Що таке qos інженерна компанія «теквел»

Під якістю обслуговування (QoS) розуміється здатність мережевої інфраструктури надавати покращене обслуговування певного виду переданого трафіку за допомогою різних технологій.

Якість обслуговування на другому рівні моделі OSI (канальному) в межах одного мережевого елемента забезпечується за рахунок використання моделі диференційованого обслуговування (Differentiated Service - DiffServ) і забезпечується:

Класифікацією і розміткою трафіку.
Управлінням перевантаженнями (механізми черг).

Слід зазначити, що дана модель починає працювати лише в разі появи черг і перевантажень.

Відповідно до стандарту МЕК 61850 всі комунікаційні процеси передачі даних здійснюються за допомогою технології Ethernet. Дана технологія визначає формат Ethernet кадрів (фреймів), лінії з'єднання (середу передачі), електричні і світлові сигнали на фізичному рівні, протоколи управління доступом до середовища - на другому рівні моделі OSI (канальному). Основні методи і технології Ethernet описуються сімейством протоколів IEEE 802.3.

Протокол Ethernet в чистому вигляді не підтримує функцію пріоритетності трафіку, тому поряд зі стандартним протоколом Ethernet IEEE 802.3, організація IEEE розробила стандарт створення віртуальних локальних мереж VLAN IEEE 802.1q. У стандарті IEEE 802.1q передбачається вставка додаткового чотирьохбайтового тега VLAN в заголовок Ethernet вихідного фрейму, що містить мітку пріоритету (Priority) класу обслуговування (Class of Service - CoS) IEEE 802.1p.

Мал. 1. Структура кадру Ethernet відповідно до стандарту IEEE 802.1q.

Класифікація і розмітка трафіку

Комутатори 2-го рівня PULLNET сімейства AGENT-2 дозволяють розрізняти кадри Ethernet (класифікувати трафік) за параметрами мітки пріоритету (Priority) IEEE 802.1p. Значення пріоритету в залежності від типу трафіку наведені в таблиці 1. Стандарт МЕК 61850 за замовчуванням передбачає для GOOSE повідомлень і вибірок миттєвих значень SV пріоритет рівний 4.

Таблиця 1. Класи трафіку відповідно до стандарту IEEE 802.1p.

Таким чином класифікація і розмітка трафіку вирішує два завдання:

Віднесення переданих даних до певного класу трафіку
Призначення переданому кадру відповідного пріоритету.

Управління перевантаженнями (механізми черг)

Перевантаження виникає в разі переповнення вихідних буферів передавального трафік обладнання. Основними механізмами виникнення перевантажень (або, що рівнозначно, скупчень - congestions) є агрегація трафіку (коли швидкість вхідного трафіку перевищує швидкість вихідного) і неузгодженість швидкостей на інтерфейсах. Управління пропускною здатністю в разі перевантажень (вузьких місць) здійснюється за допомогою механізму черг. Кадри Ethernet поміщаються в черзі, які впорядковано обробляються за певним алгоритмом. Фактично, управління перевантаженнями - це визначення порядку, в якому фрейми виходять з інтерфейсу (черг) на основі пріоритетів. Якщо перевантажень немає - черги не працюють.

Так як черги не нескінченні, вони можуть заповнюватися і переповнюватися. Якщо чергу вже заповнена, то нові пакети в неї не потрапляють і відкидаються. Це явище називається кінцевими втратами. Проблема кінцевих втрат полягає в тому, що в цій ситуації комутатор не може не відкидати даний фрейм, навіть якщо він має високий пріоритет. Таким чином, необхідний механізм, що виконує наступні дві операції:

З'ясувати, чи дійсно чергу переповнена і чи немає в ній місця для фреймів з високим пріоритетом.
Сформувати політики, за якими в першу чергу будуть відкидатися фрейми з більш низьким пріоритетом, і тільки потім - з більш високим.

Пріоритезація використовується для класифікації фреймів шляхом їхньої прив'язки до однієї з черг виходу. Мітка пріоритету IEEE 802.1p для призначень черзі визначається користувачем. Комутатори 2-го рівня PULLNET сімейства AGENT-2 підтримують 4 черги пріоритетів. У таблиці 2 представлена докладна інформація по мітках пріоритету для параметрів черзі, встановлених на комутаторі PULLNET за замовчуванням.

Таблиця 2. Прив'язка CoS (Class of Service) до черги пересилання даних за замовчуванням.

Після процесу класифікації фрейми можна прив'язати до певної черги (черг) в залежності від мітки пріоритету CoS.

Налаштування черг виходу здійснюється за допомогою схеми планування одного з наступних способів:

Строгий пріоритет (Strict Priority - SP).
Зважений циклічний алгоритм (Weighted Round Robin -WRR).

Строгий пріоритет (Strict Priority) - гарантує, що чутливі до часу додатки передаються завжди. Строгий пріоритет (Strict Priority) дозволяє привласнити трафіку, залежному від цільового призначення і чутливості до часу, найвищий пріоритет перед менш чутливими до часу даними. Тобто фрейми, що знаходяться в черзі з високим пріоритетом, обробляються першими. Кадри Ethernet з наступної за пріоритетом обслуговування черги почнуть передаватися тільки після того, як спорожніє високопріоритетних чергу. Наприклад, передача голосу по IP здійснюється до пересилання трафіку FTP або електронної пошти (SMTP). Недоліком даного методу є те, що дані з низьким пріоритетом можуть тривалий час не оброблятися.

Мал. 2. Механізм обробки черг «Строгий пріоритет» (Strict Priority) при постановці фреймів в чергу відповідно до настройками за замовчуванням в комутаторах PULLNET.

Зважений циклічний алгоритм (WRR) - гарантує, що окремий додаток не використовуватиме всі ресурси з пересилання, доступні за допомогою модуля комутатора Ethernet. За допомогою WRR здійснюється пересилання всіх черг в циклі.

При наявність декількох черг фрейми можуть бути поміщені в різні черги і обслуговуватися за зваженим циклічним алгоритмом (Weighted Round Robin - WRR). Всередині черги встановлюються вагові коефіцієнти (Weight Value) - в комутаторах AGENT-2 це значення від 1 до 20. Вони грають роль вихідних точок, за якими визначається, з якою ймовірністю може бути відкинутий пакет. Процес обробки черг здійснюється по круговому принципом, починаючи з самої пріоритетною черзі. З кожної непорожній черги передається певний обсяг трафіку, пропорційний призначеного їй вагового коефіцієнту, після чого виконується перехід до наступної по спадаючій пріоритету черзі і так далі по колу.

Мал. 3. Механізм обробки черг «Зважений циклічний алгоритм» (Weighted Round Robin) при постановці фреймів в чергу відповідно до настройками за замовчуванням в комутаторах PULLNET.

Все черзі, за винятком черг SP, можуть працювати за схемою WRR. Черги SP обслуговуються безпосередньо перед чергами WRR. Якщо потік трафіку мінімальна і черги SP не займають всю смугу пропускання, призначену для порту, то черги WRR використовують смугу пропускання спільно з чергами SP. При цьому решта смуги пропускання розподіляється відповідно до вагових коефіцієнтів. Даний комбінований механізм «SP + WRR» доступний в комутаторах PULLNET AGENT-2.

Мал. 4. Введення / висновок з роботи QoS.

Мал. 5. Вибір черзі відповідно до пріоритетом.