НИМ «Качество услуг в современных сетях связи»

Приложение 2.2
Научно-информационный материал «Качество услуг в современных сетях
связи»
Что такое качество услуги?
Для пользователей:
Ощущение того, что их приложения работают хорошо (корректно)
•Голосовая связь – нет искажений голоса, нет потерь вызовов;
•Видео – высокое качество изображения, нет задержек;
•Данные – высокая скорость передачи, отсутствие ошибок и сбоев.
Для операторов связи:
Максимальное использования собственных ресурсов (сети) при соблюдении
ожидаемого качества передачи информации
• контроль задержек передаваемых пакетов;
• контроль вариации задержек;
• контроль уровня потерь пакетов.
Основные понятия
Качество услуги (Quality of Service, QoS) – совокупный показатель
эксплуатационных характеристик услуги, определяющий степень
удовлетворенности пользователя услугой.
Обеспеченность – способность оператора сети связи предоставлять обслуживание
(набор услуг) и помогать потребителю использовать его.
Удобство использования – свойство услуги, характеризующее, насколько успешно
и легко потребитель может ее использовать.
Действенность – свойство услуги быть предоставленной тогда, когда это
необходимо потребителю, и продолжаться без чрезмерного ухудшения в течение
требуемого времени (в пределах определенных заданных условий).
Безопасность – свойство услуги быть защищенной от несанкционированного
доступа, злонамеренного и неправильного использования, преднамеренной порчи,
ошибок в использовании и стихийных бедствий.
Доступность – свойство услуги быть предоставленной тогда, когда это необходимо
пользователю.
Непрерывность – свойство услуги, будучи предоставленной, продолжаться в
течение требуемого времени.
Целостность – свойство услуги, будучи предоставленной, обеспечиваться без
чрезмерного ухудшения.
Пользователь предъявляет к услуге потребительские требования. Потребительские
требования к услуге выражаются с помощью показателей качества услуги.
1
Выполнение этих требований обеспечивается выполнением технических требований
к услуге, которые выражаются с помощью показателей качества
функционирования сети. Выполнение нормативов по показателям качества услуги
возможно благодаря выполнению нормативов по соответствующим показателям
качества функционирования сети.
Взаимосвязь потребительских свойств услуги и показателей качества указывается в
спецификациях на услугу, являющихся технической частью соглашения об уровне
обслуживания.
Общие принципы внедрения QoS
Принцип 1. Четко определить цели компании/бизнеса (например, защищенная
передача головой/видео информации и/или данных, защита от DoS/worm атак).
Принцип 2. Придерживаться правила: чем меньше количество приложений с
наивысшими требованиями к QoS, тем лучше.
Принцип 3. Удостовериться, что цели внедрения QoS были согласованы до
разработки и внедрения механизмов QoS.
Принцип 4. Определить сколько классов трафика необходимо для того, чтобы
обеспечить достижение целей компании/бизнеса.
Принципы и механизмы
Принцип 1. Необходима маркировка пакетов для того, чтобы маршрутизатор мог
обрабатывать трафик различных классов по-разному; необходима политика
обработки пакетов различных классов.
Принцип 2. Обеспечить защиту (изоляцию) классов друг от друга. Необходимы
механизмы контроля и управления нагрузкой (на границах сетей).
Принцип 3. Обеспечивая защиту (изоляцию) классов друг от друга желательно
обеспечить эффективное использование ресурсов.
Принцип 4. Обеспечить управление допуском нагрузки в сеть: если параметры
потока не могут быть удовлетворены сетью (что перед началом передачи), поток
блокируется.
Внедрение QoS
Как оптимальным образом внедрить QoS?
1.Определить стратегические цели компании/бизнеса, которые должны быть
достигнуты путем внедрения механизмов QoS.
2.Проанализировать требования различных классов трафика, которые должны быть
удовлетворены (перечень показателей, нормы).
3.Разработать и протестировать механизмы QoS (пилотная зона) до
непосредственного внедрения.
4.Производить внедрение механизмов QoS, прошедших тестирование, поэтапно.
2
5.Осуществлять мониторинг
соблюдения норм.
качественных
показателей
для
подтверждения
Проблемы
ъективного индикатора качества взаимодействия.
• воспринимаемое пользователем качество взаимодействия, зависит от задержки
(delay) и цели взаимодействия;
• в сети NGN операторы не имеют реального контроля ни над одним, ни над другим;
• процессы взаимодействия пока с трудом поддаются моделированию;
• операторы хотят знать удовлетворен ли пользователь текущими возможностями по
совершению звонков (низкие задержки означает удовлетворенность пользователей,
высокие задержки не всегда означают неудовлетворенность пользователей).
IP терминалов пользователей в
их учетные записи.
• недостаток стандартизирующих документов;
• будет способствовать адаптации сети к возможностям терминалов.
го и оперативного контроля качества
функционирования сетей.
Обзор международных рекомендаций в области качества услуг
Стандартизация
В настоящее время стандартизация - это рынок, вследствие нескольких причин:
и;
На этом рынке действуют законы спроса и предложения:
;
-то не «выживет», но новые технологии приведут к появлению новых форумов
и организаций.
Ситуация на данном рынке вынуждала и вынуждает стандартизирующие
организации адаптироваться для того, чтобы оставаться конкурентоспособными.
Обеспечение качества услуг в инфокоммуникационных сетях.
Механизмы обеспечения QoS
Одной из ключевых задач при обеспечении (заданного) качества обслуживания на
сети является управление трафиком.
Под этим понимается совокупность алгоритмических средств, реализованных как
аппаратно, так и программно, направленных на обеспечение функционирования
3
рассматриваемой сети с требуемым качеством обслуживания и эффективным
использование ресурсов.
Для обеспечения QoS необходимо обеспечить реализацию следующих функций:
афика (Classification)
Coloring)
Connection Admission Control)
Scheduling and queue
management)
перегрузками (Congestion Management)
нагрузкой (Congestion Avoidance)
Планирование обслуживания:
1. Приоритетное обслуживание: классы трафика имеют различные приоритеты в
зависимости от того как промаркированы. Первыми передаются пакеты из непустой
очереди, содержащий класс трафика более высокого приоритета.
2. Обслуживание пакетов в порядке поступления в очередь.
3. Циклическое обслуживание (Round Robin).
На каждую непустую очередь отводится
фиксированное время на обслуживание пакетов.
4. Взвешенная справедливая буферизация (Weighted Fair Queueing, WFQ). Пакеты
различных классов обслуживаются в зависимости от того, сколько времени они уже
провели в очереди в ожидании обслуживания.
Контроль и управление нагрузкой:
1. Token Bucket – обеспечение ограничений количества нагрузки в течение
заданного промежутка времени, ограничение средней скорости потока, обеспечение
точной параметризации конформных и неконформных пакетов.
2. Leaky Bucket – измерение и управление поступающей нагрузкой.Алгоритмы
пассивного управления очередями (TailDrop, DropFrontonFull, RandomDroponFull)
являются
•наиболее простыми алгоритмами управления очередями;
•не предотвращают возможность «захвата» очереди пакетами одного потока;
•не обеспечивают заблаговременное определение момента перегрузки.
Алгоритмы активного управления очередями (RED, ARED) обеспечивают
•возможность избежать проблемы захвата очереди пакетами одного или нескольких
потоков
•решить проблему отсутствия возможности заблаговременного обнаружения
перегрузки
•обеспечить низкую задержку пакета в очереди
•увеличить коэффициент использования сетевых ресурсов.
Алгоритм активного управления очередями – вероятностное заблаговременное
определение перегрузки (Random Early Detection, RED) позволяет
•контролировать нагрузку в рамках очереди маршрутизатора;
4
•при обнаружении перегрузки или состояния близкого к перегрузке осуществляет
вероятностных сбор пакетов.
В связи с этим, RED позволяет соблюдать принцип «справедливого распределения
ресурсов» и осуществлять последовательных сбор пакетов, принадлежащих
различным соединениям.
Принцип «справедливое распределение ресурсов» – равнозначное распределение
полосы пропускания между конкурирующими пакетами/потоками вне зависимости
от нагрузки.
Функции управления допуском нагрузки в сеть является превентивными и
реализуются в архитектуру IntServ на уровне соединений (Connection Admission
Control, CAC) и на уровне пачек (Burst Admission Control, BAC), а в архитектуре
DiffServ – с помощью соглашений TCA (Traffic Conditioning Agreement).
Идея CAC – когда некоторых пользователь, подключенный к сети
(поддерживающую QoS) собирается передавать данные, то он должен предоставить
сети информацию о параметрах предполагаемой нагрузки своего потока или
соединения (traffic descriptor).
Задача CAC – определить существуют ли на сети свободные запрашиваемые
ресурсы, повлияет ли новая нагрузка на качество обслуживания уже существующих
потоков.
Если сеть обладает достаточным количеством ресурсов, то новый поток начинает
передавать данные, а если нет, то запрос отвергается.
Архитектура IntServ. RSVP
Протокол RSVP (Resource reservation protocol) работает на базе IP и позволяет
посылать в сеть информацию о требованиях QoS для каждого потока.
Резервирование проводится по адресу получателя. В случает отказа маршрута
резервирование происходит заново.
Работает с двумя видами сообщений:
• скорость передачи данных;
• максимально допустимый размер пульсации трафика.
• скорость передачи данных;
• максимально допустимый размер пульсации трафика.
Архитектура DiffServ. PHB
Концепция пошаговой маршрутизации (Per-hop behavior)
AF-phb (Assured Forwarding): политика гарантированного перенаправления –
средство, позволяющее обеспечить несколько различных уровней качества доставки
IP-пакетов (например, «олимпийская услуга»).
Механизмы: эффективное управление полосой пропускания за счет организации
собственной очереди для каждого типа трафика; RED.
5
EF-phb (Expedited Forwarding): политика быстрого перенаправления – обеспечение
сквозного QoS для приложений реального времени. Должна быть реализована на
каждом маршрутизаторе по маршруту.
Механизмы: приоритезация трафика; WFQ; распределение ресурсов; RED.
MPLS
Архитектура интегрированных услуг разрабатывается IETF.
Стандарты: RFC 2702, RFC 2283, RFC 2547
Цель: отделение процесса маршрутизации пакета от необходимости анализа IPадресов в его заголовке, что существенно уменьшает время обработки пакетов в
маршрутизаторе и обеспечивает требуемые показатели QoS.
Недостатки: ориентирован на топологию.
Основной механизм: коммутация по меткам, тунеллирование.
Архитектура MPLS (Multi-Protocol Label Switching, многопротокольная коммутация
по меткам) разрабатывается IETF.
Стандарты: RFC 2702, RFC 2283, RFC 2547
Цель: отделение процесса маршрутизации пакета от необходимости анализа IPадресов в его заголовке, что существенно уменьшает время обработки пакетов в
маршрутизаторе и обеспечивает требуемые показатели QoS.
Недостатки: ориентирован на топологию.
Основной механизм: коммутация по меткам, тунеллирование.
Появление MPLS обусловлено недостатками IP-маршрутизации: отсутствие
балансировки нагрузки (кроме специальных настроек OSPF). Таким образом
некоторые пути не используются, постоянное переназначение метрик приводит к
нестабильности сети, управление трафиком посредством IGP слишком медленное,
маршрутизация зависит в основном только от топологии.
Цель: ускорить процесс маршрутизации IP-пакетов, расширить возможности
обработки трафика в зависимости от типа приложения.
Идея: коммутация меток. Каждый пакет снабжается меткой, которая несет в себе
информацию о следующем узле сети. Метка добавляется к пакету (т.е. между
Сетевым и Канальным уровнем). Таким образом каждый пакет ассоциируется к
определенным потоком.
Преимущества: высокая скорость передачи пакетов за счет обработки метки
короткого фиксированного размера (20 бит), анализ заголовка IP-пакета только на
входе в MPLS-домен, эффективное управление трафиком, поддержка балансировки
нагрузки, создание виртуальных каналов.
Показатели качества услуг мультимедиа: определение и нормирование
 IETF IP Performance Metrics (ippm)
6
Рабочей группой IPPM был разработан набор стандартных показателей, которые
могут быть применены к качеству, производительности и надежности, службы
доставки данных в Интернете. Эти показатели разработаны таким образом, что они
могут применяться к сетевыми операторами, к конечными пользователями, или
независимыми группами тестирования. Важно, что метрики не представляют
оценочное суждение (т. е. не определяют "хорошо" и "плохо"), а обеспечивают
объективный количественный показатель эффективности.
 ITU-T Y.1540
Рекомендация МСЭ-Т Y.1540 регламентирует параметры, которые могут быть
использованы при определении и оценки производительности скорости, точности,
надежность и доступности передачи IP-пакета международной службы передачи IP
данных – по сети Интернет.
Показатели качества
 Вариация задержки IP-пакетов (PDV)
Вариация задержки IP-пакетов определяется на основе наблюдений
соответствующих IP-пакетов прибывших на вход и выход измерительной
точки. Эти наблюдения характеризуют изменчивость в структуре события IPпакетов поступающих на выход измерительной точки и структура
соответствующих событий на попадание МП по отношению к определенной
задержки.
 Коэффициент ошибочных IP-пакетов (IPER)
Коэффициент ошибочных IP-пакетов (IPER): - отношение общего количества
ошибочных пакетов к общему количеству успешно переданным пакетам.
 Коэфициент потери IP-пакетов (IPLR):
Коэфициент потери IP-пакетов это соотношение общего числа потерянных IP
пакетов к общему числу переданных IP-пакетов.
ПРИМЕЧАНИЕ - Метрики для описания потери пакетов в одну сторону могут
быть найдены в [B-IETF RFC 3357]. Последовательная потеря пакетов
представляет особый интерес для трафика чувствительного к задержкам,
такому как голос и видео.
Определения терминов относящихся к качеству обслуживания
Рек. МСЭ-Т E.800 (09/2008)
 Качество обслуживания (QoS)
 Совокупность характеристик услуги электросвязи, которые имеют отношение
к ее возможности удовлетворять установленные и предполагаемые
потребности пользователя услуги.
 Качество восприятия (QoSE)
 Заявление об уровне качества, которое, по мнению абонентов/пользователей,
они ощущали.
7
 Показатели работы сети (NP)
 Возможность сети или части сети обеспечивать функции, относящиеся к связи
между пользователями
Нормирование показателей качества
Приказ №113
 Требований к организационно-техническому
обеспечению устойчивого функционирования сети связи
общего пользования
ГОСТ Р 53724-2009
 Качество услуг связи. Общие положения
Проблемы

Не определены методы измерения характеристик функционирования сетей с
коммутацией пакетов

Не определены методы измерения качества речи в сетях с коммутацией
пакетов, а определена лишь граничная оценка MOS >= 3,5

Абоненты не имеют возможности аргументировано доказать оператору факт
ухудшения качества услуг
Возможные подходы к решению проблем

Нормативное
закрепление
граничных
значений
характеристик
функционирования сетей с коммутацией пакетов

Стандартизация, в том числе на уровне стандартов организации, методов
измерения характеристик функционирования сетей с коммутацией пакетов

Контроль за исполнением
Классы качества услуг. Методы оценки уровня качества
Определения классов сетевого QoS протокола IP и требования
к рабочим характеристикам сети
Руководство по классам QoS протокола IP (рек. МСЭ-Т Y.1541)
Активный режим измерений
Активный режим измерений производится путем включения тестовых
пакетов в обычный поток трафика между двумя пунктами измерения.
Такой режим тестирования позволяет произвести более точное измерение
характеристик параметров производительности, например, время передачи и
обработки пакета, влияние длины и количества пакетов на производительность сети.
8
Измерение задержки передачи IP пакета
Этот тест проводится между всеми парными комбинациями операторских
маршрутизаторов пограничных шлюзов, в пределах IP сети оператора. Измерения
задержки передачи IP пакета по всем парам операторских маршрутизаторов
пограничных шлюзов должны привести к результатам, попадающим в заданные
пределы.
Тест состоит из передачи потока пакетов с отметками времени их отправки,
распределенный в течение длительности передачи трафика от одного операторского
маршрутизатора пограничных шлюзов до другого. Регистрируется время получения
каждого пакета. Из этого времени вычитается время их отправления в целях
получения результата задержки пакета.
Измерение вариации задержки передачи IP пакета
Этот тест проводится между всеми парными комбинациями операторских
маршрутизаторов пограничных шлюзов в пределах IP сети оператора и используя
такой же тестовый поток пакетов, что и при измерении задержки передачи IP
пакета. Измерения вариации задержки передачи IP пакета по всем парам
операторских маршрутизаторов пограничных шлюзов должны привести к
результатам, попадающим в заданные пределы. Одна последовательность тестовых
пакетов передается от одного операторского маршрутизатора пограничных шлюзов
до другого. Односторонней задержке передачи пакетов присваивается наибольший
показатель задержки. Наименьший показатель задержки вычитается из самого
большого, чтобы подсчитать вариацию задержки IP пакета, а число пакетов,
используемых при тестировании, должен быть достаточным, чтобы обеспечить
95%-ую уверенность в этом результате (т.е. менее 5 % значений показателей
задержки передачи пакетов не зафиксированы).
Тот же самый тест должен быть выполнен на связующем звене между
операторскими маршрутизаторами пограничных шлюзов взаимодействующих
операторских областей и «из конца в конец».
Измерение коэффициента потерянных IP пакетов
Этот тест проводится между всеми парными комбинациями операторских
маршрутизаторов пограничных шлюзов в пределах IP сети оператора. Измерения
вариации задержки передачи IP пакета по всем парам операторских
маршрутизаторов пограничных шлюзов должны привести к результатам,
попадающим в заданные пределы. Тест состоит из посылки потока
пронумерованных пакетов, распределенный в течение длительности передачи
трафика IPTD от одного операторского маршрутизатора пограничных шлюзов до
другого. При получении операторским маршрутизатором пограничных шлюзов
пакеты проверяются на наличие потерь. Общее количество потерянных пакетов
регистрируется, вместе с общим количеством отправленных пакетов. Отношение
между этими двумя значениями является коэффициентом потерянных пакетов.
Число пакетов, используемых при тестировании, должен быть достаточным, чтобы
обеспечить 95%-й доверительный интервал. Тот же самый тест должен также быть
9
выполнен на связующем звене между операторскими маршрутизаторами
пограничных шлюзов взаимодействующих операторских областей и «из конца в
конец».
Измерение коэффициента IP пакетов, содержащих ошибки
Этот тест проводится между всеми парными комбинациями операторских
маршрутизаторов пограничных шлюзов, в пределах IP сети оператора. Измерения
коэффициента IP пакетов, содержащих ошибки, по всем парам операторских
маршрутизаторов пограничных шлюзов должны привести к результатам. Тест
состоит из посылки потока пакетов, распределенный в течение длительности
передачи трафика, от одного операторского маршрутизатора пограничных шлюзов
до другого. Каждый пакет содержит биты проверки на ошибки. При получении
каждый пакет проверяется на наличие ошибки. Общее количество пакетов
содержащих ошибку регистрируется, вместе с общим количеством полученных
пакетов. Отношение между этими двумя значениями является IPER. Число пакетов,
используемых при тестировании, должно быть достаточным, чтобы обеспечить
95%-й доверительный интервал в этом результате. Тот же самый тест должен быть
выполнен на связующем звене между операторскими маршрутизаторами
пограничных шлюзов взаимодействующих операторских областей и «из конца в
конец».
Пассивный режим измерения
Производительность может быть оценена, путем сбора статистики со всех
маршрутизаторов и тем самым в реальном времени получено представление об
эффективности сети по передачи трафика через нее.
Измерения включают статистику приложений, IP статистику, статистику
ICMP, статистику TCP, статистику EGP и статистику SNMP.
Только статистика приложений и IP статистика должны использоваться для
измерения производительности. Потому что они охватывают весь трафик, включая
все его типы, и их не будет касаться различии между разными протоколами
(например, повторная передача пакетов TCP).
MOS
Для количественной оценки качества введена шкала MOS – усредненная
субъективная оценка качества
MOS представляет из себя показатель воспринимаемого качества звука по балльной
шкале от 1 до 5.
Среднее арифметическое всех оценок качества, данных людьми, которые
прослушивали тестовый звонок и дали свою оценку.
10
Влияние характеристик функционирования сети IP на качество услуг
Параметры качества передачи FaxoIP
•
•
•
•
•
•
Размер буфера компенсации вариации задержки
Тип буфера компенсации вариации задержки
Размер пакета (мс)
Тип кодека передачи речи
Вариация задержки уровня ядра сети
Задержка из конца в конец в ядре сети
Показатели качества, используемые при оценках результатов тестирования услуги
FoIP
•
•
•
•
•
целостность страницы;
оценка качества факса согласно рекомендации МСЭ-Т E.458;
длительность передачи;
улавливаемые зрительно ошибки полученной страницы;
при использование дополнительных голосовых каналов, качество передачи речи
согласно рекомендации P.862.
Полученные результаты
• предельные значения характеристик функционирования сети, при которых
осуществляется передача факсимильных сообщений;
• параметры канала связи (DSL) влияющие на качество передачи факсимильных
сообщений (режим Fast и Interleave);
• результаты могут быть использованы для составления SLA, при проектировании
сети связи, а также для внесения в системы управления качеством обслуживания.
Обеспечение качества услуг в ТФОП. Резервирование
Телефонная сеть общего пользования, ТСОП, ТфОП (англ. PSTN, Public
Switched Telephone Network) — это сеть, для доступа к которой используются
обычные проводные телефонные аппараты, мини-АТС и оборудование передачи
данных.
Детализация показателей качества для сети ТфОП приводится в РД 45.196.2001
Рабочие характеристики ТфОП [РД 45.196.2001]:
1.Показатели нагрузки
• Интенсивность нагрузки
• Коэффициент использования
2.Показатели надежности
11
• Коэффициент готовности
• Время полного простоя
• Время восстановления
• Время необнаруженного отказа
3.Показатели качества работы сети ТфОП
• Качество обслуживания вызовов (эффективность обслуживания)
o сетевые потери вызовов от абонента до абонента;
o коэффициент занятий с ответом (КЗО – ASR);
o продолжительность установления соединения от абонента до абонента
• Качество передачи сообщений.
Надёжность ТфОП
Критерием отказа соединения является переход в состояние неготовности,
определяемый наличием 10 последовательных секунд, в каждой из которых
коэффициент ошибок по битам больше или равен 10-3.
Критерием возврата в состояние готовности служит наличие 10 последовательных
секунд, в каждой из которых коэффициент ошибок по битам меньше 10-3.)
Для ТфОП в целом время полного простоя не должно превышать 0,1 час в год,
что соответствует коэффициенту готовности 0,99999 (пять девяток).
Всё оборудование ТфОП имеет внутреннее резервирование
•Услуга местной связи
•Услуга междугородной связи
•Услуга международной связи
•Дополнительные услуги
Перечень услуг ТФОП
Для каждого параметра качества услуги должен быть установлен норматив.
Качество обслуживание (QoS) и уровень обслуживания (GoS) в телефонных
сетях с коммутацией каналов
Качество обслуживания (QoS , Quality of Service) - общий эффект, определяющий
степень удовлетворения пользователя обслуживанием [Рекомендации МСЭ-Т Е.800]
Таким образом QoS определяет качество услуги со стороны пользователей.
К показателям QoS в сетях с коммутацией каналов относят:
• Задержки;
• Эхо;
• Различимость речи.
Эти характеристики не зависят от объемов трафика и сетевых ресурсов, а
характеризуют, обычно, неисправность оборудования в сети.
12
Уровень обслуживания (GoS, Grade of Service) – величина вероятности потерь
или блокировки трафика в пучках каналов сетей с коммутацией каналов
[Рекомендации МСЭ-Т Е.600].
Этот параметр определяет технические характеристики, отражающие точку зрения
проектировщика на качество обслуживания трафика в сети.
При проектировании сетей с коммутацией каналов нас будет интересовать
обеспечение GoS, как основного параметра сетевого качества обслуживания.
Основные показатели качества телефонии в сети NGN.
Транспортный уровень: коммутация и прозрачная передача информации
пользователя
Уровень управления коммутацией и передачей информации: обработка
информации сигнализации, маршрутизация вызовов и управление потоками.
Уровень управления услугами содержит функции управления логикой услуг и
приложений и представляет собой распределенную вычислительную среду,
обеспечивающую предоставление инфокоммуникационных услуг.
Базовая сеть – это универсальная сеть, реализующая функции транспортировки и
коммутации.
В состав базовой структуры NGN на соответствующих уровнях должны входить:
• транзитные узлы, выполняющие функции переноса и коммутации;
• оконечные (граничные) узлы, обеспечивающие доступ абонентов к
мультисервисной сети.
В качестве транспортной технологии на уровне коммутации пакетов обычно
используется IP/MPLS
Концепция NGN - конвергенция сетей различного типа и построение сети NGN в
виде единой сетевой инфраструктуры, построенной по технологии коммутации
пакетов с транспортом, в основном, на базе IP/MPLS.
Сценарии эволюции телефонной сети к NGN (Рекомендации МСЭ-Т Y.2261
«Эволюция ТфОП/ISDN к NGN» ):
• Постепенный переход от сети с коммутацией каналов к сети с коммутацией
пакетов при сосуществовании в одной сети транзитных и местных узлов,
работающих по обеим технологиям.
• Быстрый переход к сети с коммутацией пакетов на уровне транзитной сети
предполагающий замену всех транзитных узлов коммутации каналов на
транспортные и сигнальные шлюзы (MG и SG), управляемые общим контроллером
Softswitch или CS по терминологии МСЭ-Т, с последующим переключением
абонентов местных узлов на шлюзы доступа (AG).
13
• Моментальный переход к сети NGN с одновременной заменой всех местных
узлов на шлюзы доступа (AG) и удалением транзитных узлов.
Механизмы обеспечения QoS
В мультисервисных сетях с пакетной коммутацией в одном и том же
информационном потоке может передаваться трафик различных типов.
Необходимо обеспечить возможность отделения важного трафика, а также
возможность предотвращения перегрузок сети.
Реализация: байт типа обслуживания (ToS – Type of Service) заголовка IP-пакета:
Маркировка пакетов:
•установка в заголовке IP-пакета значения поля «IP-приоритет» (8 классов сервиса);
•установка в заголовке IP-пакета значения поля кода дифференцированной услуги
(DSCP) (64 класса сервиса);
•установка значения MPLS EXP в MPLS метке.
Классификация служит для разделения IP-пакетов относящихся к различным
типам трафика в зависимости от значений полей заголовка IP-пакета.
Методы обеспечения качества обслуживания
в пакетных сетях
Модель Diffserv
обеспечивает дифференцирование трафика путем его разбивки на классы,
обрабатываемый с различным приоритетом с помощью механизма очередей
Модель IntServ
обеспечивает требуемый уровень качества обслуживания при передаче пакетов «из
конца в конец» и используется механизм предварительного резервирования
ресурсов (протокол RSVP)
Алгоритмы обработки очередей
• First In First Out (FIFO);
пакеты обслуживаются в порядке поступления без какой-либо специальной
обработки.
• Очередь с приоритетами (PQ, Priority Queuing);
алгоритм, при котором образуется система очередей с различными приоритетами.
• Взвешенная справедливая очередь (WFQ, Weighted Fair Queuing);
каждому классу WFQ отводится одна очередь и гарантируется некоторая часть
пропускной способности канала , в соответствии с весовым коэффициентом потока,
который определяется по полю IP Precedence заголовка IP-пакета.
• Очередь взвешенного случайного раннего обнаружения (WRED, Weighted
Random Early Detection);
14
позволяет предвидеть и избегать переполнения сети с помощью первоочередной
обработки пакетов приоритетного трафика, распознаваемого по меткам IP
Precedence. В моменты, когда на интерфейсе появляются первые признаки
переполнения, этот протокол может выборочно отбраковывать пакеты низкой
приоритетности.
Значения составляющих времени задержки
• Задержки накопления для кодека G.711 составляет 20 мс (пакет 160 байт)
• Задержка распространения зависит от физического расстояния между точкой
входа в сеть и точкой выхода из сети. В случае металлических кабелей время
распространения сигнала составляет примерно 5 мкс/км, в волоконно-оптических
кабелях – примерно 4 мкс/км, т.е. задержка распространения на трассе Москва –
Владивосток по металлическому кабелю равно примерно 50 мс, по волоконнооптическому кабелю – 40 мс.
• Задержка обработки для кодека G.711 без сжатия речи, т.е. эта задержка мала и
не превышает 1 мс.
• Сетевая задержка определяется, в основном, задержкой пакета в очередях
маршрутизаторов и является переменной, так как зависит от меняющихся сетевых
условий.
• Задержка компенсации джиттера является переменной, среднее значение этой
задержки в соответствии с рекомендацией Y.1541 МСЭ-Т составляет 25 мс.
Протоколы обеспечения качества в пакетных сетях для услуг реального
времени
Протоколы реального времени
Из-за переменного значения сетевой задержки время между поступлением
последовательных пакетов в выходной шлюз может существенно различаться. Для
выравнивания периодов времени между пакетами используются метки времени,
устанавливаемые протоколом RTP (Real-Time Protocol) и протоколом RTCP (RTP
control protocol), включающим периодическую трансляцию управляющих
сообщений и данных о состоянии сессий.
Использование данного механизма повышает требуемую скорость передачи до 80
кбит/c.
Поскольку каждый пакет имеет метку абсолютного времени, которая указывает
время его создания относительно первого (или предыдущего) пакета, то приемник
может рассчитать время необходимой задержки до времени начала
воспроизведения. Другими словами, приемник рассчитывает точное время
воспроизведения, когда должна начинаться побайтная передача каждого пакета в
линию. Согласование случайного времени поступления пакета с фиксированным
временем передачи (воспроизведения) производится с помощью буфера
воспроизведения или буфера компенсации джиттера.
15
Компенсация джиттера
Для того, чтобы выровнять время передачи каждого пакета, в шлюзах для каждой
сессии устанавливается специальный управляемый протоколом RTP буфер, который
называется буфером компенсации джиттера или буфером воспроизведения. Этот
буфер накапливает данные, начиная от времени прибытия до рассчитанного
времени воспроизведения. Кроме того, он также фиксирует любые ошибки,
контролируя номер последовательности в полях сообщений протокола RTP. Однако
сам буфер компенсации джиттера зачастую вносит весьма значимую задержку. Его
размер задают таким, чтобы буферизовать целое количество пакетов с учетом
допустимого значения джиттера.
Особенности создания системы соглашений об уровне обслуживания
Тенденции, приводящие к внедрению SLA
•Либерализация рынка услуг связи (междугородная, международная связь)
•Большое количество игроков на рынке
•Высокая конкуренция
•Технологическая неоднородность современных сетей
•Высокие темпы роста трафика сетей с КП по сравнению с трафиком TDM сетей
•Отсутствие нормативно-правовой базы
Проблемные области
1.Современные сети представляют собой среды, построенные на базе оборудования
многих производителей, реализующего различные телекоммуникационные
технологии и имеющего разные статистические показатели.
2.Сквозные, из конца в конец, статистические показатели функционирования сети,
которые интересуют клиента, трудно измерять.
3.Системы сбора статистической информации проектируются, исходя из требований
поставщиков услуг, а не конечного пользователя.
4.Технологии управления услугами новы и сложны для внедрения.
Основные сложности, возникающие при внедрении SLA
1. Сложность и длительность внедрения SLA
2. Автоматизация процесса управления SLA.
3. Определение показателей качества, понятных для пользователей.
4. Сложность измерений показателей QoS, их контроля и мониторинга, как на
стороне клиента, так и на стороне провайдера.
5. Отсутствие технических средств для измерения и оповещения, с помощью
которых провайдер может доказать своим клиентам выполнение условий SLA.
6. Отсутствие нормативной базы.
16
Возможные решения
1. Сложность и долговременность внедрения SLA
eTOM, SLA Handbook (TMForum)
2. Автоматизация процесса управления SLA
Operational support system (OSS)
3. Определение показателей качества, понятных для пользователей
Стандарты МСЭ-Т, ETSI, IETF, TMForum, EURESCOM,
4. Сложность измерений показателей QoS, их контроля и мониторинга в условиях
неоднородности сетей, технологий, оборудования
(Acterna, Agilent, Anritsu, BRIX Networks, GL Communications, Linkbit,
RADCOM, Spirent)
5. Отсутствие технических средств для измерения и оповещения, с помощью
которых провайдер может доказать своим клиентам выполнение условий SLA.
Operational support system (OSS)
6. Отсутствие нормативной базы
Структура соглашения об уровне обслуживания
Перечень основных вопросов, отражаемых в SLA
1.Перечень групп требований прикладных процессов к услуге, включаемых в SLA;
2.Содержание требований к услуге, устанавливаемых SLA;
3.Конфигурации, к которой относятся SLA.
4.Какие конкретно параметры должны содержаться в SLA;
5.Какими могут быть ограничения, налагаемые на эти параметры;
6.При каких условиях ограничения, налагаемые на параметры SLA, действительны;
7.Как осуществить проверку выполнения ограничений, налагаемых на параметры
SLA, в реальных условиях;
8.Когда считать SLA соблюдаемыми, а когда — нарушаемыми;
9.Что должен предпринимать поставщик услуги при угрозе нарушении SLA;
10.Какова должна быть ответственность поставщика перед клиентом за нарушение
SLA;
11.Каковы права и обязанности клиента перед поставщиком при контроле
соблюдения SLA и в случае их нарушения?
Структура SLA
•Организационно-экономические вопросы
•Соглашение по трафику
•Соглашение по QoS
•Надежность
•Соглашение по измерениям
•Правовые вопросы
17
Соглашение по QoS
•Требования к функциональности
•Требования к интерфейсам
•Требования к характеру трафика
•Перечень параметров QoS и их предельные значения
•Перечень средств и контрольных точек измерения параметров QoS
•Ссылки на стандарты
•Порядок действий при нарушениях соглашений по QoS
Характеристики функционирования
- Связность – возможность соединения (connectivity)
- Задержка из конца в конец и потери
- Вариация задержки
- Упорядочивание пакетов
- Совокупная пропускная способность
- Емкость канала
Подготовительный этап
•Маркетинговое исследование, разработка бизнес плана, оценка необходимых
инвестиций и скорости возврата капитала
•Разработка типовых SLA для всех видов услуг и для всех категорий пользователей
•Спецификация процесса внедрения и использования SLA, доведение стратегии
внедрения SLA и OSS до всех заинтересованных подразделений компании
•Определение новых функций подразделений в процессе внедрения и эксплуатации
SLA, обучение персонала
•Определение необходимых программно-аппаратных средств для реализации SLA
(система OSS, оборудование контроля и мониторинга сетевой производительности,
средства измерений качества работы пользовательских приложений (услуг) и др.)
•Разработка требований к OSS
–Функциональность
–Интерфейсы (горизонтальные вертикальные)
–Вид и форма отчетности
–Web-интерфейс
–Безопасность
•Выбор OSS
1 Этап внедрения системы SLA
•Внедрение и тестирование OSS
•Создание выделенного отдела по работе с крупными корпорациями для разработки
клиент-ориентированных SLA
18
–Соглашение по QoS
Соглашение по измерениям
–Организационно-экономические соглашения
•Внедрение измерительных средств на стороне клиента
2 Этап внедрения системы SLA
•Запуск в эксплуатацию системы OSS
•Опытное тестирование SLA
•Анализ проблем при реализации SLA
•Доработка SLA
•Запуск в эксплуатацию системы SLA
Контроль соглашений об уровне обслуживания
Вопрос измерений
•Методы сетевого мониторинга
•Подходы к измерениям QoS на стороне клиента
•Соглашения по измерениям
•Измерительные средства
Посылка тестового трафика в сеть
1. Генерация трафика периодически или по запросы
2. Измерение показателей качества для тестовых пакетов
3. Сбор статистики и ее анализ
Посылка больших объемов дополнительного трафика для исследования поведения
сети
Используется для мониторинга качества функционирования сети (Network
Performance)
Активный мониторинг
•Подход основанный на ping
–Доступность
–RTT, % потерь пакетов
–Используются ICMP echo request и replay пакеты
ICMP пакеты могут быть отфильтрованы firewall или обслужены маршрутизатором
как низкоприоритетные
•Traceroute
–Hop by hop мониторинг каждого маршрутизатора
–RTT для каждого маршрутизатора на пути следования
19
Активный мониторинг (основанный на прикладных службах)
•E2E скорость передачи FTP
–Генерация FTP пакетов и измерение посредством их пропускной способности
–Определение верхней границы пропускной способности
–Интрузивный метод, зависящий от загруженности узла адресата
•Производительность Web-сервера
–Генерация тестовых запросов к сайту и измерение параметров его
производительности
–Измерение качества воспринимаемого пользователем
–Измерение времени ответа Web сервера: DNS Delay +Connection Delay +Server
Delay+Network Transmission Delay
Измерительные средства на стороне пользователя
•Два класса задач
–Непрерывный мониторинг качества работы пользовательских приложений и
извещение соответствующих служб о тех случаях, когда SLA не соблюдаются
–Диагностика – выяснение причин, пользовательские приложения работают не так,
как регламентируется в SLA
Показатели качества работы пользовательских приложений
•Время реакции приложений
•Производительность приложений
•Доступность
•Время разрешения проблемных ситуаций
Методы измерения качества работы пользовательских приложений
•Создание управляемых приложений
(Application Instrumentation)
•Моделирование транзакций
(Transaction Simulation)
•Анализ данных на стороне клиента
(Client Capture)
•Анализ сетевого трафика
(Network Sniffing)
Создание управляемых приложений (Application Instrumentation)
•Определяется набор транзакций, время выполнения которых характеризует
производительность приложения
•В приложение встраиваются специальные контрольные вызовы перед началом и
после завершения транзакции
20
•Пользовательское приложение в процессе эксплуатации будет само предоставлять
информацию о производительности
Моделирование транзакций
(Transaction Simulation)
•Реализуется посредством GUI-роботов – программа, которая заставляет работать
приложение в автоматическом режиме
•В GUI-робот встроены специальные вызовы, которые запускаются, например,
перед началом и завершением транзакций
Анализ данных на стороне клиента (Client Capture)
•Извлечение данных о работе приложения из операционной системы, управляющей
работой компьютера, станции, где реализуется пользовательское приложение
•На компьютере (станции) устанавливается специальный Агент, который
отслеживает взаимодействие приложения и операционной системы и получает
информацию о доступности и времени реакции приложения
Анализ сетевого трафика
(Network Sniffing)
•Извлечение информации о производительности приложения из сетевого трафика
•В сети устанавливаются специальные зонды (программно-аппаратные)
•Зонды в режиме реального времени «захватывают» сетевой трафик, анализируют
его и «извлекают» данные о времени реакции приложения, доступности и др.
Требования пользователей к услуге VPN
•Возможность присоединения к VPN новых офисов, находящихся в любой точке
страны (мира).
•Параметры трафика и показатели QoS должны выбираться в зависимости от типа
приложений пользователей VPN.
•Возможность использования любого протокола маршрутизации между CE-PE (RIP,
OSPF, IS-IS, BGP).
•Поддержка SLA и возможность агента пользователя иметь доступ к системе
мониторинга SLA провайдера услуги и получении отчетов о выполнении SLA.
•Возможность управления VPN со стороны пользователя: вид топологии,
коэффициент использования ресурсов, контроль за использованием ресурсов VPN.
•Обеспечение безопасности соединений (возможность использования механизмов
безопасности как ко всему трафику, так и к отдельным видам трафика между
конкретными офисами).
•Минимальные сложности при модификации оборудования, количества и типа CE
маршрутизаторов в каком-либо офисе.
21
•Возможность использования различных сетей и сценариев доступа к VPN.
•Возможность доступа в Интернет из VPN (поддержка трансляции адресов и др.
механизмов).
•Доступ к другим услугам в привязке к VPN (например, доступ к DNS, FTP, HTTP,
SMTP, VoIP, LDAP, Видеоконференция, b2b, e-commerce).
Показатели QoS для MPLS VPN
•Показатели, характеризующие передачу данных
•Показатели, характеризующее качество работы протоколов сигнализации
•Показатели, специфические для пользовательских приложений
Дополнительные показатели QoS для MPLS VPN
•Время установления, сохранения и разрыва виртуальных каналов (качество работы
протоколов сигнализации)
•Скорость установления соединения между двумя/тремя офисами
•Вероятность ошибки при передачи пользовательских данных
•100% доступность услуги
•Безопасность (100% защита от несанкционированного доступа к ресурсам VPN)
Надежность сетей связи, способы её обеспечения
Параметры надёжности, нормирование
Среднее время между отказами (То) или, иначе, среднее время наработки на отказ
– отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому
ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.
Среднее время восстановления (Тв) – математическое ожидание случайной
длительности времени восстановления состояния готовности объекта.
Коэффициент готовности (Кг) - вероятность того, что объект окажется в
работоспособном состоянии в произвольный момент времени кроме планируемых
периодов, в течение которых применение объекта по назначению не
предусматривается.
Кг 
То
То  Тв
Интенсивностью отказов (ИО) называется условная плотность вероятности
возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого
момента времени отказ не возник.
Нормы на показатели надёжности определяются значением Кг.
22
Нормативные документы:
• РД «Основные положения развития ВСС РФ на перспективу до 2005 года», книга 2
Линии передачи, сетевые тракты и каналов передачи
Обеспечение надёжности в сетях NGN
1. Аппаратное резервирование (внутреннее резервирование оборудования)
2. Сетевое резервирование:
•на уровне физической сети (DWDM, SDH, Ethernet)
•на уровне транспортной сети IP/MPLS
•на двух уровнях
Двухплоскостной дизайн - сеть логически разделяется на две самодостаточных
подсети (плоскости), образованных из физически несовпадающих элементов
Надёжность оборудования. Методы внутреннего резервирования
Ведущие производители оборудования за счёт внутреннего резервирования
обеспечивают Кг порядка 0,99999
Способы внутреннего резервирования оборудования:
• «Горячее» резервирование типа 1:1
• «Холодное» резервирование типа 1:1
• Резервирование типа 1+1
• «Холодное» резервирование типа N:1
•Извлечение информации о производительности приложения из сетевого трафика
•В сети устанавливаются специальные зонды (программно-аппаратные)
•Зонды в режиме реального времени «захватывают» сетевой трафик, анализируют
его и «извлекают» данные о времени реакции приложения, доступности и др.
Требования пользователей к услуге VPN
•Возможность присоединения к VPN новых офисов, находящихся в любой точке
страны (мира).
•Параметры трафика и показатели QoS должны выбираться в зависимости от типа
приложений пользователей VPN.
•Возможность использования любого протокола маршрутизации между CE-PE (RIP,
OSPF, IS-IS, BGP).
•Поддержка SLA и возможность агента пользователя иметь доступ к системе
мониторинга SLA провайдера услуги и получении отчетов о выполнении SLA.
•Возможность управления VPN со стороны пользователя: вид топологии,
коэффициент использования ресурсов, контроль за использованием ресурсов VPN.
23
•Обеспечение безопасности соединений (возможность использования механизмов
безопасности как ко всему трафику, так и к отдельным видам трафика между
конкретными офисами).
•Минимальные сложности при модификации оборудования, количества и типа CE
маршрутизаторов в каком-либо офисе.
•Возможность использования различных сетей и сценариев доступа к VPN.
•Возможность доступа в Интернет из VPN (поддержка трансляции адресов и др.
механизмов).
•Доступ к другим услугам в привязке к VPN (например, доступ к DNS, FTP, HTTP,
SMTP, VoIP, LDAP, Видеоконференция, b2b, e-commerce).
Показатели QoS для MPLS VPN
•Показатели, характеризующие передачу данных
•Показатели, характеризующее качество работы протоколов сигнализации
•Показатели, специфические для пользовательских приложений
Дополнительные показатели QoS для MPLS VPN
•Время установления, сохранения и разрыва виртуальных каналов (качество работы
протоколов сигнализации)
•Скорость установления соединения между двумя/тремя офисами
•Вероятность ошибки при передачи пользовательских данных
•100% доступность услуги
•Безопасность (100% защита от несанкционированного доступа к ресурсам VPN)
Надежность сетей связи, способы её обеспечения
Параметры надёжности, нормирование
Среднее время между отказами (То) или, иначе, среднее время наработки на отказ
– отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому
ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.
Среднее время восстановления (Тв) – математическое ожидание случайной
длительности времени восстановления состояния готовности объекта.
Коэффициент готовности (Кг) - вероятность того, что объект окажется в
работоспособном состоянии в произвольный момент времени кроме планируемых
периодов, в течение которых применение объекта по назначению не
предусматривается.
Кг 
То
То  Тв
24
Интенсивностью отказов (ИО) называется условная плотность вероятности
возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого
момента времени отказ не возник.
Нормы на показатели надёжности определяются значением Кг.
Нормативные документы:
• РД «Основные положения развития ВСС РФ на перспективу до 2005 года», книга 2
Линии передачи, сетевые тракты и каналов передачи
Обеспечение надёжности в сетях NGN
1.Аппаратное резервирование (внутреннее резервирование оборудования)
2.Сетевое резервирование:
•на уровне физической сети (DWDM, SDH, Ethernet)
•на уровне транспортной сети IP/MPLS
•на двух уровнях
Двухплоскостной дизайн - сеть логически разделяется на две самодостаточных
подсети (плоскости), образованных из физически несовпадающих элементов
Надёжность оборудования. Методы внутреннего резервирования
Ведущие производители оборудования за счёт внутреннего резервирования
обеспечивают Кг порядка 0,99999
Способы внутреннего резервирования оборудования:
• «Горячее» резервирование типа 1:1
• «Холодное» резервирование типа 1:1
• Резервирование типа 1+1
• «Холодное» резервирование типа N:1
Резервирование в сетях SDH
Одним из преимуществ технологии SDH является высокая надёжность,
обусловленная использованием «самовосстанавливающихся» схем резервирования
со временем переключения на резерв не более 50 мс
Типы резервирования в SDH:
• SNCP (SubNetwork Connection Protection – резервирование соединений подсети)
• MSP (Multiplex Section Protection – резервирование мультиплексной секции)
• MS SPRing (Multiplex Section Shared Protection Ring – кольцо с совместным
резервированием мультиплексных секций)
25
• MS DPRing (Multiplex Section Dedicated Protection Ring – кольцо с индивидуальным
резервированием трактов)
Резервирование в сетях DWDM
Технология DWDM позволяет использовать схемы резервирования с
резервирование оптических каналов
Типы резервирования в DWDM:
• O-SNCP (Optical SubNetwork Connection Protection)
• O-MSP (Optical Multiplex Section Protection)
Резервирование в сетях Ethernet
Резервирование является дополнительной «функцией» – попыткой улучшить
технологию Ethernet. На практике обычно используются фирменные разработки
производителей оборудования, либо резервирование базе технологии верхнего
уровня (IP, IP/MPLS)
Резервирование в Ethernet:
• STP (Spanning Tree Protocol)
Один из путей в нормальном режиме используется, а остальные заблокированы.
Время защитного переключения – от 10 мс до 1 с в зависимости от топологии сети
• E-APS (Ethernet Automatic Protection Switching) [Рекомендация МСЭ-Т G.8031]:
Возможные конфигурации 1+1, 1:1
Протокол реализуется через служебные кадры Ethernet, поддерживающие
соединения с функциями технической эксплуатации OAM (Operation, Administration,
Maitenance – эксплуатация, управление (администрирование) и техническое
обслуживание) и TCM (Tandem Connection Monitoring – наблюдение (мониторинг)
тандемного соединения).
Время переключения – до 50 мс.
26