Глава 8. Качество обслуживания в мультисервисных сетях

Проблема обеспечения качества обслуживания (сервиса)- (QoS) в глобальных сетях стала весьма актуальной из-за кардинальных изменений в телекоммуникационной отрасли в последнее время.

Одно из них связано с конвергенцией: некогда различные инфраструктуры, предназначенные для передачи голоса, видео и данных, сменились единой коммуникационной средой в мультисервисных сетях. Появление смешанного трафика и постоянный рост его объема стали серьезными угрозами для функционирования сети. А перевод в сетевую среду приложений, предъявляющих различные требования к уровню обслуживания трафика, потребовал от операторов внедрения новых механизмов его обработки.

Второе существенное изменение заключается в том, что по мере удовлетворения спроса на базовые услуги связи выживание телекоммуникационных компаний все больше зависит от способности предлагать потребителям сервисы нового типа. Фундаментом для их внедрения стали технологические достижения последнего десятилетия — усовершенствованные алгоритмы обработки очередей, Web-кэширование, глобальные службы каталогов, шифрование данных. Однако решающую роль в предоставлении услуг приемлемого качества сыграло развитие технологий транспортировки и маршрутизации, учитывающих специфику конкретного вида трафика.

8.1. Понятие «качество обслуживания»

Надо отметить, что, несмотря на повсеместную распространенность аббревиатуры QoS-Quality of Service, в нее по-прежнему вкладывают разный смысл. Если отвлечься от расширительных толкований, то под качеством сервиса следует понимать обеспечение предсказуемости процесса передачи трафика, то есть способность сетевых компонентов(приложений, коммутаторов, маршрутизаторов) гарантировать доставку трафика адресату с требуемыми параметрами.

Для достижения этого результата применяются два основных подхода:

§ резервирование ресурсов по запросу приложения на основе стратегии управления пропускной способностью (интегрированные сервисы);

§ маркировка трафика и выделение необходимых ресурсов разным классам трафика с учетом их приоритета (дифференцированные сервисы).

При этом ресурсы могут выделяться как отдельному потоку данных (он определяется транспортным протоколом, адресом и номером порта источника, адресом и номером порта получателя), так и агрегату из нескольких потоков, часть параметров которых совпадает.

Характеризуя качество сервиса, можно использовать следующие базовые показатели: доступность услуги, задержка передачи, флуктуации задержки, вероятность потерь пакетов и скорость передачи. Поскольку для разных приложений первостепенное значение имеют различные величины, удовлетворить подчас противоречивые запросы «одним махом» не удается.

Скажем, для запуска в сети видеоприложений недостаточно просто увеличить суммарную полосу пропускания, поскольку такая мера не позволяет избежать значительных флуктуаций задержки при всплесках трафика. Более того, и в слабо загруженной сети задержка может сильно изменяться, что отрицательно сказывается на работе приложений реального времени. Чтобы обеспечить предсказуемое поведение различных сервисов, сеть надо наделить интеллектуальными средствами, способными отличать трафик со строгими требованиями к временным параметрам передачи от трафика, для которого конкретные значения этих параметров не столь критичны, и соответствующим образом управлять распределением полосы пропускания.

Функции качества обслуживания (QoS) заключаются в обеспечении гарантированного и дифференцированного обслуживания сетевого трафика путем передачи контроля за использованием ресурсов и загруженностью сети ее оператору. QoS представляет собой набор требований, предъявляемых к ресурсам сети при транспортировке потока данных. QoS обеспечивает сквозную гарантию передачи данных и основанный на системе правил контроль за средствами повышения производительности IP-сети, такими как механизм распределения ресурсов, коммутация, маршрутизация, механизмы обслуживания очередей и механизмы отбрасывания пакетов.

В первой половине 90-х годов большие надежды в обеспечении QoSвозлагались на режим асинхронной передачи (ATM) и основанные на нем технологии (IP-over-ATM). Однако со временем все явственнее стали ощущаться недостатки такого решения — сложность технологии, высокая доля «накладных расходов», дороговизна оборудования в пересчете на 1 Мбит/с пропускной способности и др. Кроме того, распространение оптических сетей, особенно основанных на спектральном мультиплексировании(WDM, DWDM), означало, что у ATM появились достойные альтернативы. Свою роль сыграл и повсеместный переход на более перспективную технологию IP.

К сожалению, протокол IP изначально не был рассчитан на дифференцированную обработку потоков разных типов. Поддерживаемая им дисциплина обслуживания best effort обеспечивала хорошую масштабируемость сети и простую функциональность ее ядра, поскольку вся «интеллектуальная» работа возлагалась на оконечные устройства. Даже когда потребности сетевых приложений превышают возможности IP-сети, это не вызывает полного отказа в обслуживании одних видов трафика и сохранения сервиса для других, а приводит к снижению качества сервиса для пакетов всех типов. Такое положение вещей нельзя признать удовлетворительным, тем не менее при создании протоколов, предназначенных для поддержки QoS, ставилась цель сохранения общих архитектурных принципов IP-сетей, прежде всего — упомянутой схемы «разделения труда» между магистральным оборудованием и периферийными устройствами.

В современных глобальных мультисервисных сетях для поддержки качества сервиса применяется несколько протоколов: RSVP, DiffServ, MPLS. Кроме того, для реализации той или иной схемы QoSнемаловажное значение имеют такие алгоритмы управления очередями, как Class Based Queuing (CBQ), Random Early Drops (RED), Weighted Fair Queuing (WFQ). Правда, для приложений функционирование этих алгоритмов является прозрачным, а потому они не являются протоколами QoS в строгом смысле слова. Выбор конкретной технологии QoS зависит от типа сетевых приложений, топологии сети и политики администрирования.