 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Качество обслуживания в сетях IP
Лекция 4 Технологии коммутации и маршрутизации 4часа Содержание Технология ATM Технология Интернет и ее эволюция Качество обслуживания в сетях IP. Основные модели и механизмы обеспечения качества обслуживания в сетях IP Эволюция сетей мобильной связи 4часа Технологии коммутации и маршрутизации Сегодня сетевые операторы рассматривают возможности применения в магистральных сегментах различных сетевых технологий доставки ин-формации, под которыми мы будем понимать в дальнейшем методы ком-мутации и маршрутизации. Наряду с классическими методами коммутации каналов (телефонные сети общего пользования) и пакетов (протокол Х.25 в сетях передачи данных общего пользования), широко используются мето-ды коммутации кадров (Frame Relay), коммутации ячеек (ATM) и методы коммутации пакетов, базирующиеся на IP-ориентированных протоколах. Появление большого числа новых приложений, связанных, в первую очередь, с передачей мультимедийного трафика, ведет к необходимости выбора наиболее эффективных или оптимальных сетевых технологий дос-тавки. Как уже было отмечено выше, наблюдается очевидный сдвиг от сис-тем коммутации каналов к системам с коммутацией пакетов, от систем, ориентированных на соединения, к системам, не ориентированным на со-единения. Вместе с тем в рамках этих процессов одни технологии, попу-лярные еще несколько лет назад, постепенно уходят с рынка, тогда как другие начинают распространяться с неожиданно высокой скоростью. Далее рассматриваются принципы технологий ATM и IP и определя-ются возможные сегменты их применения в широкополосных сетях буду-щего. Технология ATM Идеи перехода от отдельных сетей для различных типов трафика к единой сети, в которой передавались бы все виды информации, начали раз-виваться еще в 60 г.г. Однако относительно низкий технологический уровень телекомму-никационных систем и сетей и отсутствие соответствующей элементной базы не позволили перейти к реализации таких сетей в течение более чем 30 лет. В 70-е и 80-е гг. начался значительный прогресс в микроэлектрони-ке и программном обеспечении, сопровождаемый построением сетей связи с высокой пропускной способностью на базе волоконно-оптических систем. Успехи именно в этих направлениях позволили вплотную подойти к реали-зации идеи создания единой сети связи для всех типов трафика. В начале 80-х гг. в ряде мировых исследовательских центров (СМЕТ, Франция, Bell Labs., США) начались работы по созданию сетей общего пользования нового типа – широкополосных цифровых сетей интегрально-го обслуживания (ШЦСИО, B-ISDN, Broadband Integrated Services Digital Networks). Концепция ШЦСИО предполагает что оператор предоставляет пользователю весь возможный набор узкополосных и широкополосных ус-луг в рамках одной сети на базе единого метода распределения информа-ции. Одной из основных проблем, с которой столкнулись разработчики концепции ШЦСИО, была проблема выбора единого метода доставки и распределения информации. В первых рекомендациях МСЭ, в которых описывалась концепция ШЦСИО (1988), в качестве такого единого метода распределения информации был предложен метод асинхронной доставки информации, основанный на технологии ATM. Технология ATM представ-ляет собой разновидность метода коммутации пакетов и рассматривается как набор протоколов для применений, ориентированных на соединения с гарантированным качеством обслуживания, означающим выделение необ-ходимой полосы пропускания и обеспечение минимальных задержек. Перечислим основные свойства метода ATM: исходное сообщение после представления в цифровой форме и пе-ред передачей в сеть связи разделяется на протокольные блоки фиксиро-ванной длины, равной 48 байтам; каждый протокольный блок дополняется служебной частью – заго-ловком размером 5 байт, образуя ячейку ATM размером 53 байта: заголо-вок содержит адресную часть, элементы защиты заголовка от ошибок и другую служебную информацию, необходимую для гарантированной дос-тавки ячеек через сеть; последовательность ячеек ATM, принадлежащих одному сообще-нию, передается через виртуальные соединения (постоянные или коммути- руемые), поддерживаемые коммутаторами ATM, в которых обрабатывают-ся только заголовки ячеек; при прохождении ячеек через коммутатор ATM ячейки накапли-ваются в промежуточных буферах коммутатора, что обеспечивает возмож-ность статистического использования сетевых ресурсов; обработка ячеек в коммутаторе ATM (анализ адреса, защита от ошибок, управление потоком ячеек) осуществляется на втором уровне эта-лонной модели OSI; на стороне адресата ячейки ATM освобождаются от заголовков и собираются в единую последовательность, из которой затем формируется исходное сообщение. Сети ШЦСИО, построенные на базе технологии ATM, обеспечивают следующие возможности: доставку всех видов информации (речь, данные, музыку, подвиж-ные, неподвижные, цветные и черно-белые изображения, информацию мультимедиа) с высокими показателями качества обслуживания; поддержку интерактивных (диалоговых) служб и служб распреде-ления информации (с управлением и без управления со стороны пользова-теля); статистическое распределение сетевых ресурсов в соответствии с требованиями пользователей (гарантированная полоса пропускания), что обеспечивает эффективную передачу как непрерывного, так и пачечного трафика, а также экономический выигрыш при замене арендованных линий.
Технология ATM была выбрана в качестве базовой для построения ШЦСИО, поддерживающей как узкополосные, так и широкополосные ус-луги. Иными словами, технология ATM должна обеспечивать функциони-рование сетей с достаточно высокими пропускными способностями, нахо-дящимися в диапазоне десятков-сотен Гбит/с (в настоящее время диапазон требуемых пропускных способностей расширен до значений несколько Тбит/с). В терминах основных характеристик сети это означает, что межкон-цевые задержки в территориально распределенных сетях должны состав-лять единицы мс и время обработки протокольных блоков в коммутаторах – десятки и сотни мс. Соответственно, производительность узлов коммута-ции ATM должна определяться цифрами порядка десятков-сотен миллио-нов протокольных блоков (ячеек) в секунду. Реализация подобных характеристик стала возможна только в начале 90-х гг., благодаря прогрессу в микроэлектронике и волоконно-оптических системах связи. Волоконно-оптические системы связи обеспечивают высо-кий уровень достоверности передаваемой информации. Вероятность оши-бок в современных системах передачи может достигать 10-10 - 10-11, что по-зволяет значительно уменьшить объем операций (и, следовательно, вре-менные затраты) по защите от ошибок. Как известно, именно эти операции, применяемые в традиционных сетях с коммутацией пакетов, являются од-ним из источников существенных задержек. Кроме того, в классических системах с коммутацией пакетов (напри-мер, на базе протокола Х.25) обработка пакетов базируется на использова-нии программных средств и, следовательно, ведет к существенной загрузке основного процессора коммутатора, а также к значительным временным задержкам. Успех в области создания заказных высокопроизводительных микросхем с большой степенью интеграции позволяет создать коммутато-ры ATM, в которых основная часть операций по обработке ячеек выполня-ется с помощью распределенных микропроцессорных сетей. Реализация таких операций, как анализ адресной части, обнаружение ошибок, сборка и разборка протокольных блоков, производится в коммута-торах ATM на аппаратном уровне, что обеспечивает пропускную способ-ность сетевых узлов в десятки и сотни Гбит/с. При появлении первых сетей ATM (конец 80-х – начало 90-х гг.) воз-можности нового метода были сильно преувеличены. Энтузиасты ATM предполагали, что в недалеком будущем технология ATM станет универ-сальной и будет применяться в локальных, кампусных, региональных и территориально распределенных сетях для обеспечения большого числа приложений, начиная от телефонии и кончая будущими мультимедийными услугами. Высказывались также предположения о возможности доведения ATM до настольных систем. Однако с течением времени энтузиазм относительно ATM в стреми-тельно меняющемся телекоммуникационном мире значительно уменьшил-ся. Темпы развития систем ATM оказались существенно более медленными, чем ожидалось. Технология ATM так и не стала универсальным методом транспортировки информации. Среди причин этого можно отметить как сложность и относительно высокую стоимость реализации и эксплуатации сетей ATM, так и появление конкурирующих технологий (IP, Ethernet и др.), ограничивающих возможности широкого применения ATM. Достоинства и недостатки технологии ATM сегодня хорошо извест-ны. Если необходимо на основе статистического уплотнения обеспечить гарантированное качество обслуживания и эффективное использование се-тевых ресурсов, очевидно, что одним из возможных решений для операто-ров территориально распределенных сетей в настоящее время является технология ATM. Вместе с тем, стоимость и сложность оборудования ATM остаются достаточно высокими, ограничивая широкомасштабные приме-нения технологии ATM во всех сетевых сегментах. Можно считать, что технология ATM прошла этапы рождения, больших надежд и гиперболиза-ции своих возможностей, депрессии и вышла на этап зрелости. Мультисервисные сети ATM. В течение определенного периода вре-мени технология ATM будет сохранять ведущую роль как транспортная технология в магистральных сегментах территориально распределенных 88 сетей для переноса бизнес-трафика, формируемого в кампусных, локаль-ных и учрежденческих телефонных сетях. Основным требованием в таких сетях (частных или общего пользования) является обеспечение мультисер-висных возможностей. Выигрыш при построении мультисервисных сетей на базе техноло-гии ATM определяется несколькими факторами. Пачечная природа трафика, характерная для сетей передачи дан-ных, позволяет операторам сетей ATM эффективно разделять пропускные способности магистральных линий среди пользователей и, соответственно, увеличивать число пользователей. Возможность технологии ATM предоставлять пропускную способ-ность по требованию (концепция гибкой полосы пропускания) приводит к уменьшению стоимости передачи информации. При аренде выделенных линий пользователь должен платить за весь ресурс арендованной линии не-зависимо от того, какая реальная пропускная способность ему требуется. При использовании ATM абонент может установить скорость доступа в со-ответствии с его требованиями и характеристиками трафика, определив при этом также и время использования ресурса, поскольку пользователь платит только за действительно используемую пропускную способность, а не за арендованный тракт с фиксированной полосой пропускания. Применение технологии ATM, обеспечивающей гарантированное качестве обслуживания, ведет к уменьшению числа выделенных линий, широко применяемых сегодня в корпоративных сетях. Эти факторы могут сыграть важную роль в стратегии компаний и крупных операторов при оп-ределении путей развития их сетей.
Таким образом, сегодня существует определенная ниша для приме-нения технологии ATM при построении мультисервисных сетей. Однако необходимо учитывать, что построение мультисервисной сети ATM может быть экономически оправданным для компаний, использующих в базовых сетях, главным образом, выделенные линии и технологию Frame Relay. Возможности использования ATM для построения единой мультисервис-ной сети могут быть существенно ограничены в будущем рядом факторов, среди которых отметим следующие. Во-первых, уже сегодня наблюдается существенное падение стоимо-сти аренды выделенных линий в связи со взрывным ростом доступных пропускных способностей магистралей, благодаря технологиям SDH и DWDM. Во-вторых, очевидна тенденция миграции сетей в сторону все бо-лее широкого применения технологии IP как единой технологии для боль-шинства услуг, включая передачу речи (Voice over IP, VoIP) и видеоин-формации. Прогресс протоколов Интернет, связанный, в основном, с возможно-стью обеспечения гарантированных показателей качества обслуживания, может привести к тому, что мультисервисные возможности ATM не смогут 89 составить конкуренцию применению протоколов Интернет в качестве еди-ной технологии в магистральных сетях. Уже сегодня применение IP и свя-занных протоколов для построения виртуальных частных сетей (VPN) обеспечивает более привлекательные решения по сравнению с традицион-ными сетями передачи данных и арендой выделенных линий и представля-ет серьезную конкуренцию технологии ATM в сетях небольших и средних компаний. Однако процесс перехода к широкому применению технологии IP длится уже более 10 лет и это означает, что рынок для ATM все еще ос-тается открытым.
Еще в начале 90-х гг. разработчики оборудования для сетей Интернет пришли к пониманию того, что для кардинального и вместе с тем эффек-тивного применения концепции Интернет как основы глобальной сети должна быть проведена существенная модификация стека IP-ориентированных протоколов. Ревизия протоколов предполагала как усо-вершенствование уже используемых протоколов семейства IP, так и созда-ние новых механизмов, обеспечивающих требуемые показатели качества обслуживания. Прежде всего, необходимо было дополнить базовый стек протоколов TCP/IP механизмами управления пропускной способностью, которые мог-ли бы гарантировать требуемое качество обслуживания. Разработка таких механизмов и соответствующих протоколов является сегодня первоочеред-ной задачей Комитета IETF, разрабатывающего спецификации по основ-ным наборам IP-ориентированных протоколов. В процессе усовершенство-вания IP-ориентированных протоколов участвует также большое число производителей оборудования и исследовательских групп во всем мире. Вопросы, связанные с качеством обслуживания в сетях IP рассматриваются более детально в р. 2.3.3. Безопасность информации. Сеть должна гарантировать не только ка-чественную доставку информации, но и обеспечить защиту ее от несанк-ционированного доступа. Однако один из основных принципов сети Ин-тернет – принцип открытых систем, приводит к тому, что сети на базе про-токолов TCP/IP характеризуются весьма низким уровнем безопасности. Уровень серьезности этой проблемы значительно возрастает в терри-ториально распределенных IP-сетях, включающих в свой состав большое число территориально разнесенных элементов (каналов и узлов). , Обеспе-чение безопасности в территориально распределенных сетях – как в корпо-ративных, так и в сетях общего пользования, является первоочередной за-дачей, поскольку несанкционированный доступ к информации ведет к ог-ромным материальным и моральным потерям. . Эволюция технологий в сетях Интернет
Основные направления эволюции технологий. Взрывной рост сети Интернет в 90-х гг. и постепенное ее превращение в глобальную сеть при-вели к тому, что принципы, заложенные в исходный протокол IP, стали 96 препятствовать дальнейшему развитию сети – как количественному, так и качественному. Ресурсы исходного семейства протоколов IP, прежде всего касаю-щиеся возможностей адресации, оказались исчерпаны. Рост сетей IP привел к дефициту IP-адресов. Взрывной рост объемов трафика начал вызывать перегрузки на магистральных участках сети, блокируя нормальную работу сетевых узлов. Развитие новых услуг, связанных с индустрией развлечений и электронной коммерцией, определило появление информационных пото-ков с новыми характеристиками (в первую очередь, мультимедийного тра-фика) и новыми требованиями к показателям качества обслуживания. На-конец, использование Интернет в коммерческих целях остро поставило во-прос о необходимости применения специальных мер по защите информа-ции. В ответ на возникшие проблемы в начале 90-х гг. под эгидой Комите-та IETF были активизированы исследования по расширению возможностей наиболее распространенной сегодня в сетях IP четвертой версии классиче-ского протокола (IPv4), а также по созданию новых механизмов и протоко-лов. Основные задачи, которые необходимо было решить при создании улучшенного семейства IP-ориентированных протоколов, состоят в сле-дующем: разработка масштабируемой системы адресации, обеспечивающей увеличение числа доступных IP-адресов и упрощение их конфигурирова-ния; повышение эффективности маршрутизации путем упрощения про-цедур обработки адресной части пакетов в узлах сети; введение новых механизмов, поддерживающих гарантированное качество обслуживания; разработка новых средств аутентификации и защиты информации; возможность поддержки мобильных услуг в Интернет.
Д. Протокол IPv6 В 1994 г, в IETF была создана группа для разработки документов по протоколам IP нового поколения. В 1995 г. IETF принял спецификацию RFC 1752, определившую усовершенствованный протокол IP версии 6 (IPv6). Дадим краткую характеристику основных свойств протокола IPv6. Увеличение длины служебной части пакета. Основная цель при уве-личении длины заголовка IP-пакетов заключалась в усовершенствовании системы адресации. Число разрядов поля адреса в протоколе IPv4 (32 бита) дает возможность присвоения почти 4,3 млрд. адресов; с учетом роста гло-бальной сети этого количества может хватить на ближайшее десятилетие. Однако процессы развития новых услуг (сегодня это, в первую очередь – развитие электронной коммерции, сопровождаемой появлением миллионов 97 новых компаний) и соответствующий рост потребностей в новых IP-адресах могут привести к тому, что запас адресов может истощиться до-вольно быстро. Переход к длине адресного поля, равной 728 бит, обеспечивает жите-лей земли практически неисчерпаемым числом адресов, превышающим ве-личину 1020 (!) на каждое устройство, которому может быть присвоен сете-вой адрес. Благодаря неограниченному количеству адресов будут решены многие проблемы, в том числе трансляция адресов, поддержка сегментов с закрытыми адресными пространствами, присвоение адресов любому типу объектов и т.д. Кроме расширения адресного поля, в протоколе IPv6 значительно увеличена полная длина заголовка пакета – со 192 (IPv4) до 320 бит. Это позволило разделить служебную часть на основной и дополнительный за-головки и вынести ряд необязательных или опциональных параметров в дополнительные поля. В предыдущих версиях опциональные параметры размещались в основном заголовке и маршрутизаторы должны были обра-батывать большой объем ненужной информации. В протоколе IPv6 мар-шрутизатор обрабатывает только необходимую информацию, что снижает время обработки пакетов и суммарную нагрузку. Повышение эффективности работы маршрутизаторов. При реали-зации протокола IPv4 маршрутизаторы выполняли полный набор функций обработки пакетов. В версии IPv6 предусматривается ряд процедур, позво-ляющих уменьшить нагрузку на маршрутизаторы. В состав этих процедур входят: агрегирование адресов, ведущее к уменьшению размера адресных таблиц и, как следствие, к уменьшению времени анализа и обновления таб-лиц; перенос функций фрагментации пакетов (в случае их слишком большой длины) в узлы доступа (пограничные узлы); использование механизма маршрутизации от источника, когда узел-источник определяет межконцевой маршрут прохождения пакета че-рез сеть, а маршрутизаторы внутри сети освобождаются от процедуры оп-ределения следующего маршрутизатора для данного пакета; уже упоминавшийся отказ от обработки опциональных параметров заголовка,
Обеспечение безопасности информации. Протокол IPv6 предусмат-ривает применение встроенных механизмов защиты информации, называе-мых IPSec (IP Security). Для этого вводится специальный дополнительный заголовок Encryp-tion, Механизмы и спецификации IPSec описанные в документе RFC 2401 («Security Architecture for the Internet Protocol», 1998), обеспечивают: аутентификацию источников и получателей информации; шифрование, аутентификацию и целостность передаваемых дан-ных. Протоколы аутентификации пользователей и защиты данных сегодня становятся весьма популярными, особенно в связи с возможностями их применения при организации виртуальных частных сетей. Проблемы внедрения протокола IPv6. При обсуждении перспектив распространения протокола IPv6 необходимо иметь в виду, что основная часть аппаратно-программных сетевых модулей реализует протокол IP чет-вертой версии. В связи с этим возникает проблема, как наиболее эффектив-но осуществить переход на новое семейство протоколов, ориентированных на версию IPv6, В начале 1996 г, для проверки свойств новой шестой версии протоко-ла IP и исследования проблем, возникающих при переходе от IPv4 к IPv6, по инициативе IETF создана экспериментальная сеть 6Вопе, охватывающая страны Северной Америки, Европы (в том числе и Россию), Японию и включающая в себя несколько сотен сетей IP. В сети 6Вопе часть маршру-тизаторов поддерживает обе версии протокола IP, образуя виртуальную сеть, функционирующую поверх сети IPv4 и обеспечивающую передачу пакетов между рабочими станциями (хостами) и между маршрутизаторами по протоколу IPv6, Процесс инкапсуляции протокольных блоков IPv6 в да-таграммы протокола IPv4 и их передачи называется туннелированием. Фрагменты, поддерживающие протокол IPv6, соединяются между собой туннелями. Документ RFC 1933 определяет четыре типа туннелей – между маршрутизаторами, между рабочими станциями и между маршрутизатора-ми и рабочими станциями. Благодаря большому набору новых функциональных возможностей, протокол IPv6, безусловно, получит широкое распространение. Однако пе-реход к новому протоколу требует существенной модификации сетевых продуктов – маршрутизаторов, коммутаторов и операционных систем, под-держивающих протокол IPv4. Очевидно, что с учетом масштабов распространения базового прото-кола IPv4, подобная модификация сети Интернет потребует значительных затрат как временных, так и финансовых. Поэтому, несмотря на новые функциональные возможностями протокола IPv6, перед сетевыми операто-рами и провайдерами Интернет стоит достаточно сложная задача выбора вариантов перехода на новый протокол.
Качество обслуживания в сетях IP
Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) является предметом активных исследований и стандартизации на протяжении всей истории раз-вития телекоммуникаций. Существенный вклад в развитие различных ас-пектов концепции QoS внес Международный союз электросвязи (МСЭ), включая, в том числе разработку норм и требований к показателям качества обслуживания, стандартизацию сетевых механизмов, обеспечивающих не-обходимые показатели QoS, а также формулировку основополагающих оп-ределений. Концепция «наилучшей попытки» была достаточно эффективной в сетях IP для приложений, где можно передавать данные не в реальном вре-мени (электронная почта, передача файлов). Однако, как только возникает недостаток ресурсов, ведущий к увеличению вероятности потерь пакетов и росту их задержек, для приложений реального времени необходимые пока-затели качества обслуживания не могут быть обеспечены. Прежде всего, это объясняется основным принципом функционирования IP-сетей – пере-дачей данных без установления соединений и без управления. С появлени-ем новых приложений, особенно, приложений реального времени (интерак-тивная передача речи, видеотелефония и видеоконференции), вопрос о га-рантированном качестве обслуживания в сетях IP становится одним из наиболее сложных. Это объясняет, почему качество обслуживания в сетях IP остается предметом постоянного внимания международных организаций стандартизации в электросвязи. Сегодня является общепризнанным, что сети с коммутацией каналов и сети с коммутацией пакетов постепенно эволюционируют в направлении создания общей инфраструктуры, базирующейся на протоколах семейства IP. Этот процесс получил название конвергенции. Инфраструктура, воз-никшая в результате конвергенции, должна будет обеспечивать транспор-тировку трафика телефонных сетей, сетей телевидения и трафика приложе-ний, традиционно использующих сегодня сети Интернет. Подобный сцена-рий конвергенции предлагает как экономический выигрыш, получаемый благодаря объединению технологий, так и определяет развитие сектора те-лекоммуникаций через создание новых услуг. Однако процесс конвергенции до настоящего времени протекает дос-таточно медленно. И здесь мы вновь возвращаемся к проблеме обеспечения необходимого качества обслуживания, которая является одним из основ-ных тормозящих факторов в процессе конвергенции сетей и услуг и по-строении единой сети на базе IP, рассматриваемой сегодня как сеть сле-дующего поколения (Next Generation Network, NGN). Для того чтобы пол-ностью реализовать преимущества конвергенции в будущих IP-ориентированных сетях, необходимо разработать новые принципы распре-деления ресурсов сетей и управления трафиком, которые будут гарантиро-вать различные уровни показателей качества обслуживания для большого и разнообразного числа приложений, реализуемых конечными пользователя-ми. При этом разделение ресурсов и процессы управления трафиком долж-ны быть скоординированы в условиях наличия большого числа разнооб-разных приложений с существенно отличающимися требованиями к рабо-чим характеристикам сети (табл. 2.6). Детальное рассмотрение рабочих ха-100
Таблица 1 Чувствительность различных приложений к сетевым характеристикам
А. Работы МСЭ по стандартизации качества обслуживания в сетях IP В рамках работ МСЭ по стандартизации качества обслуживания в се-тях IP предполагаются следующие этапы решения задачи обеспечения QoS для сетей, построенных на базе IP-ориентированных протоколов: создание согласованного общего набора рабочих характеристик се-тей IP и норм для этого набора характеристик; внедрение сетевых механизмов, которые будут обеспечивать за-данные показатели качества обслуживания в конфигурации «терминал-терминал»; Вложение нормированных значений показателей качества обслу-живания в протоколы сигнализации; Разработка архитектуры сетевых механизмов поддержки.
В 2002 г. 13-я Исследовательская Комиссия МСЭ-T опубликовала два международных стандарта, которые отвечают первому из перечисленных этапов. Рекомендация МСЭ Y.1540 описывает стандартные сетевые харак-теристики для передачи пакетов в сетях IP. Рекомендация МСЭ Y.1541 оп-ределяет нормы для параметров, определенных в Рекомендации Y.1540, между двумя граничными сетевыми интерфейсам – точками подключения оконечных терминальных устройств. Кроме того, в этой рекомендации специфицированы шесть классов качества обслуживания в зависимости от приложений. Рассмотрим некото-рые детали Рекомендаций Y.1540 и Y.1541, касающиеся основных сетевых характеристик, связанных с обеспечением QoS в сетях IP. 101Рекомендация МСЭ Y.1540В Рекомендации Y.1540 рассматриваются следующие сетевые харак-теристики как наиболее важные по степени их влияния на сквозное качест-во обслуживания (от источника до получателя), оцениваемое пользовате-лем: производительность сети, надежность сети/сетевых элементов, задержка, вариация задержки (джиттер), потери пакетов.
Производительность сети. Производительность сети (или скорость передачи данных) пользователя определяется как эффективная скорость передачи, измеряемая в битах в секунду. Следует отметить, что значение этого параметра не совпадает с максимальной пропускной способностью сети, ошибочно называемой (причем, довольно часто) полосой пропуска-ния. Минимальное значение производительности обычно гарантируется провайдером услуг, который, в свою очередь, должен иметь соответствую-щие гарантии от сетевого провайдера. В Рекомендации Y.1540 не приведены нормативные характеристики производительности сети, которые различаются для различных приложе-ний. Вместе с тем, в Рекомендации Y.1541 отмечено, что параметры, свя-занные с эффективной скоростью передачи, могут быть определены через дескриптор трафика IP-сети, описанный в Рекомендации МСЭ Y.1221. Надежность сети/сетевых элементов. Пользователи обычно ожи-дают высокий уровень надежности от систем связи. Надежность сети мо-жет быть определена через ряд параметров, из которых наиболее часто ис-пользуется коэффициент готовности, вычисляемый как отношение времени простоя объекта к суммарному времени наблюдения. В идеальном случае коэффициент готовности должен быть равен 1, что означает стопроцент-ную готовность сети. На практике коэффициент готовности оценивается числом «девяток». Например «три девятки» означают, что коэффициент го-товности составляет 0,999, что соответствует 9 ч. времени недоступности (простоя) сети в год. Готовность сети ТфОП оценивается величиной «пять девяток», что означает 5,5 мин простоя в год. В табл. 2.8 приведены данные по времени простоя для различного количества ―девяток‖. Необходимо отметить, что обеспечение коэффициента готовности «пять девяток» в сетях IP, построенных на традиционном оборудовании данных (серверы, маршрутизаторы), является достаточно серьезной про-блемой. Причина этого состоит в том, что обработка информационных по-токов в сетях IP в значительной части базируется на программном обеспе-чении. В то же время статистика отказов сетевого оборудования показыва-ет, что надежность программного обеспечения примерно в два раза ниже надежности аппаратного обеспечения. Таблица 2.. Коэффициенты готовности и соответствующие значения времени простоя оборудования
Параметры доставки пакетов IP. Сеанс связи состоит из трех фаз – установления соединения, передачи информации и разъединения соедине-ния. В Рекомендации Y.1540 из трех фаз сеанса связи рассматривается только вторая фаза – фаза доставки пакетов IP. Такой подход отражает природу сетей IP, не ориентированных на установление соединений. Спе-цификацию рабочих характеристик и параметров QoS для двух других фаз (установление и разъединение соединения) планируется провести в даль-нейшем. Рекомендация МСЭ-Т Y.1540 определяет следующие параметры, ха-рактеризующие доставку IP-пакетов. Задержка доставки пакета IP (IP packet transfer delay, IPTD).
Па-раметр IPTD определяется как время (t2 – t1) между двумя событиями – вводом пакета во входную точку сети в момент t1 и выводом пакета из вы-ходной точки сети в момент t2, где (t2 > t1) и (t2 – t1) <= Tmax. В общем, параметр IPTD определяется как время доставки пакета между источником и получателем для всех пакетов как успешно передан-ных, так и для пакетов, пораженных ошибками. Средняя задержка доставки пакета IP – параметр, специфициро-ванный в Рекомендации Y.1540, определяется как средняя арифметическая величина задержек пакетов в выбранном наборе переданных и принятых пакетов. Значение средней задержки зависит от передаваемого в сети тра-фика и доступных сетевых ресурсов, в частности, от пропускной способно-сти. Рост нагрузки и уменьшение доступных сетевых ресурсов ведут к рос-ту очередей в узлах сети и, как следствие, к увеличению средних задержек доставки пакетов. Речевая информация и, отчасти, видеоинформация являются приме-рами трафика, чувствительного к задержкам, тогда как приложения данных в основном менее чувствительны к задержкам. Когда задержка доставки пакета превышает определенные значения Tmax, такие пакеты отбрасывают-ся. В приложениях реального времени (например, в IP-телефонии) это ве-дет к ухудшению качества речи. Ограничения, связанные со средней за-держкой пакетов IP, играют ключевую роль для успешного внедрения тех-нологии Voice over IP (VoIP), видеоконференций и других приложений ре-ального времени. Этот параметр во многом будет определять готовность пользователей принять подобные приложения. Вариация задержки пакета IP (IP packet delay variation, IPDV). Па-раметр vk, характеризует вариацию задержки IPDV. Для IP-пакета с индексом k этот параметр определяется между вход-ной и выходной точками сети в виде разности между абсолютной величи-ной задержки xk при доставке пакета с индексом k, и определенной эталон-ной (или опорной) величиной задержки доставки пакета IP, d1,2, для тех же сетевых точек: vk = xk – d1, 2 Эталонная задержка доставки пакета IP, d1,2, между источником и по-лучателем определяется как абсолютное значение задержки доставки пер-вого пакета IP между данными сетевыми точками. Вариация задержки па-кета IP или джиттер проявляется в том, что последовательные пакеты прибывают к получателю в нерегулярные моменты времени. В системах IP-телефонии это, к примеру, ведет к искажениям звука и, в результате, к тому, что речь становится неразборчивой. Коэффициент потери пакетов IP (IP packet loss ratio, IPLR). Ко-эффициент IPLR определяется как отношение суммарного числа потерян-ных пакетов к общему числу принятых пакетов в выбранном наборе пере-данных и принятых пакетов. Потери пакетов в сетях IP возникают в том случае, когда значение задержек при передаче пакетов превышает норми-рованное значение, определенное выше как Tmax. Если пакеты теряются, то при передаче данных возможна их повторная передача по запросу прини-мающей стороны. В системах VoIP пакеты, пришедшие к получателю с за-держкой, превышающей Tmax, отбрасываются, что ведет к провалам в при-нимаемой речи. Среди причин, вызывающих потери пакетов необходимо отметить рост очередей в узлах сети, возникающих при перегрузках. Коэффициент ошибок пакетов IP (IP packet error ratio, IPER). Ко-эффициент IPER определяется как суммарное число пакетов, принятых с ошибками, к сумме успешно принятых пакетов и пакетов, принятых с ошибками. Рекомендация МСЭ Y.1541Рекомендация Y.1540 определяет численные значения параметров, специфицированных в Рекомендации Y.1540, которые должны выполнять-ся в сетях IP на международных трактах, соединяющих терминалы пользо-вателей. Нормы на параметры разделены по различным классам QoS, кото-рые определены в зависимости от приложений и сетевых механизмов, при-меняемых для обеспечения гарантированного качества обслуживания. В табл. 2.9 представлены нормы на определенные выше сетевые характери-стики. 104Значения параметров, приведенные в таблице, представляют собой, соответственно, верхние границы для средних задержек, джиттера, потерь и ошибок пакетов. В Рекомендации Y.1541 представлены спецификации набора параметров, связанных с измерением реальных значений сетевых характеристик – периода наблюдений, длины тестовых пакетов, числа па-кетов и т.д. В частности, при оценке качества передачи пакетов речи в IP-телефонии минимальный интервал наблюдения должен быть порядка 1 – 20 с при типичной скорости передачи 50 пакетов/с. Рекомендуемый интер-вал измерений для задержки, джиттера и потерь должен составлять не ме-нее 60 с. Рекомендация Y.1541 устанавливает соответствие между классами качества обслуживания и приложениями: класс 0 – приложения реального времени, чувствительные к джит-теру, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (VoIP, видео-конференции); класс 1 – приложения реального времени, чувствительные к джит-теру, интерактивные (VoIP, видеоконференции); класс 2 – транзакции данных, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (например, сигнализация); класс 3 – транзакции данных, интерактивные; класс 4 – приложения, допускающие низкий уровень потерь (ко-роткие транзакции, массивы данных, потоковое видео); класс 5 – традиционные применения сетей IP. Таблица 3. Нормы для характеристик сетей IP с распределением по классам качества обслуживания
Примечание. Н – не нормировано Архитектура сетевых механизмов обеспечения качества обслуживания в сетях IP Помимо определения сетевых параметров и спецификации норм для них, 13-я Исследовательская комиссия МСЭ-Т проводит в настоящее время работы по идентификации и стандартизации сетевых механизмов, обеспе-чивающих QoS в IP-ориентированных сетях. В мае 2004 г. была принята Рекомендация МСЭ Y.1291, описывающая архитектурную модель для под-держки качества обслуживания в сетях с пакетной передачей. Сетевые механизмы должны использоваться в комбинации с характе-ристиками качества обслуживания, формируемыми в зависимости от при-ложений. При разработке архитектуры сетевых механизмов учитывалось, что различные услуги будут иметь разнообразные требования к характери-стикам сети. Например, для телемедицины точность доставки играет более существенную роль, чем суммарная средняя задержка или джиттер, тогда как для IP-телефонии джиттер и задержка являются ключевыми характери-стиками и должны быть минимизированы. С учетом тенденции постоянно-го расширения числа приложений с различными требованиями к характе-ристикам качества обслуживания архитектура поддержки QoS должна включать в себя широкий набор общих сетевых механизмов, как сущест-вующих, так и перспективных, подлежащих разработке. Архитектура поддержки QoS определяет набор сетевых механизмов, называемых конструктивными блоками. В настоящее время определен на-чальный набор конструктивных блоков, отвечающих трем логическим плоскостям: плоскости контроля, плоскости данных (информационной плоскости) и плоскости административного управления (рис. 1). Плоскость контроля. Механизмы QoS контрольной плоскости опе-рируют с путями, по которым передается трафик пользователей, и включа-ют в свой состав: управление допуском (Admission Control, AC), маршрутизацию для QoS (QoS routing), резервирование ресурсов (Resource reservation).
Рис. 1. Архитектурная модель для поддержки качества обслуживания Плоскость данных. Группа механизмов оперирует непосредственно с пользовательским трафиком и включает в себя: управление буферами (Buffer management), предотвращение перегрузок (Congestion avoidance), маркировка пакетов (Packet marking), организация и диспетчеризация очередей (Queuing and scheduling), формирование трафика (Traffic shaping), правила обработки трафика (Traffic policing), классификация трафика (Traffic classification). Плоскость административного управления. Содержит механизмы QoS, имеющие отношение к эксплуатации, администрированию и управле-нию сетью применительно к доставке пользовательского трафика. В число механизмов QoS на этой плоскости входят: измерения (Metering), заданные правила доставки (Policy), восстановление трафика (Traffic restoration), соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement). Сетевые механизмы QoS (или, следуя терминологии МСЭ, блоки QoS) могут быть специфицированы применительно к сетевым узлам (например, управление буферами узлов) или к сетевым сегментам (маршрутизация QoS), где понятие «сетевой сегмент» может относиться к межконцевому соединению, участку доступа, межузловому участку или участку, соеди-няющему две и большее число сетей. Далее рассмотрим некоторые из пе-речисленных выше механизмов. Для иллюстрации того, как различные механизмы поддержки QoS могут быть использованы в стандартизованных методах обеспечения тре-буемых показателей качества обслуживания, рассмотрим два наиболее ши-роко применяемых в настоящее время подхода при решении задачи обес-печения качества обслуживания: Интегрированные услуги (IntServ) и Диф-ференцированные услуги (DiffServ). Г. Механизмы поддержки качества обслуживания в сетях IP Как было отмечено выше, переход к сетям следующего поколения, построенным на базе стека протоколов IP, возможен только при условии, что для большого числа приложений будут обеспечены соответствующие показатели качества обслуживания. Для достижения этой цели был разра-ботан ряд механизмов борьбы с задержками и потерями, которые в соот-ветствии с разрабатываемой Рекомендацией МСЭ-Т Y.1291 разделены по трем плоскостям: плоскости контроля, плоскости данных и плоскости ад-министративного управления. 1. Механизмы QoS в плоскости контроля Управление допуском (Call Admission Control). Механизм контроли-рует новые заявки на пропуск трафика через сеть, определяя, может вновь поступающий трафик привести к перегрузке сети или к ухудшению уровня качества обслуживания для уже имеющегося в сети трафика. Обычно управление допуском построено на определенном наборе правил админи-стрирования, контроля и управления сетевыми ресурсами. Эти правила мо-гут быть специфицированы в соответствии с потребностями сетевого про-вайдера или базироваться на соглашении между провайдером и пользова-телем и включать в свой состав различные параметры качества обслужива-ния. Для удовлетворения требований определенных служб (например, при чрезвычайных обстоятельствах), соответствующему трафику может быть присвоен высший приоритет при доступе в сеть. |
