Работа домена дифференцированного обслуживания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Разработкой методов предоставления дифференцированных услуг (Differentiated Services, DS) в настоящее время занимается рабочая группа IETF DS. Однако технические требования для DS в сети Internet пока еще не приняты и не опубликованы в виде RFC. Поэтому сегодня мы можем дать только обзор базовых идей и принципов дифференцированного обслуживания в Internet. При этом читателю следует иметь в виду, что некоторые из рассмотренных технических требований могут быть изменены на конечной стадии стандартизации дифференцированных услуг.

Цель введения DS состоит в предоставлении дифференцированного обслуживания для различных типов приложений в сети Internet. DS обеспечивают передачу трафика с предсказуемыми параметрами (задержкой, пропускной способностью, показателем числа потерь пакетов и т.д.). Различие между интегрированными и дифференцированными услугами состоит в том, что в случае DS трафик Internet разбивается на различные классы со своими требованиями к параметрам QoS, при этом резервирование ресурсов на каждом транзитном узле для каждого отдельного потока в целях обеспечения качества обслуживания не производится.

1. Домен дифференцированного обслуживания

Домен с предоставлением дифференцированных услуг (домен DS) - это смежная часть сети Internet, в которой дифференцированные услуги предоставляются согласованным образом. Администрация домена DS отвечает за подготовку к работе и резервирование необходимых ресурсов для обеспечения выполнения SLA. Домен DS имеет в своем составе граничные устройства для организации взаимодействия между различными доменами DS. Эти граничные устройства связаны с внутренними устройствами (Рис. 2.1).

Рис. 2.1 Состав домена

При передаче из одного домена DS в другой все пакеты данных должны проходить через граничное устройство, например маршрутизатор. Обрабатывающее исходящий трафик граничное устройство домена DS называется выходным, а обрабатывающее входящий DS-трафик граничное устройство - входным. Обычно граничные устройства доменов DS действуют и как входные, и как выходные, в зависимости от направления трафика. Входное граничное устройство должно обеспечить входящим в домен пакетам то же качество обслуживания, какое они имели в домене, из которого поступили. Выходное граничное устройство домена DS выполняет согласование условий поступления выходного трафика в соседний домен.

Внутренние устройства домена DS обслуживают пакеты с учётом поля DSCP. Пакеты с различными значениями режима DSCP получают различное обслуживание. Под внутренним устройством понимается маршрутизатор с поддержкой алгоритма назначения приоритетов трафика. Обычно значение байта DS остается неизменным при нахождении пакета внутри домена DS, а все внутренние маршрутизаторы поддерживают единую политику обработки трафика в целях соблюдения соглашения относительно параметров QoS.

В таблице 2.1. приведены функциональные блоки DiffServ и их значение.

Таблица 2.1. Функциональные блоки DiffServ

Все узлы внутри diffserv-домена определяют РНВ-политику, которая должна быть применена к пакету на основе хранящегося в нем значения поля кода дифференцированной услуги. Кроме того, пограничные узлы diffserv-домена выполняют важную функцию формирования поступающего в diffserv-домен трафика. Формирование трафика включает в себя выполнение таких функций, как:

· Классификация пакетов (установка значения поля DSCP);

· Ограничение трафика.

Формирование трафика обычно выносится на входной интерфейс поступающих в diffserv-домен пакетов. Формирование играет решающую роль в управлении поступающим в diffserv-домен трафиком, поскольку в этом случае для каждого пакета сеть может определить соответствующую ему РНВ-политику.

2. Соглашение об уровне сервиса

Центральный компонент DS - соглашение об уровне сервиса (Service Level Agreement, SLA). SLA - это сервисный контракт между клиентом и провайдером услуг с подробным перечнем предоставляемых услуг.

Клиентом может быть отдельный пользователь, организация или любой другой объект DS. Провайдер услуг должен гарантировать, что трафик клиента, с которым у него заключено SLA, будет обслуживаться в соответствии с оговоренными параметрами QoS. Поэтому администрация сети провайдера для выполнения своих контрактных обязательств должна определить соответствующую сервисную политику и осуществлять контроль за качеством предоставляемых услуг.

Чтобы отличить принадлежащие разным клиентам пакеты данных, поддерживающие DS устройства изменяют содержимое определенного поля в IP-пакете. Обработка пакета сетевым узлом производится в соответствии со значением этого поля.

Для гарантированного предоставления предусмотренных в SLA услуг в сети должны быть реализованы следующие механизмы:

· Задание битов в байте DS (поле TOS) для определения административных границ сети;

· Использование этих битов для сообщения маршрутизаторам внутри сети о способе обработки этих пакетов;

· Создание условий для прохождения отмеченных пакетов в заданных границах сети в соответствии с параметрами QoS для каждого класса обслуживания.

3. Байт DS

Главной задачей DiffServ является определение стандартизированного байта дифференцированной услуги (DS, Diffirentiated Service field). Чтобы отличить принадлежащие разным клиентам пакеты данных, поддерживающие DS устройства изменяют содержимое определенного поля в IP-пакете. Обработка пакета сетевым узлом производится в соответствии со значением этого поля. Байт DS расположен в октете TOS в заголовке протокола IPv4 и в поле класса трафика в заголовке протокола IPv6.

Весь сетевой трафик внутри домена получает обслуживание в зависимости от указанного в байте DS класса трафика. Любое сетевое устройство с поддержкой DS знает о том, как пакеты должны быть обработаны в зависимости от значения байта DS. В технических требованиях на DS эта информация называется «Режим на переходе» (Per-Hop Behavior, PHB) и предназначена для индикации способа обработки пакета на сетевых узлах.

Для предсказуемого предоставления услуг все маршрутизаторы в сети должны поддерживать все режимы обслуживания PHB. Режим PHB можно рассматривать как совокупность параметров, в соответствии со значением которых маршрутизатор устанавливает порядок направления пакетов на интерфейс вывода. Это могут быть отдельные очереди с заданными приоритетами, определенные параметры для установления длины очереди или алгоритмы удаления пакетов из обращения в зависимости от их приоритета и веса. На Рис. 4.1 показана схема расположения полей ToS и КТ, из которых формируется поле DS.

Рис. 4.1 Схема расположения полей ToS и КТ

Весь сетевой трафик внутри домена получает обслуживание в зависимости от указанного в байте DS класса трафика.

4. Байт ToS или Байт DS/DSCP

Аббревиатуры ToS и DSCP родственны - используются для обозначения специального байта данных стандартного заголовка IP-пакета. Этот байт несет информацию о приоритете трафика. Поскольку этот один и тот же байт иногда интерпретируется по-разному (либо как ToS байт, либо как DS/DSCP байт), получается некоторая путаница, хотя смысл и принцип технологии приоритезации не меняется - пакеты, помеченные более высоким приоритетом, передаются быстрее (менее приоритетные становятся в очередь).

TOS (Type of Service) - байт, содержащий набор критериев, определяющих тип обслуживания IP-пакетов.

Байт побитно (Рис. 5.1):

7-5 - приоритет (precedence) данного IP-сегмента

4 - требование к времени задержки (delay) передачи IP-сегмента (0 - нормальная, 1 - низкая задержка)

3 - требование к пропускной способности (throughput) маршрута, по которому должен отправляться IP-сегмент (0 - низкая, 1 - высокая пропускная способность)

2 - требование к надежности (reliability) передачи IP-сегмента (0 - нормальная, 1 - высокая надежность)

1-0 - ECN - явное сообщение о задержке (управление IP-потоком).

Рис. 5.1. расположение бит в байтах Tos и DSCP

Когда используют терминологию ToS, то в контексте приоретизации имеют в виду 3 старшие бита P2..P0, кодирующие уровень приоритета от 0 (минимальный приоритет) до 7 (максимальный приоритет).

Когда используют терминологию DSCP, имеются в виду 3 старших бита DS5..DS3, которые кодируют уровень класса обслуживания от 0 (минимальный приоритет) до 7 (максимальный приоритет) и приоритет удаления (от 0, когда приоритет удаления максимальный, до 7, когда приоритет удаления минимальный - кодирование приоритета удаления «обратное»). Сравнивая с ToS - изменилась только терминология, а значение байта передается то же самое.

5. РНВ-политика DiffServ

РНВ-политика - политика пошагового обслуживания, определяет поведение сетевого узла в отношении пакетов с определенным значением поля кода дифференцированной услуги (DSCP). Все пакеты потока трафика со специфическим требованием к обслуживанию несут в себе одно и то же значение поля DSCP.

РНВ-политика, соответствующая определенному классу трафика, зависит от целого ряда факторов:

· Интенсивность входного потока или нагрузки для заданного класса трафика. Этот параметр контролируется пограничным формирователем трафика;

· Распределение ресурсов для заданного класса трафика. Этот параметр контролируется функциями распределения ресурсов, реализованными в узлах diffserv-домена;

· Уровень потери трафика. Этот параметр зависит от политики отбрасывания пакетов, проводимой в узлах diffserv-домена.

Существуют четыре стандартные РНВ-политики - РНВ-политика немедленной передачи (EF РНВ), РНВ-политика гарантированной доставки (AF РНВ), политика выбора классов (CS PHB) и динамическая политика Realtime/NonRealTime PHB (DRT/NRT PHB).

Рассмотрим первые две политики:

РНВ-политика немедленной передачи пакетов (Expedited Forwarding РНВ - EF РНВ)

Используется для обеспечения сквозного обслуживания пакетов в узлах diffserv-домена, характерными чертами которого являются низкий уровень потери пакетов, малая задержка, незначительное дрожание трафика, а также гарантированная полоса пропускания. Политика EF РНВ применяется для обслуживания трафика таких приложений, как передача голоса по сетям IP (Voice over IP - VoIP), приложений видеоконференций, а также для обеспечения таких услуг, как передача информации по виртуальным арендуемым каналам, поскольку эта услуга представляет собой двухточечное соединение конечных узлов diffserv-домена. Подобный тип обслуживания достаточно часто называют также услугами высокого класса (premium service).

Один из способов избежать задержки пакетов, связанной с возникновением больших очередей, - ограничение максимальной интенсивности входного потока трафика минимальной интенсивностью его выходного потока. РНВ-политика немедленной передачи пакетов предусматривает установку значения интенсивности выходного потока трафика, в то время как интенсивность входного потока контролируется формирователями трафика, реализованными в пограничных устройствах сети.

РНВ-политика гарантированной доставки пакетов (AF РНВ)

РНВ-политика гарантированной доставки пакетов (Assured Forwarding РНВ - AF РНВ) представляет собой средство, с помощью которого поставщик услуг может обеспечить несколько различных уровней надежности доставки IP-пакетов, полученных из diffserv-домена клиента

РНВ-политика гарантированной доставки пакетов подразумевает наличие различных уровней обслуживания для каждого из четырех классов AF-трафика. Каждому классу AF-трафика соответствует собственная очередь пакетов, что позволяет проводить эффективное управление полосой пропускания. Каждый класс AF-трафика характеризуется тремя уровнями приоритета отбрасывания пакетов (низкий, средний и высокий), что позволяет реализовать механизм управления очередью по типу механизма произвольного раннего обнаружения (Random Early Detection - RED).

Политика AF РНВ представляет собой средство, с помощью которого поставщик услуг может обеспечить несколько различных уровней надежности доставки IP-пакетов в зависимости от значения поля DSCP.

6. Алгоритмы обработки очередей

домен сеть сервис администратор алгоритм

Алгоритм FlFO (first in first out - первый вошёл, первый вышел)

Пакеты обслуживаются в порядке поступления без какой-либо специальной обработки.

Очередь с приоритетами

Очередь с приоритетами (Priority Queuing - PQ) - это алгоритм, при котором несколько очередей FIFO образуют одну систему очередей. Высокоприоритетные очереди обрабатываются раньше. Недостатком PQ является то, что поток информации с более низким приоритетом может быть необработан в случае перегрузки сети.

Class-Based Queuing (CBQ)

При использовании CBQ трафику определенных классов гарантируется требуемая скорость передачи, а оставшийся ресурс распределяется между остальными классами. Если какой-либо класс не исчерпывает предоставленный ему лимит пропускной способности, то доля полосы пропускания, выделяемая каждому из остальных классов, пропорционально увеличивается.

Используются очереди FIFO, следовательно, для потоков, разделяющих одну очередь, остаются проблемы, присущие FIFO, но гарантируется некоторая справедливость распределения ресурсов в сети между разными очередями. Кроме того, CBQ не допускает блокировки очереди и дает возможность учитывать использование сети разными классами.

Алгоритм взвешенно-циклического управления очередями (WRR).

Алгоритм WRR создает несколько выходных очередей для порта и назначает весовой коэффициент для каждой очереди. Передача пакетов осуществляется из каждой очереди путём кругового обхода очередей. При отсутствии пакетов в некоторой очереди WRR переключается на пакеты другой очереди.

Размещено на Allbest.ru