ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГАРАНТИРОВАННОГО КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ (QoS) В ИНТЕРНЕТЕ

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГАРАНТИРОВАННОГО
КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ (QoS) В ИНТЕРНЕТЕ
А.М.Робачевский
Республиканский научный центр компьютерных телекоммуникационных сетей
высшей школы (Вузтелекомцентр), Санкт-Петербург
Тел.: (812) 233-19-19, факс: (812) 233-85-23, e-mail: andrei@run.net
Качество сервиса сегодняшнего Интернета явно не соответствует той роли, которую
он все больше играет в жизни человечества. Уже сегодня существует значительная
потребность в сервисах различного класса. Например, компании, занимающиеся Webхостингом, готовы заплатить дополнительную сумму за обеспечение стабильного и
быстрого доступа к их ресурсам. Другой класс обслуживания, гарантирующий низкие
задержки, их вариацию и уровень потерь, будет, безусловно, востребован
пользователями таких приложений, как компьютерная телефония и
видеоконференцсвязь. Наконец, останется часть пользователей, по-прежнему
ожидающей от Интернета лишь связности и передачи данных в разумные сроки.
Логично также предположить, что стоимость услуг этого класса будет неуклонно
снижаться, а качество обслуживания и возможность выбора уровня сервиса станут
главными факторами в конкурентной борьбе между сервис-провайдерами.
Какие же элементы Интернета могут быть модифицированы для обеспечения должного
уровня? В ответ на растущую потребность в повышении QoS в рамках IETF был
предложен ряд моделей, наиболее значительными из которых являются модель
интегрированных услуг и модель дифференцированных услуг. Обе эти модели
основываются на предположении дефицитности такого ресурса как пропускная
способность, обе они предлагают способы взвешенного распределения имеющегося
ресурса между различными классами трафика. Указанные модели предназначены для
разработки рекомендаций и стандартов, способствующих повышению качества
Интернет-услуг.
Модель интегрированных услуг
В рамках модели интегрированных услуг рассматривается три класса сервиса:
– гарантированный сервис (Guaranteed Service, RFC2212);
– прогнозируемый сервис (Predictive Service, RFC2211);
– сервис доступного качества (Best Effort Service).
Основу философии ИУ составляют два положения:
1. Маршрутизаторы имеют возможность резервировать полосу пропускания для
отдельных потоков. Для этого, во-первых, каждый маршрутизатор домена ИУ должен
хранить состояние и параметры существующих потоков. Во-вторых, резервирование
предполагает классификацию полученных пакетов по принадлежности к классу трафика
или потоку, и приоритетную обработку пакетов в соответствии с проведенной
классификацией.
2. Резервирование ресурсов для потока производится по требованию. В качестве
протокола сигнализации в модели ИУ выбран RSVP (Resource reSerVation Protocol).
Процесс резервирования начинается с того, что отправитель (приложение) посылает
получателю сообщение, в котором указываются характеристики предполагаемого
потока и необходимые ресурсы. При получении этого сообщения, получатель
формирует сообщение-отклик для регистрации потока и резервирования сетевых
ресурсов. Каждый из маршрутизаторов по пути следования этого сообщения
обрабатывает его и, если возможно, резервирует требуемые ресурсы. Если на какомлибо участке сети запрос не может быть выполнен, получателю направляется
сообщение об ошибке и процесс завершается освобождением всех зарезервированных
для данного потока ресурсов.
Для того чтобы воспользоваться гарантированным или прогнозируемым сервисом,
приложение должно предварительно выполнить резервирование. Результат зависит от
того, имеет ли приложение право запросить такое резервирование и достаточно ли
по пути следования потока ресурсов. Для услуг доступного качества резервирования
не требуется, но и качество передачи непредсказуемо.
Концепция ИУ вполне применима в корпоративных сетях среднего размера, но
внедрение этой модели в глобальном Интернете сталкивается с серьезными
проблемами.
Во-первых, это необходимость глобальной модификации Интернета. Если часть сетей
поддерживает ИУ и RSVP, а часть – нет, то сквозное резервирование становится
невозможным и, как следствие, основной услугой по-прежнему является доступное
качество.
Во-вторых, низкая масштабируемость самой модели резервирования. Объем
информации, который должен хранить и обрабатывать маршрутизатор, прямо
пропорционален количеству потоков. Учитывая, что сегодня в опорных сетях
Интернета количество потоков достигает сотен тысяч, можно представить, какой
производительности оборудования требует эта модель.
Наконец, сложность системы учета, и контроля допуска. Поскольку резервирование
производится на уровне приложений, сложно создать систему допуска в глобальном
масштабе.
Модель дифференцированных услуг
Более реалистичной выглядит другая модель, разработанная IETF, – модель
дифференцированных услуг. Вместо того чтобы производить резервирование для
отдельных потоков, оговоренные сетевые ресурсы предоставляются ограниченному
числу классов трафика. В рамках модели принадлежность пакета к тому или иному
классу определяется по 6-битному полю DS заголовка IP-пакета, которое призвано
заменить существующее поле Type of Service (TOS) в IPv4 и поле Traffic Class для
IPv6. Таким образом, поле DS определяет схему обработки пакетов в сети и,
соответственно, класс сервиса.
Для реализации этой модели между клиентом и сервис-провайдером заключается так
называемое соглашение об уровне сервиса (Service Level Agreement, SLA). В рамках
SLA определяются классы поддерживаемых сервисов и полоса пропускания для каждого
класса. SLA могут быть как статическими, устанавливаемыми административно, так и
динамическими. В последнем случае, в качестве протокола сигнализации между
клиентом и провайдером может использоваться RSVP.
Клиент маркирует исходящий трафик, устанавливая различные значения DS-поля
пакетов, и, тем самым, получает различный сервис в соответствии с заключенным
SLA. Для выполнения условий SLA клиент следит, чтобы исходящий трафик в рамках
каждого класса не превышал определенной полосы пропускания. В свою очередь,
сервис-провайдер обеспечивает оговоренное качество обслуживания для трафика
каждого класса путем настройки системы приоритетов и механизма диспетчеризации
на маршрутизаторах сети. При передаче пакета по ДУ из одного домена в другой,
например, от одного сервис-провайдера другому, DS-поле может быть изменено в
соответствие SLA между этими сервис-провайдерами.
Отличия этой модели от модели ИУ достаточно очевидны. Во-первых, в сети может
существовать лишь небольшое количество потоков, соответствующих различным
классам трафика (6 бит поля DS позволяют определить максимум 64 класса). Потоки
от различных отправителей и приложений, будучи отмечены одинаково, получат один
и тот же уровень сервиса. Благодаря этому, количество информации, которую
маршрутизаторы должны хранить и обрабатывать на несколько порядков меньше, чем в
случае ИУ. Более того, оно не зависит от размера сети или от числа клиентов, а
лишь определяется числом уровней сервиса, которые обеспечивает провайдер. Вовторых, классификацию, контроль допуска и потребления ресурсов – операции,
требующие значительных вычислительных затрат – необходимо производить только на
границе клиент-сервис-провайдер. Тем самым существенно разгружаются опорные
маршрутизаторы сети, в отличие от ИУ, когда каждый из маршрутизаторов на пути
потока вынужден выполнять эти задачи. В-третьих, внедрение этой модели можно
проводить последовательно. В сетях, не признающих ДУ, весь трафик получит
традиционное доступное качество. В сетях с ДУ – нечто большее, в зависимости от
назначенного класса. В любом случае, в "среднем по Интернету" качество
обслуживания должно возрасти.
Существующие реализации гарантированного качества обслуживания
В докладе будут рассмотрены модели и их реализации в крупных национальных и
международных проектах:
– сеть Qbone, созданная в рамках инициативы Internet2;
– сеть TEN-155, высокоскоростная панъевропейская сеть.