Поговоримо про терміни що означає qos

Ерік ХІНДІН
Network World

Більшості Новомосковсктелей знайоме поняття гарантованої якості послуг (QoS), проте пояснити колезі сенс деяких термінів, пов'язаних з цим поняттям, зуміє далеко не кожен. І якщо ви ще не стикалися з такою проблемою, то не виключено, що вам її все-таки не уникнути. Короткий огляд принципів, на яких базується надання послуг зв'язку з гарантованою якістю, допоможе вам розібратися в мудрованої термінології і перевести її з спеціального мови на звичайну.

Забезпечити гарантовану якість послуг - значить, розподілити внутрішні мережеві ресурси комутаторів і маршрутизаторів таким чином, щоб дані могли передаватися точно за призначенням, швидко, стабільно і надійно. Оскільки з кожним роком мережеві додатки вимагають для своєї роботи все більшої смуги пропускання і менших тимчасових затримок, підтримка QoS виходить на перший план при виборі покупцями мережевий апаратури.

Однак загальне поняття "гарантія якості послуг" розкривається цілим рядом спеціальних термінів, які з легкістю використовують виробники обладнання в технічних описах своїх продуктів. І розібратися в них - завдання не з простих.

Ось, наприклад, витяг з прес-релізу, присвяченого випуску комутатора Catalyst 8500 компанії Cis-co Systems: "Архітектура комутатора підтримує потокове обслуговування трафіку, пріоритезацію з диференційованої затримкою на базі пропорційного циклічного диспетчера для чутливих до затримок додатків і пріоритезацію з диференційованими втратами для управління навантаженням; забезпечені також підтримка правил передачі трафіку і можливість його формування. Швидку пам'ять, вбудовану в схему комутатора, можна динамічно розпод делять між чергами по потоковому принципом (принципу черг). Динамічний розподіл пам'яті в поєднанні з задаються користувачем числом черг і їх відносної значущістю гарантує коректну передачу чутливого до затримок трафіку без втрати пакетів ".

Як домогтися якості

Існує не дуже багато способів забезпечення QoS. Найпростіший з них - збільшення пропускної здатності мережі за рахунок нарощування апаратних можливостей обладнання. Можна використовувати і такі прийоми, як завдання пріоритетів даних, організація черг, запобігання перевантажень і формування трафіку. Управління мережею за заданими правилами в перспективі має об'єднати всі ці способи в єдину автоматизовану систему, яка гарантуватиме якість послуг абсолютно на всіх ділянках мережі.

Збільшення апаратної потужності, безсумнівно, є найбільш ефективним засобом реалізації QoS в локальній мережі. Тиск з боку конкурентів, необхідність підвищення ефективності виробництва, поява нових технологій, що дозволяють оснащувати спеціалізовані мікросхеми (ASIC) найрізноманітнішими функціями, - все це змушує постачальників комутаційного обладнання для локальних мереж викидати на ринок все більш швидкодіючі пристрої за цінами, порівнянними з вартістю моделей колишнього покоління.

Малоймовірно, що в доступному для огляду майбутньому даний підхід до підтримки QoS в локальних мережах перестане бути пріоритетним. Оскільки в локальних мережах вдається забезпечити гарантовану якість послуг, не вдаючись до дорогої модернізації всього обладнання і серйозних змін в системі управління мережею, мережеві адміністратори будуть звертати увагу і на програмні засоби, що дозволяють реалізувати QoS.

Отже, найбільшого поширення, швидше за все, отримає комбінований підхід. Деякі виробники висловлюються в його користь, стверджуючи, що найкраще збільшувати пропускну здатність мережі не безпосередньо, а за рахунок інтелектуальних можливостей обладнання, яке має засоби забезпечення QoS. Правда, виробники мережевих пристроїв навряд чи можуть бути об'єктивними в цьому питанні, так як вони зацікавлені в збуті тих самих продуктів, які підтримують гарантовану якість послуг.

У глобальних мережах нарощування апаратних потужностей використовується рідше. Звичайно, зниження вартості смуги пропускання зробило б передачу даних по глобальних мережах доступною для більш широкого кола користувачів (і навіть трохи знизило б актуальність впровадження гарантованої якості послуг). Але в найближчому майбутньому вартість смуги пропускання в глобальних мережах залишатиметься досить високою, тому і нарощування апаратної потужності не стане настільки популярним, як в локальних мережах.

призначення пріоритетів

Нарівні з нарощуванням апаратного забезпечення мережі для реалізації QoS застосовуються і засоби типу завдання пріоритетів даних і організації черг. Маршрутизатор підтримують ці механізми протягом багатьох років, як і деякі з нових комутаторів для каналів Gigabit Ethernet. Однак ПО для управління мережею за заданими правилами, яке необхідно для практичного втілення цієї технології, поки не розроблено. Серед нових комутаторів такого класу можна назвати CoreBuilder 3500, CoreBuilder 9000 і SuperStack II компанії 3Com, пристрої серії Accelar фірми Bay Networks, SmartSwitch Router компанії Cabletron Systems, а також Catalyst 5000 і Catalyst 8000 виробництва Cisco.

Способи пріоритезації даних можна умовно поділити на явні і неявні.

При явною пріоритетності даних користувач або додаток запитує певний рівень служби, а комутатор або маршрутизатор намагається задовольнити запит. Ймовірно, найпопулярнішим механізмом явною пріоритетності стане протокол IP Precedence (протокол старшинства), який отримав другу назву IP TOS (IP Type Of Service), - один з розділів четвертої версії протоколу IP.

IP TOS резервує спеціальне поле в заголовку пакета, де можуть бути вказані ознаки QoS, що визначають час затримки, швидкість пропускання і рівень надійності передачі пакета. Остання версія ПО Winsock в ОС Windows 98 і Windows NT дозволяє адміністратору вводити таке поле в заголовок. Однак знайдеться небагато популярних додатків - за винятком мультимедійного ПО, - в яких реалізована підтримка протоколу IP TOS.

Зараз розробляється протокол резервування ресурсів RSVP, який передбачає більш складний, ніж в IP TOS, механізм передачі від додатка до машрутізатору запиту на гарантовану якість послуг. Як і IP TOS, протокол RSVP поки не отримав широкої підтримки розробників - він реалізований лише в окремих типах маршрутизаторів. Поширення RSVP стримується через те, що не вирішено деякі питання, пов'язані з сумісністю різних мереж. До того ж застосування RSVP значно збільшує навантаження на маршрутизатори і може привести до зниження швидкодії цих пристроїв.

Мабуть, в доступному для огляду майбутньому неявна приоритезация, що не вимагає серйозних обчислювальних потужностей маршрутизатора, залишиться більш популярною, ніж явна. Крім того, при явному завданні пріоритетів значно ускладнюється управління мережею. Кінцеві користувачі, швидше за все, будуть налаштовувати своє програмне забезпечення на запит найвищого з можливих рівнів послуг. Відповідно, адміністратору мережі доведеться розробляти правила управління користувачами і, можливо, навіть налаштовувати служби з гарантованою якістю для кожного користувача окремо.

Організація і обслуговування черг

Після того як переданим по мережі даними призначені відповідні пріоритети (за допомогою явних або неявних методів), потрібно визначити порядок передачі цих даних, задавши алгоритм обслуговування черг з необхідною якістю (рівнем QoS). По суті, черги є області пам'яті комутатора або маршрутизатора, в яких групуються пакети з однаковими пріоритетами передачі. Алгоритм обслуговування черги визначає порядок, в якому відбувається передача зберігаються в ній пакетів. Сенс застосування всіх алгоритмів зводиться до того, щоб забезпечити найкраще обслуговування трафіку з більш високим пріоритетом за умови, що і пакету з низьким пріоритетом гарантується відповідне увагу.

Мал. 1 Механізми явною і неявній пріоритетності

При використанні способів завдання явних і неявних пріоритетів (рис. 1) алгоритм обробки черг визначає порядок їх обслуговування (в даному прикладі він циклічний). Відповідно до цього алгоритмом на кожні два пакети, переданих в мережу з черги 1 (з високим пріоритетом) припадає по одному пакету з черг 2 і 3. Пакети з однаковими пріоритетами передаються за принципом FIFO ( "першим прийшов - першим вийшов").

Якщо в мережі виникає перевантаження, служба черг не гарантує своєчасного досягнення пункту призначення найбільш важливими даними. Гарантується лише те, що ці пакети будуть передані раніше, ніж мають більш низький пріоритет.

Сучасні служби QoS вирішують таке завдання за рахунок резервування смуги пропускання. Кожній з черг (або їх груп) виділяється заздалегідь задана величина смуги пропускання, що гарантує певну смугу пропускання для черги з більш високим пріоритетом. Для критичних ситуацій, коли обсяг даних в черзі перевищує розміри смуги пропускання, в алгоритмах обслуговування зазвичай передбачається передача трафіку з високим пріоритетом на смугу пропускання, "що належить" черг з низьким пріоритетом, і навпаки.

Найпростіші алгоритми обслуговують кожну чергу за принципом FIFO. При цьому передача кадрів великого розміру, що мають високий пріоритет, може призводити до затримок трафіку іншої програми з настільки ж високим пріоритетом, але меншим обсягом.

У більш складних алгоритмах робиться спроба "справедливої" обробки черг. Наприклад, алгоритм рівномірного пропорційного (або зваженого) обслуговування (WFQ - Weighted Fair Queuing), розроблений компанією Cisco, поділяє додатки на що вимагають великої і малої ширини смуги пропускання, а сама смуга пропускання розподіляється між усіма додатками порівну. Слід зазначити, що основні виробники маршрутизаторів самі розробляють алгоритми обслуговування черг і використовують для їх опису власну термінологію.

При потокової організації черг кожної мережевої сесії користувача виділяється окрема черга. В даний час цей механізм реалізований в комутаторах Catalyst 8500 компанії Cisco і Content Smart Switch компанії Arrowpoint Communications (пристрої виконані на базі набору мікросхем Anyflow 5500 фірми MMC Networks). Однак при збільшенні числа черг зростає і складність пристрою, а це неминуче відбивається на його вартості, ускладнює настройку та управління мережею.

управління навантаженням

Служба QoS дає можливість використовувати для управління мережею два важливі механізми - управління в умовах перевантаження і запобігання перевантажень. Перший з них дозволяє кінцевої станції відразу знижувати швидкість передачі даних, коли в мережі починається втрата пакетів. У протоколах TCP / IP і SNA цей механізм підтримується вже протягом декількох років. І хоча сам по собі він не гарантує якості передачі, при його використанні разом з механізмом запобігання перевантажень результати виявляються набагато кращими. У мережах TCP / IP механізм запобігання перевантажень застосовується досить давно, але лише в останні роки він стає стандартом "де-факто" для маршрутизаторів телекомунікаційних мереж і Internet.

Стандартним способом запобігання перевантажень в мережі стало застосування механізму випадкового виділення пакетів (Random Early Detection, RED). При заповненні черг вище певної критичної позначки цей механізм змушує маршрутизатор вибирати з черги за випадковим законом деякі пакети і "втрачати" їх. Швидкість передачі даних станціями-відправниками знижується, що і дозволяє уникнути переповнення черги.

Механізм пропорційного випадкового виділення пакетів - WRED (Weighted RED) - можна вважати такою, більш досконалої "версією" RED. Він передбачає, що вибір пакетів, які повинні "загубитися", буде відбуватися з урахуванням їх пріоритетності згідно IP TOS.

формування трафіку

Формування трафіку - це загальний термін, яким прийнято позначати різні способи маніпулювання даними для підвищення якості їх передачі. Один з таких способів - сегментація пакетів. У мережах АТМ гарантовано високий рівень QoS досягається в тому числі і за рахунок малого розміру переданих пакетів (осередків - в термінології ATM). Максимальний час затримки при передачі будь-якого пакету мережі ATM - це час передачі одного осередку.

Ще один спосіб формування трафіку - його "вирівнювання". Для таких протоколів, як наприклад, AppleTalk, характерна нерівномірна передача пакетів, що часом призводить до появи в мережі послідовностей або ланцюжків пакетів, а отже - до її перевантаження. Процедура вирівнювання трафіку дозволяє розчленувати ланцюжка шляхом розміщення пакетів в буфері перед їх передачею в мережу. Для забезпечення більш рівномірного передачі даних можна також вирівнювати трафік кінцевих вузлів мережі.

Дозволена смуга пропускання

Об'єднання всіх засобів

Незалежно від того, за допомогою яких засобів реалізується QoS в маршрутизаторі або комутаторі, цей пристрій виконує свою частину роботи з передачі даних окремо від інших елементів мережі. Пакет, успішно пройшов кілька вузлів, може "застрягти" в пристрої, що не підтримує необхідні механізми гарантії якості послуг. Пристрої, через які пакет вже пройшов, не можуть вплинути на його маршрут, щоб запобігти потраплянню пакета в недосконалий елемент мережі.

Мал. 2. Управління мережею за заданими правилами: 1 - інструкції із застосування правил (протокол SNMP); 2 - умови роботи мережі

Однак в даний час вже розробляються так звані policy-based management systems, т. Е. Системи управління мережею за заданими правилами (рис. 2). У їх функції входить об'єднання всіх засобів і формування алгоритмів управління, що забезпечують QoS на всіх ділянках мережі.

Спеціальне ПО (сервер правил), яке використовує дані моніторингу і параметри адміністрування, буде стежити за роботою мережі, визначати оптимальні способи реалізації заданого рівня QoS і динамічно налаштовувати маршрутизатори і комутатори. Сервери правил будуть "спиратися" і на дані мережевих каталогів (наприклад, NDS фірми Novell), встановлюючи з їх допомогою, які рівні служб відповідають рівню запиту користувача або додатки. Для зв'язку серверів і каталогів найчастіше буде служити протокол LDAP (Hight-Weight Directory Access Protocol - полегшений протокол доступу до каталогів).

Поява ПО серверів правил вже не за горами. Його використання предус-Мотря в нових продуктах компаній Bay Networks (Optivity Policy Services), 3Com (PolicyPowered Networking) і Cisco (CiscoAssure Policy Networking).

Оскільки реального сервера правил на ринку ще немає, залишається тільки гадати, наскільки простими в експлуатації і економічними виявляться нові системи, що забезпечують гарантовану якість послуг. Поки очевидно одне: для їх успішної роботи дуже важлива правильна організація всієї мережі. Такі послуги коштують дорого, реалізувати їх непросто, і не завжди використання навіть найдосконаліших механізмів служби QoS може компенсувати недоліки мережі. За моїми оцінками, служби QoS доцільно застосовувати так: в ЛВС - на магістральних лініях, а в глобальних мережах - на кінцевих ділянках.

Повертаючись до початку

Тепер, коли ми познайомилися з основними термінами, пов'язаними з поняттям гарантованої якості послуг, сенс наведеного на початку статті уривка з прес-релізу компанії Cisco має прояснитися. Там говориться наступне. Комутатор Catalyst 8500 може створювати для кожної відкритої користувачами сесії окрему чергу; для обслуговування черг він використовує алгоритм WFQ, що надає кожному потоку даних конкретний рівень служби. Комутатор запобігає перевантаження мережі, підтримує формування трафіку і управління ним на базі заданих правил. Завдяки всьому цьому реалізується QoS.