Интегрированные и дифференцированные услуги

Качество обслуживания

В последнее время особо актуальным стало предоставление качества обслуживания (QoS) в интрасетях и Internet. Для этих сетей вопрос эффективного использования полосы пропускания каналов связи сегодня стоит очень остро. Все большее количество людей использует сеть Internet по своим частным и служебным делам. Соответственно возрастает количество данных, которые должны быть переданы через Internet. Новые приложения – аудио и видео в реальном времени, IP-телефония, системы видеоконференций – нуждаются в значительно более широкой полосе пропускания по сравнению с приложениями, которые использовались в первые годы функционирования Internet. И, что очень важно, эти приложения в реальном времени не могут работать при потерях пакетов или с большими задержками, что является некритичным для традиционных приложений Internet типа WWW, FTP или Telnet.

Такие требования означают, что без наличия системы контроля за использованием полосы пропускания, качество этих потоков в реальном времени зависит только от доступной ширины полосы пропускания. Узкая полоса пропускания или, что еще хуже, непостоянство ширины полосы пропускания приведет к плохому качеству. Ввиду этих требований не удивительно, что при разработке новой концепции обслуживания в сетях была учтена необходимость гарантирования необходимого качества обслуживания для приложений, работающих в реальном времени в Internet. При этом QoS может быть представлено в виде набора параметров (ширина полосы пропускания, буферное пространство, назначенный трафику приоритет, степень загруженности центрального процессора и т. д.) определенного потока данных. Протокол IP обеспечивает только один вид предоставления качества, который называется «передачей с максимальным усилием». Пакеты передаются от источника без предоставления какой-либо гарантии относительно ширины полосы пропускания или задержки. Все запросы имеют одинаковый приоритет и обрабатываются последовательно один за другим. Нет никакой возможности резервировать полосу пропускания для определенных приложений или повысить приоритет по специальному запросу.

Все эти вопросы были учтены при разработке новой стратегии обеспечения предсказуемых услуг для Internet. В настоящее время определены два основных направления возможной интеграции качества обслуживания в Internet:

q предоставление интегрированных услуг (Integrated Services, IS);

q предоставление дифференцированных услуг (Differentiated Services, DS).

Интегрированные услуги расширяют модель IP-сети, поддерживая предоставление гарантируемой полосы пропускания определенным потокам. В таком случае, очевидно, необходимо идентифицировать эти потоки (например, потоки видеоинформации между определенной парой абонентов). Каждое приложение, которое инициирует такой поток данных, может определить необходимый объем качества обслуживания. Если для поддержания видеоконференции необходимы минимальная ширина полосы пропускания в 128 Кбит/с и минимально допустимая задержка пакета в 100 мс, то эти параметры QoS будут зарезервированы для этого приложения.

Механизмы предоставления дифференцированных услуг размещают различные сервисные уровни между различными группами пользователей сети Internet. Это означает, что общий трафик разбивают на группы и предоставляют этим группам различные параметры QoS.

Интегрированные услуги

Модель Internet с предоставлением интегрированных услуг (IS) была определена рабочей группой IETF. В эту модель включены способ передачи с «максимальным усилием» и новый вид обслуживания трафика в реальном времени, который обеспечивает резервирование полосы пропускания в Internet.

Модель с предоставлением IS была разработана для того, чтобы оптимизировать сеть при использовании ее ресурсов новыми приложениями, например, мультимедийными в реальном времени, которые требуют QoS. Для поддержки интегрированных услуг маршрутизатор Internet должен предоставлять и поддерживать соответствующий QoS для каждого потока в соответствии с сервисной моделью. Основной функцией маршрутизатора, которая обеспечивает предоставление различных уровней качества обслуживания, становится функция контроля и управления применительно к поступающему потоку информации. Эта функция обеспечивается следующими основными подсистемами:

q Планировщик пакетов (Packet scheduler).Он руководит отправлением различных потоков пакетов на рабочие станции и маршрутизаторы, основываясь на присвоенных им сервисных классах и используя подсистему управления очередями и другие алгоритмы планирования. Планировщик пакетов должен гарантировать, что пакеты доставляются получателю в соответствии с заданными параметрами QoS для каждого потока. Планировщик пакетов может выполнять функции формирования трафика для того, чтобы он соответствовал некоторому установленному уровню обслуживания. Планировщик пакетов должен функционировать в той точке, где пакеты помещаются в очередь.

q Классификатор пакетов (Packet classifier). Классификатор пакетов идентифицирует пакеты потока IP в рабочих станциях и маршрутизаторах, которым необходим некоторый уровень обслуживания. Чтобы реализовать эффективное управление потоком сообщений, каждый входящий пакет относится классификатором к определенному классу. Все пакеты, которым присвоен определенный класс, обрабатываются планировщиком пакетов одинаково. Выбор определенного класса может быть основан на приоритетах отправителя и получателя, на IP-адресе и номере порта в существующем заголовке пакета или на дополнительном номере классификации, который должен быть добавлен к каждому пакету. Определенный класс может быть присвоен широкой категории потоков. Например, все потоки видеоинформации при проведении видеоконференции с несколькими участниками могут принадлежать одному сервисному классу. Но также возможна и ситуация, когда только один поток видеоконференции принадлежит к более высокому сервисному классу, а остальные имеют более низкий класс.

q Контроль доступа (Admission control). Контроль доступа основан на алгоритме, который маршрутизатор использует для того, чтобы решить, достаточно ли имеющихся у него ресурсов для принятия нового потока с требуемым QoS. Если у него нет достаточных свободных ресурсов и есть опасение, что новый поток будет негативно воздействовать на уже проходящий через маршрутизатор поток с гарантированным QoS, то новый поток должен быть отклонен. Если же новый поток со своими требованиями принят, то маршрутизатор поручает классификатору пакетов и планировщику пакетов резервировать часть своих ресурсов под обеспечение требуемого QoS для этого потока. Контроль доступа реализуется в каждом маршрутизаторе на маршруте. Алгоритм контроля доступа должен быть совместим с предложенной сервисной моделью.

Необходимо обратить внимание на то, что контроль доступа иногда путают с контролем политики очередей (policy control), который отвечает за расстановку пакетов друг за другом после их обработки планировщиком пакетов. Такая схема гарантирует, что рабочая станция не сможет нарушить обещанные ею характеристики трафика. Однако, чтобы быть уверенным, что гарантии QoS выполняются, контроль доступа заинтересован в усилении административной политики, направленной на резервирование ресурсов. При этом некоторая часть усилий будет направлена на то, чтобы провести аутентификацию пользователя для принятия решения о предоставлении требуемого ему резервирования. Неправомочные запросы на резервирование могут быть отклонены. Контроль доступа может играть важную роль в Internet в будущем.

Интегрированные услуги используют протокол резервирования ресурсов ReSerVation Protocol (RSVP) для передачи сигнальных сообщений о резервировании. Резиденты IS (рабочие станции, поддерживающие предоставление интегрированных услуг) связываются между собой с помощью протокола RSVP для создания потока и поддержания его в определенном состоянии на всем пути. На рис. 14.1 показана модель интегрированных услуг.

Как показано на рис. 14.1, приложение, которое хочет послать свои пакеты с данными в зарезервированном потоке, обращается к услугам протокола RSVP. Протокол RSVP начнет осуществлять резервирование потока с требуемым QpS, который будет принят, если само приложение удовлетворяет выдвинутым ограничениям, а маршрутизаторы могут обеспечить требуемое QoS. Протокол RSVP уведомляет классификатор пакетов и планировщик пакетов каждого маршрутизатора о необходимости проведения соответствующей обработки пакетов этого потока. Если приложение теперь передаст пакеты данных классификатору пакетов первого маршрутизатора, который присвоил этому потоку определенный сервисный класс, обеспечивающий требуемый QoS, то поток, прежде чем он будет отправлен по своему IP-адресу, будет передан планировщику пакетов. Планировщик пакетов определяет очередность отправки пакетов этого приложения в зависимости от сервисного класса и отправляет их или на следующий маршрутизатор, или на конечную станцию, которая является пунктом назначения.

Поскольку протокол RSVP работает как бы в симплексном режиме, то резервирование QoS производится только в одном направлении, а именно, от отправителя до получателя. Если приложение хочет отменить резервирование для своего потока данных, оно посылает сообщение в инстанцию, отвечающую за резервирование, которая освобождает зарезервированные ресурсы на всех маршрутизаторах по пути следования потока. Эти ресурсы теперь могут использоваться для других потоков. Технические требования на IS определены в документе RFC 1633.