Качество обслуживания в современных сетях. Часть 2
28.03.2005 | khomya

Часть 1 | Часть 2

Установление приоритетов в виртуальных сетях

Комитетом IEEE 802 разработаны стандарты IEEE 802.1Q и IEEE 802.1p. Эти два стандарта должны обеспечить взаимодействие виртуальных сетей и гарантировать пользователям необходимое качество обслуживания на основе присвоения приоритета. Механизм присвоения приоритета основан на указании приоритета передаваемого кадра. Этот механизм описан в стандарте IEEE 802.1p. Новые поля в кадре, которые служат для указания приоритета, регламентированы стандартом IEEE 802.1Q.

К кадру Ethernet добавлены два байта. Они определяют принадлежность кадра к определенной виртуальной сети и его приоритет. Можно задать до восьми уровней приоритета. Благодаря этому определяется распределение кадров по очередям коммутатора. Этот механизм позволяет без задержек обрабатывать чувствительный к дрожанию трафик.

Существует несколько реализаций этих стандартов. Основной проблемой является отсутствие механизма контроля действий пользователей по запросу на приоритет. Для избежания перегрузки сети от сетевого администратора требуются некоторые усилия по контролю за трафиком. Производители, которые поддерживают механизмы установления приоритетов в виртуальных сетях, предлагают свои фирменные методы контроля для решения этой проблемы.

Качество обслуживания в сетях Frame Relay

В отличие от ATM, которая изначально разрабатывалась как интегиррованная сеть для передачи разнообразной информации, основное назначение технологии Frame Relay состояло в том, чтобы обеспечить экономичный обмен цифровыми данными. Достоинством технологии является её «бережливость» – сеть не отбрасывает низкоприоритетные пакеты при возникновении перегрузок в сети, а пускает их в обход места затора. Отсюда сразу вытекает и недостаток – задержка при передаче пакета может возрастать непредсказуемым способом.

Несмотря на, казалось бы, непригодность технологии Frame Relay к передаче голосовой информации, в последнее время интерес к ней резко возрос как раз в этом отношении. Передача такого трафика обеспечивается за счет сокращения времени доставки пакетов с голосовыми данными и переупорядочения очередей в устройствах доступа к сети Frame Relay.

В связи с возросшим авторитетом этой технологии организация Форум Frame Relay приступила к разработке стандартов качетсва обслуживания. Стандартизация позволит предоставить пользователям весь спектр услуг, который может дать технология Frame Relay, помочь им выбрать требуемый уровень качества обслуживания и более эффективно пользоваться им. При разработке показателей качества обслуживания основное внимание уделяется гарантированию полосы пропускания, малой задержке, предотвращению потерь пакетов и обеспечению услуг за счет остающейся полосы пропускания (то есть по мере сокращения доступной полосы пропускания уменьшается и объем предоставляемых услуг).

Качество обслуживания в сетях ATM

Технология ATM изначально обеспечивала качество обслуживания, что находит вс большее применение в современных сетях. Эта технология позволяет пользователям указывать полный набор запрашиваемых параметров качества обслуживания. Коммутаторы ATM и сетевые адаптеры предоставляют пользователям доступ к различным классам обслуживания, которые определяются совокупностью параметров качества обслуживания. С появлением пользовательского интерфейса UNI 4.0 появилась возможность прямой установки значения каждого параметра.

Для каждого соединения должно заключаться отдельное соглашение по трафику, определяющее следующие пункты:

  • параметры трафика, определяющие поток отправителя
  • качество обслуживания
  • проверка пунктов соглашения
  • определение и поддержка параметров соединения

Качество обслуживания оценивается на приемной стороне. Для упрощения запросов на предоставление качества обслуживания установлены классы обслуживания. Применительно к качеству обслуживания Форум ATM выделил три параметра, которые должны быть согласованы при установке соединения. Эти параметры конкретизуют само понятие качества обслуживания:

  • Время задержки при передаче ячеек (Cell Transfer Delay, CTD) – максимальное время передачи ячейки от одного узла к другому. Этот параметр зависит от задержек при передаче и времени нахождения ячеек в очередях коммутаторов ATM;
  • Вариация задержки (Cell Delay Variation, CDV) отражает разницу между максимальным и минимальным временем передачи ячейки между узлами. Эта величина зависит от числа виртуальных соединений, мультиплексируемых в один физический канал. Кроме того, на ней влияет изменение времени задержки ячеек в очередях коммутаторов;
  • Процент потерянных ячеек (Cell Loss Ratio, CLR) зависит от качества конкретного физического канала и алгоритма, заложенного в коммутатор для устранения перегрузок.

Международным союзом электросвязи определены 5 классов служб:

Характеристика Класс A Класс B Класс C Класс D Класс X
Временное согласование Требуется Требуется Не требуется Не требуется Определяется пользователем
Скорость потока Постоянная Переменная Переменная Переменная Определяется пользователем
Режим соединения Ориентирован на соединение Ориентирован на соединение Ориентирован на соединение Без соединения Ориентирован на соединение

Форум ATM определил четыре класса качества обслуживания:

  • Первый класс обеспечивает выполнение требований служб класса A. Это класс обслуживания должен предоставлять характеристики, сопоставимые с параметрами цифровых каналов;
  • Второй класс обеспечивает выполнение требований служб класса B. Предназначен для мультимедийных приложений и предоставляет произвольную скорость передачи;
  • Третий класс обеспечивает выполнение требований служб класса C. Предназначен для технологий, ориентированных на соединение;
  • Четвертый класс обеспечивает выполнение требований служб класса D. Предназначен для технологий, работающих без установления соединения.

Выделено три признака, по которым проведена классификация приведенных служб:

  • существует ли временная зависимость между абонентами;
  • постоянная или переменная скорость передачи используется;
  • необходимо ли устанавливать соединение или можно работать без установления соединения.

Типичным примером класса службы A является передача речи или видео с постоянной скоростью. В ATM эту службу называют эмуляцией канала. Служба класса B работает с источниками трафика с изменяющейся скоростью передачи (напрмер, передача подвижных изображений). Служба класса C ориентирована на соединение и работает с источниками с изменяющейся скоростью передачи. Служба класса D предназначена для работы без установления соединения.

На основе этих классов Форум ATM определил пять основных служб или услуг, предоставляемых сетью ATM:

  • передачу с постоянной скоростью (Constant Bit Rate, CBR);
  • передачу в реальном времени с переменной скоростью (real-time Variable Bit Rate, rtVBR);
  • передачу с переменной скоростью не в реальном времени (non-real-time Variable Bit Rate, nrtVBR);
  • передачу с неопределенной скоростью (Unspecified Bit Rate, UBR);
  • передачу с доступной скоростью (Available Bit Rate, ABR).

Коммутатор и конечные станции в сети ATM заключают соглашения по пропускной способности и задержкам в соединении до того момента, как оно будет установлено (согласование трафика или трафик-контракт).

Когда коммутатор получает запрос на установление виртуального соединения, он выполняет процедуру, называемую контролем за установлением соединения (Connection Admission Control, CAC). При этом он проверяет наличие доступных ресурсов в канале или порте, через который пришел запрос на установление соединения. Требования, указанные в запросе, сравниваются с доступными ресурсами этого порта коммутатора. Если коммутатор может поддерживать такое соединение, не ущемляя существующие активные соединения, он устанавливает соединение и извещает предыдущий коммутатор о значениях идентификаторов нового соединения. В противном случае он блокирует процесс соединения, генерирует специальный ответ и возвращает его отправителю или предыдущему коммутатору.

Версии пользовательского интерфейса UNI 3.0/3.1 позволяют приложениям запрашивать определенный класс обслуживания во время установления виртуального соединения. Приложение при запросе класса обслуживания должно указать характеристики трафика, которые ему нужны. Классы обслуживания, устанавливаемые административно, определяют конкретное качество обслуживания. Сеть будет игнорировать запрос на установление соединения, если требуемый класс обслуживания не может быть поддержан (не затрагивая уже существующие соединения). Приложение может повторить свой запрос позже. Важно, что после установления соединения огворенный класс обслуживания не может быть изменен.

Новая версия пользовательского интерфейса ATM – UNI 4.0 позволяет пользователям указывать конкретные значения параметров качества обслуживания в рамках каждого класса. Отличие в том, что уже не нужно выбирать определенный класс с предопределенными сетевым администратором параметрами качества обслуживания. Это должно снять проблемы совместимости между различными провайдерами услуг ATM, так как администраторам разных сетей не придется согласовывать параметры между собой. Эта задача будет возлагаться на конкретные приложения.

В отличие от маршрутизаторов, коммутаторы ATM с самого начала разрабатывались с учетом поддержки всех сервисных уровней, даже наиболее строгих, таких как CBR. Это позволяет проводить четкую политику управления производительностью сети. Протоколы маршрутизации в технологии ATM были разработаны с учетом возможности выбора маршрута в зависимости от запрошенного качества обслуживания, в отличие от традиционных протоколов маршрутизации в сетях TCP/IP.

ATM – проверенная временем технология, способная гарантировать, если нужно, малую задержку и небольшой эффект дрожания. Она также позволяет обеспечить очень гибкий и жесткий сетевой контроль. Конкурирующие с ATM технологии менее успешно справляются с эффектом дрожания, особенно в ситуациях, когда требуется маршрутизация. Кроме того, некоторые конкурирующие технологии (например, RSVP) не прошли проверку временем в больших сетях.

Выводы

В локальной сети для подключения персональных компьютеров и серверов к портам коммутатора первого уровня можно использовать Ethernet со скоростями 10/100/1000 Мбит/с, что уменьшает вероятность появления коллизий, устраняет борьбу за пропускную способность и позволяет осуществлять полнодуплексную передачу данных. Такое подключение стоит гораздо дешевле, чем организация каналов ATM. Кроме того, такая схема позволяет задействовать встроенные в большинство новых персональных компьютеров сетевые адаптеры Ethernet.

Технологию Ethernet не рекоммендуется использовать для связи коммутаторов в тех ситуациях, когда приложения чувствительны к вариациям времени задержки. Хотя в некоторых случаях можно просто повысить пропускную способность, установив каналы Fast или Gigabit Ethernet (а это дешевле, чем ATM), это не является универсальным решением, так как последние не могут гарантировать качество обслуживания.

Появление версии API WinSock 2.0 компании Microsoft позволяет применять этот набор интерфейсов для написания приложений, имеющих прямой доступ к мощным средствам ATM, в том числе и к качеству обслуживания.

Использование технологии коммутируемого Ethernet для доступа к магистрали ATM предполагает использование ATM с качеством обслуживания и протокола RSVP на границах сети. Интеграция RSVP и ATM осуществляется следующим образом:

  • Приложение запрашивает необходимое качество обслуживания при помощи вызова функции API, например такого, как WinSock 2.0;
  • Сетевое программное обеспечение рабочей станции или сервера транслирует запрос приложения в запрос протокола RSVP, который передается к коммутатору рабочей группы;
  • Коммутатор, имеющий порт для подключения к магистрали ATM, переводит запрос протокола RSVP в соответствующее качество обслуживания ATM. Трафик приложения передается по виртуальному соединению к получателю.

Исходя из практики, можно сделать вывод, что все возможные ситуации можно сгруппировать в три группы:

Ситуация Рекомендация Достоинства Ограничения
Небольшие рабочие группы и низкая загрузка сети Увеличение пропускной способности Просто Плохая масштабируемость; применимо только в локальных сетях
Сеть с множеством различных протоколов Организация приоритетных очередей в маршрутизаторах Проверенная технология Не подходит для передачи высококачественной аудио- и видеоинформации в реальном времени. Требует больших ресурсов маршрутизаторов
Магистраль распределенной сети для разнородного трафика ATM в центре сети (магистраль) с коммутаторами Ethernet на ее границе Полноценное качество обслуживания на основе ATM QoS Требуется магистраль ATM

Часть 1 | Часть 2

Просмотров новости: 2 752  <, , , , >


-->