1.5. Меры по обеспечению гарантированного качества передачи речи

Для того чтобы привести все нежелательные факторы, возникающие при передачи речи по сетям с пакетной коммутацией, в соответствие с допустимыми нормами необходимо придерживаться ряда мер по обеспечению гарантированного качества услуг (Quality of Service, QoS).

Обеспечить гарантированное качество услуг - значит распределить внутренние сетевые ресурсы коммутаторов и маршрутизаторов таким образом, чтобы данные могли передаваться точно по назначению, быстро, стабильно и надежно. Существует не слишком много способов обеспечения QoS. Самый простой из них - увеличение полосы пропускания сети. Можно использовать и такие приемы, как задание приоритетов данных, организация очередей, предотвращение перегрузок и формирование трафика. Управление сетью по заданным правилам в перспективе должно объединить все эти способы в единую автоматизированную систему, которая будет гарантировать качество услуг абсолютно на всех участках сети.

1.5.1. Назначение приоритетов

Способы приоритезации данных можно условно подразделить на явные и неявные. При неявном назначении приоритетов маршрутизатор или коммутатор автоматически присваивает услугам соответствующие уровни, исходя из заданных администратором сети критериев (например, типа приложения для применяемого протокола передачи или адреса источника). Каждый входящий пакет анализируется (фильтруется) на соответствие этим критериям. Механизм неявной приоритезации поддерживают практически все маршрутизаторы.

При явной приоритезации данных пользователь или приложение запрашивает определенный уровень службы, а коммутатор или маршрутизатор пытается удовлетворить запрос. Вероятно, самым популярным механизмом явной приоритезации станет протокол IP Precedence (протокол старшинства), получивший второе название IP TOS (IP Type Of Service). IP TOS резервирует ранее не используемое поле TOS в стандартном заголовке пакета IP, где могут быть указаны признаки QoS, определяющие время задержки, скорость передачи и уровень надежности передачи пакета.

Протокол резервирования ресурсов RSVP, предусматривает более сложный, чем в IP TOS, механизм передачи от приложения к машрутизатору запроса на гарантированное качество услуг. Как и IP TOS, протокол RSVP пока не получил широкой поддержки разработчиков - он реализован лишь в отдельных типах маршрутизаторов. Распространение RSVP сдерживается из-за того, что не решены некоторые вопросы, связанные с совместимостью различных сетей. К тому же применение RSVP значительно увеличивает нагрузку на маршрутизаторы и может привести к снижению быстродействия этих устройств.

Видимо, в обозримом будущем неявная приоритезация, не требующая серьезных вычислительных мощностей маршрутизатора, останется более популярной, чем явная. Кроме того, при явном задании приоритетов значительно усложняется управление сетью. Конечные пользователи, скорее всего, будут настраивать свое программное обеспечение на запрос наивысшего из возможных уровней услуг. Соответственно, администратору сети придется разрабатывать правила управления пользователями и, возможно, даже настраивать службы с гарантированным качеством для каждого пользователя в отдельности.

1.5.2. Организация и обслуживание очередей

После того как передаваемым по сети данным назначены соответствующие приоритеты (при помощи явных или неявных методов), требуется определить порядок передачи этих данных, задав алгоритм обслуживания очередей с необходимым качеством (уровнем QoS). По сути, очереди представляют собой области памяти коммутатора или маршрутизатора, в которых группируются пакеты с одинаковыми приоритетами передачи. Алгоритм обслуживания очереди определяет порядок, в котором происходит передача хранящихся в ней пакетов. Смысл применения всех алгоритмов сводится к тому, чтобы обеспечить наилучшее обслуживание трафика с более высоким приоритетом при условии, что и пакету с низким приоритетом гарантируется соответствующее внимание.

При использовании способов задания явных и неявных приоритетов алгоритм обработки очередей определяет порядок их обслуживания. Пакеты с одинаковыми приоритетами передаются по принципу FIFO ("первым пришел — первым вышел").

Если в сети возникает перегрузка, служба очередей не гарантирует своевременного достижения пункта назначения наиболее важными данными. Гарантируется лишь то, что эти пакеты будут переданы раньше, чем имеющие более низкий приоритет.

Современные службы QoS решают такую задачу за счет резервирования полосы пропускания. Каждой из очередей (или их групп) выделяется заранее заданная величина полосы пропускания, что гарантирует определенную полосу пропускания для очереди с более высоким приоритетом. Для критических ситуаций, когда объем данных в очереди превышает размеры полосы пропускания, в алгоритмах обслуживания обычно предусматривается передача трафика с высоким приоритетом на полосу пропускания, "принадлежащую" очередям с низким приоритетом, и наоборот.

Самые простые алгоритмы обслуживают каждую очередь по принципу FIFO. При этом передача кадров большого размера, имеющих высокий приоритет, может приводить к задержкам трафика другого приложения со столь же высоким приоритетом, но меньшим объемом.

В более сложных алгоритмах предпринимается попытка "справедливой" обработки очередей. Например, алгоритм равномерного пропорционального (или взвешенного) обслуживания (WFQ - Weighted Fair Queuing), разработанный компанией Cisco, подразделяет приложения на требующие большой и малой ширины полосы пропускания, а сама полоса пропускания распределяется между всеми приложениями поровну. Следует отметить, что основные производители маршрутизаторов сами разрабатывают алгоритмы обслуживания очередей и используют для их описания собственную терминологию.

Существенным недостатком современных маршрутизаторов и коммутаторов является то, что они поддерживают малое число очередей. Чаще всего производители организуют службы QoS, использующие четыре очереди, хотя чем больше очередей, тем больше различных приоритетов можно присвоить передаваемым пакетам и тем "справедливее" распределить полосу пропускания между приложениями. Например, администратор в состоянии задать приоритеты таким образом, чтобы предпочтение при передаче отдавалось пакетам, адресованным на более удаленные узлы.

1.5.3. Управление нагрузкой

Служба QoS дает возможность использовать для управления сетью два важных механизма - управления в условиях перегрузки и предотвращения перегрузок. Первый из них позволяет конечной станции сразу снижать скорость передачи данных, когда в сети начинается потеря пакетов. В протоколах TCP/IP и SNA этот механизм поддерживается уже в течение нескольких лет. И хотя сам по себе он не гарантирует качества передачи, при его использовании совместно с механизмом предотвращения перегрузок результаты оказываются намного лучшими. В сетях TCP/IP механизм предотвращения перегрузок применяется достаточно давно, но лишь в последние годы он становится стандартом "де-факто" для маршрутизаторов телекоммуникационных сетей и Internet.

Стандартным способом предотвращения перегрузок в сети стало применение механизма случайного выделения пакетов (Random Early Detection, RED). При заполнении очередей выше определенной критической отметки этот механизм заставляет маршрутизатор выбирать из очереди по случайному закону некоторые пакеты и "терять" их. Скорость передачи данных станциями-отправителями снижается, что и позволяет избежать переполнения очереди.

Механизм пропорционального случайного выделения пакетов - WRED (Weighted RED) - можно считать следующей, более совершенной "версией" RED. Он предусматривает, что выбор пакетов, которые должны "потеряться", будет происходить с учетом их приоритезации согласно IP TOS.

Среди устройств, поддерживающих механизмы RED и WRED, можно назвать маршрутизаторы серий 7000 и 12000 фирмы Cisco.

1.5.4. Формирование трафика

Формирование трафика - это общий термин, которым принято обозначать различные способы манипулирования данными для повышения качества их передачи. Один их таких способов - сегментация пакетов. В сетях АТМ гарантированно высокий уровень QoS достигается в том числе и за счет малого размера передаваемых пакетов (ячеек - в терминологии ATM). Максимальное время задержки при передаче любого пакета сети ATM - это время передачи одной ячейки.

Заимствуя полезные механизмы технологии АТМ, производители маршрутизаторов и коммутаторов начинают обеспечивать в своих продуктах возможность сегментации пакетов. Например, маршрутизаторы Cisco серии 12000 имеют встроенный механизм сегментации пакетов на ячейки размером 64 байта, что позволяет гарантировать качество передачи данных маршрутизатором. Некоторые устройства, предназначенные для сетей Frame Relay, сегментируют пакеты, передаваемые по каналам глобальных сетей, чтобы гарантировать конкретное время передачи и минимизировать задержки.

1.5.5. Объединение всех средств реализации QoS

Независимо от того, с помощью каких средств реализуется QoS в маршрутизаторе или коммутаторе, это устройство выполняет свою часть работы по передаче данных отдельно от других элементов сети. Пакет, успешно миновавший несколько узлов, может "застрять" в устройстве, не поддерживающем необходимые механизмы гарантии качества услуг. Устройства, через которые пакет уже прошел, не могут повлиять на его маршрут, чтобы предотвратить попадание пакета в несовершенный элемент сети.

Однако в настоящее время уже разрабатываются так называемые policy-based management systems, т. е. системы управления сетью по заданным правилам. В их функции входит объединение всех средств и формирование алгоритмов управления, обеспечивающих QoS на всех участках сети.

Специальное ПО, которое использует данные мониторинга и параметры администрирования, будет следить за работой сети, определять оптимальные способы реализации заданного уровня QoS и динамически настраивать маршрутизаторы и коммутаторы. Серверы правил будут "опираться" и на данные сетевых каталогов, устанавливая с их помощью, какие уровни служб соответствуют уровню запроса пользователя или приложения. Для связи серверов и каталогов чаще всего будет служить протокол LDAP (Lightweight Directory Access Protocol - облегченный протокол доступа к каталогам).


<< НАЗАД ] [ ОГЛАВЛЕНИЕ ] [ ВПЕРЕД >>