Качество обслуживания (службы QoS)

Основное требование к компьютерной сети – это выполнение сетью того набора услуг, для которого она предназначена. К таким услугам могут отно- ситься:

• доступ к файловым архивам;

• доступ к страницам веб-сайтов;

• обмен с использованием электронной почты;

• интерактивный обмен с помощью IР-телефонии;

• потоковое видео и т. д.

В общем случае качество обслуживания (Quality of Service – QoS) опре-

деляет вероятностные оценки выполнения тех или иных требований, предъяв- ляемых к сети пользователями или приложениями.

Например, при передаче голосового трафика пакеты должны доставляться с задержкой не более N мс. Вариация задержки не должна быть более М мс и М << N. Это требование должно выполняться сетью с вероятностью 0,95.

Поддержка QoS требует взаимодействия всех сетевых элементов (кон- центраторов, маршрутизаторов, коммутаторов) на пути следования трафика, т. е «из конца в конец». Гарантия обеспечения QoS зависит от самого «слабо- го» элемента между отправителем и получателем.

Традиционно сети поддерживают три типа QoS.

Сервис Best effort – сервис с максимальными усилиями. Это означает, что сеть не дает никаких гарантий на обслуживание (Ethernet, Token Ring, IР, Х25).

Сервис с предпочтением (называют «мягким» сервисом QoS). Здесь некоторые виды трафика обслуживаются лучше остальных. Но характеристики обслуживания точно неизвестны – они зависят от характеристик трафика.

Например, при высокой интенсивности высокоприоритетного трафика может совсем прекратиться обслуживание трафика с низким приоритетом.

Гарантированный сервис (называют «жестким» или «истинным» сер- висом QoS). Различным типам трафика даются статистические гарантии. Обычно этот тип QoS основан на предварительном резервировании сетевых ресурсов для каждого из потоков, получивших гарантии обслуживания.

Однако эти гарантии носят статистический характер и требуют кон- троля интенсивности входных потоков с тем, чтобы это значение не превышало заранее оговоренную величину.

Такой тип QoS применяется обычно для обслуживания приложений, для которых важны гарантии пропускной способности и/или задержек. Например, это может быть трафик видеоконференции или трафик, поступающий от изме- рительных систем реального времени.

Между поставщиком и потребителем сервиса заключается договор, ко- торый называется соглашением об уровне обслуживания – Service Level Agreement, SLA.

 

В соглашении определяются:

• параметры качества трафика (средняя пропускная способность, макси- мальные задержки и их вариации, максимальная интенсивность потерь инфор- мации, козффициент готовности сервиса, максимальное время восстановления сервиса после отказа и т. п.);

• методы измерения качества обслуживания;

• система оплаты за обслуживание;

• санкции за нарушение обязательств поставщиком услуг;

• меры, предпринимаемые, если трафик пользователя превышает согла- сованное значение (отбрасывание пакетов или пометка о возможности их по- следующего отбрасывания).

Таким образом, уровни обслуживания ориентированы и зависят от тре- бований, которые предъявляют к сети пользователи.

 

Требования разных типов приложений

Требования разных типов приложений классифицируются по трем пара- метрам:

• предсказуемость скорости передачи данных;

• чувствительность трафика к задержкам пакетов;

• чувствительность графика к потерям и искажениям пакетов.

Предсказуемость скорости передачи данных. Приложения делятся на

2 класса:

• потоковый трафик (рис. 7.1);

• пульсирующий поток (рис. 7.2).

Приложения с потоковым трафиком порождают поток с постоянной би-

товой скоростью – Constant Bit Rate, CBR

Рис. 7.1. Потоковый график

тока.

Средняя скорость СВК = В / Т (бит/с), где В – размер пакета, Т – период по-

 

Приложения же с пульсирующим трафиком отличаются высокой степенью

непредсказуемости. Они характеризуются переменной битовой скоростью – Var- iable Bit Rate, VBR.

Рис. 7.2. Пульсирующий поток

Такой поток характеризуют коэффициентом пульсации в виде отношения средней скорости на определенном коротком интервале к средней скорости на всем интервале сеанса связи.

Например (см. рис. 7.2): K п1 = V 1 V ср, K п2 = V 2 V ср.

 

100:1

Обычно значения коэффициента пульсации находятся в интервале от 2:1 до

 

Чувствительность трафика к задержкам пакетов. В порядке повыше-

ния чувствительности к задержкам используется следующая классификация:

• Асинхронные приложения. Практически нет ограничений I (пример — электронная почта).

• Синхронные приложения. Чувствительны к задержкам, но допускают их в некоторых пределах.

• Интерактивные приложения. Здесь задержки замечаются пользовате- лями, но не сказываются негативно на функциональности приложения. Пример – текстовый редактор, работающий с удаленным файлом.

• Изохронные приложения. В них присутствует порог чувствительности к задержкам, после которого резко снижается функциональность. Пример: передача речи. При задержках более 100–150 мс резко снижается качество передаваемого голоса.

• Сверхчувствительные к задержкам приложения. Задержка может при- вести к потере функциональности. Пример: управление объектами в реальном времени (задержка может привести к аварии).

Чувствительность трафика к потерям и искажениям пакетов. В этой категории трафика различают 2 группы:

• чувствительные к потерям приложения. Сюда относятся файловый сервис, сервис баз данных, электронная почта и т. д. – все приложения, передаю- щие алфавитно-цифровые данные;

• устойчивые к потерям приложения. Это приложения, порождающие трафик, несущий информацию об инерционных физических процессах. Сюда относится большая часть мультимедийных приложений (передача аудио- или видеотрафика).

Однако устойчивость такого трафика имеет предел. Например, процент потерянных пакетов не должен превышать 1%.

Не любой мультимедийный трафик устойчив к потерям. Например, ком- прессированные голос и видео очень чувствительны к потерям и поэтому от- носятся к первому типу приложений.

Возможны сочетания чувствительностей по отношению к некоторым конкретным видам трафика. Например, сочетанию равномерного потока, изо- хронного приложения, устойчивости к потерям соответствуют:

• IР-телефония;

• поддержка видеоконференций;

• аудиовещание через Интернет.

Таких устойчивых сочетаний характеристик относительно немного.

 

Изложенная классификация приложений лежит в основе типовых требо- ваний к параметрам и механизмам качества обслуживания в современных сетях.

Вероятностно-временные характеристики качества обслуживания подоб- ных требований зависят чаще всего от: скорости передачи данных; задержки передачи пакетов; уровня потерь и искажений пакетов.

Механизмы QoS могут только управлять распределением имеющейся пропускной способности сети в соответствии с требованиями приложений. А распределение имеющейся пропускной способности сети сводится к управ- лению трафиком сети.