру задержки Малая чувствительность к потерям RSVP, RTP, RTCP,UDP Процессы управления, игры on-line Чувствительность к задержке Чувствительность к джиттеру задержки Чувствительность к потерям UDP, TCP Потоко- вый Аудио по требованию Видео по требованию Интернет-вещание Малая чувствительность к задержке Чувствительность к джиттеру задержки Чувствительность к потерям RSVP, SCTP, UDP,TCP Эластич -ный Конференция документов Малая чувствительность к задержке Малая чувствительность к джиттеру задержки Высокая чувствительность к потерям TCP Анимация Передача файлов Очень малая чувствительность к задержке Малая чувствительность к джиттеру задержки Высокая чувствительность к потерям

Показатели качества обслуживания, учитываемые при передаче мультимедийного трафика, и механизмы их формирования Очереди в узлах Перегрузки в узлах Влияние сетиВлияние 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

Классы QoS и соответствующие им приложения (Y.1541) Класс 0:Класс 0: Приложения реального времени, чувствительные к джиттеру, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (VoIP, видеоконференции) Класс 1:Класс 1: Приложения реального времени, чувствительные к джиттеру, интерактивные (VoIP, видеоконференции) Класс 2:Класс 2: Транзакции данных, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (например, сигнализация) Класс 3:Класс 3: Транзакции данных, интерактивные приложения Класс 4:Класс 4: Приложения, допускающие низкий уровень потерь (короткие транзакции, массивы данных, потоковое видео) Класс 5: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. Сетевые характеристикиКлассы QoS Задержка доставки пакета IP, IPTD 100 мс400 мс100 мс400 мс1 сН Вариация задержки пакета IP,IPDV 50 мс НННН Коэффициент потери пакетов IP, IPLR 1х10- 3 Н Коэффициент ошибок пакетов IP, IPER 1х10- 4 Н

Коэффициенты готовности и значения времени простоя оборудования Коэффициент готовностиВремя простоя 0,99 две девятки3,7 дней в год 0,999 три девятки9 часов в год 0,9999 четыре девятки53 минуты в год 0,99999 пять девяток5,5 минут в год 0, шесть девяток30 секунд в год

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 MPLS Географическое резервирование Быстрое восстановление Избыточность ПО Кг = для АО Мягкий режим модификации

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

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

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

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

Организация очередей WFQ Приоритет: 7-8 сигнализация, транзакции 5-6 трафик реального времени 1-4 эластичный трафик

Механизмы профилирования трафика Drop tailDrop tail – отбрасывание хвоста: отбрасываются все пакеты, заставшие буфер полным. Используется в best effort. REDRED – случайное раннее обнаружение: при угрозе перегрузки пакеты из буфера отбрасываются с ненулевой вероятностью. Дырявое ведроДырявое ведро – отбрасываются пакеты, не обслужившиеся за установленный период. Корзина маркеровКорзина 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, г. Модель предоставления дифференцированных услуг (DiffServ) RFC 2475, 1998 г. MPLS (Multi-Protocol Label Switching)

Интегрированные услуги IntServ Разработана IETF, г. RFC 2205, RFC 2210, RFC 2211, RFC 2212 Цель: Цель: предоставление приложениям возможности запрашивать сквозные требования по ресурсам. Недостатки: Недостатки: проблемы масштабирования. Основной механизм: 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

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: Цель: поддержка легко масштабируемых дифференцируемых услуг в Internet Недостатки: Недостатки: отсутствие гарантированного QoS Основной механизм: 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-phbAF-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-phbEF-phb (Expedited Forwarding): политика немедленной доставки – обеспечение сквозного QoS для приложений реального времени. Механизмы: приоритезация трафика; WFQ; распределение ресурсов; RED.

MPLS (Multi-Protocol Label Switching) Разрабатывается IETF RFC 2702, RFC 2283, RFC 2547 Цель: Цель: отделение процесса маршрутизации пакета от необходимости анализа IP-адресов в его заголовке, что существенно уменьшает время пребывания пакетов в маршрутизаторе и обеспечивает требуемые показатели QoS для трафика реального времени. Недостатки: Недостатки: ориентирован на топологию Основной механизм: Основной механизм: коммутация по меткам, туннелирование