Качество обслуживания

Качество обслуживания - QoS Требования разных типов приложений Параметры качества обслуживания Служба QoS –Модель службы QoS –Алгоритмы управления очередями –Механизмы профилирования и формирования трафика Общая характеристика протоколов QoS IP Резервирование пропускной способности с помощью RSVP Дифференцированное обслуживание DiffServ Использование виртуальных каналов MPLS для поддержки QoS Качество обслуживания на основе централизованной политики (Policy-based QoS) – Общая структура –COPS

Требования к сети различных типов трафика Требования к пропускной способности

Поток (Stream) TПакет в M байт Трафик Constant Bit Rate = M / T бит/с Примеры: оцифрованный голос, цифровое видео, телеметрическая информация

Пульсация (Burst) T long -> C = Cсредн. Пакет от M1 до M2 байт Трафик Variable Bit Rate Скорость меняется от 0 до Cпротокола Примеры: передача файлов, компрессированные голос и видео T 2 -> C = Cпрот. T 1 -> C = 0 Пульсация - период T2 Измеряется в: Сек - длительность пульсации Байтах (burst size) - объем данных в импульсе Коэффициент пульсации = С T /С средн. (например, 50:1)

Параметры QoS по пропускной способности сети Средняя скорость на длительном периоде - Commited Information Rate у frame relay - Sustained Cell Rate у ATM Максимальная скорость всплеска (пульсации) - Peak Cell Rate у ATM Максимальный объем пульсации - Bc (Burst commited) у frame relay - Maximum Burst Size (MBS) у АТМ Максимальное время пульсации - T пульсации у frame relay - Burst Tolerance (BT) у АТМ

Взаимосвязь параметров пульсации T Bc CIR Frame relay ATM: BT = (MBS-1) (1/SCR - 1/PCR) Bc = CIR x T

Параметры QoS по задержкам: - средняя задержка (delay) - вариация задержки (jitter) Задержка1 Задержка 2 Delay = ( t i)/N – математическое ожидание Jitter = 1/N ( t i -delay) 2 - коэффициент вариации ___________ Delay

Чувствительность приложений к потерям данных Чувствительные к потерям приложения Передача дискретных данных - текст, числа, неподвижные изображения - при потере пакета данные становятся частично или полностью обесцененными - необходима повторная передача Устойчивые к потерям приложения Передача аналоговой информации - голос,видео - инерционность процессов позволяет при небольшом проценте потерь восстановить потерянные данные по соседним

Параметры QoS по уровню потерь данных Процент потерянных пакетов (кадров, ячеек) - Cell Lost Ratio в АТМ Процент искаженных кадров

Качество обслуживания в сетях с коммутацией каналов Основной показатель Grade of Service: вероятность отказа сети в установлении соединения, блокировка (причина - исчерпана коммутационная емкость какого-либо коммутатора вдоль пути) Пропускная способность и задержки – фиксированные Формула Эрланга: A N N! Pb = A X X! Пример: A = 3 N = 6 Pb = (5%) A – нагрузка в эрлангах (занятость одной линии) N – коммутационная емкость (максимальное количество соединений)

Модель службы QoS Трафик «Приложение-приложение» 1.QoS узла - - очереди - shaping Протокол сигнализации 3. Правила политики QoS, управление, учет

Средства QoS узла 1. Механизмы обслуживания очередей: - FIFO (первым пришел - первым ушел) - Priority – приоритетное обслуживание -WFQ – взвешенное обслуживание - … 2. Механизмы «кондиционирования» трафика - классификация - контроль доступа - профилирование (policing) - формирование (shaping)

1. Классификация (classification) трафика на основе: IP-адресов Dest и Source Протоколу - TCP или UDP TCP/UDP ports (по приложениям) Метка потока в IPv6 Признаков в заголовке прикладного протокола Имени пользователя Кондиционирование трафика (conditioning) Пример Класс 2: - IP Dest = /24 - IP Source = /8 - TCP/UPD = 80

2. Контроль доступа (Access Control) - имеет ли право пакет от определенного пользователя обслуживаться в данное время и данной входной точкой сети Проблема: как определить соответствие «пакет - пользователь»? При аутентификации пользователя его имя связывают с IP-адресом Пример: система Meta IP компании Check Point

3.Профилирование (policing) Проверка соответствия трафика QoS-профилю – проверка соглашения Service Level Agreement Профиль: - средняя скорость - максимальная скорость - пульсация - задержка При несоответствии пакета профилю - пакет отбрасывается ли помечается как «нарушитель» - его могут отбросить последующие сетевые устройства при перегрузках

Формирование трафика (shaping) Придание потоку пакетов заданных временных характеристик - равномерность При равномерном следовании пакетов уменьшаются очереди в маршрутизаторах и, соответственно, времена задержек

Протоколы сигнализации для QoS Нужны для распространения вдоль пути следования пакетов данных о требуемых параметрах QoS для трафика Согласуют усилия сетевых устройств по согласованному обслуживанию определенного потока данных Без согласованности параметры QoS поддержать нельзя! Router 1Router 2Router 3Router 4 Пропускная способность равна минимальной по всем сетевым устройствам Примеры: RSVP, DS-байт

Централизованная политика, управление и учет Администратор выполняет роль арбитра для пользователей и приложений: - задает с помощью набора правил условия кому и когда сетевые устройства должны предоставлять услуги QoS и с какими параметрами Другой способ согласования параметров QoS между устройствами User1 SCR=64 Kb/s User 2Bc

Алгоритмы управления очередями Применение методов теории массового обслуживания (Queuing Theory) для анализа очередей в сетях Модель M|M|1 Очередь заявок- пакетов Обслуживающий прибор - процессор маршрутизатора t b - среднее время обслуживания = 1/t - интенсивность поступления заявок-пакетов в обслуживающий прибор, скорость поступления данных x C = 1/b - интенсивность выхода заявок- пакетов из обслуживающего прибора, b - среднее время продвижения пакета - коэффициент загрузки обсл. прибора C бит

Алгоритмы управления очередями Применение методов теории массового обслуживания (Queuing Theory) для анализа очередей в сетях t b - среднее время обслуживания При экспоненциальном распределении времен поступления пакетов A(t)=1-e - t - среднее время между пакетами = 1/, коэфф. вар. = 1 и экспоненциальном распределении времени обслуживания B(x)=1-e - x среднее время ожидания W равно W = b

Среднее время ожидания 1 W 0.5 При < 0.5 задержки незначительны - низкая загрузка сети гарантирует качество обслуживания!

Приоритетное обслуживание очередей Абсолютный приоритет - пока высокоприоритетная очередь полностью не обслужена, более низкоприоритетные не обслуживаются Время ожидания в низкоприоритетной очереди может стремится к

Приоритетное обслуживание очередей High priority W = H b/(1- H ) H = H / - например, 200/1000 или 0.2 M = M / ( H ) - например, 200/( ) = 0.4 При равной интенсивности поступления условия обслуживания трафика с приоритетом Medium хуже: W H = (0.2 / 1000) / ( ) = /0.8 = = 25 мкс W M = (0.4 / ( )) / ( ) + W H = / = 108 мкс При значительной доле трафика High Priority остальной трафик обслуживается со значительными задержками

Конфигурирование приоритетного обслуживания Определение списка приоритетов priority-list 4 protocol decnet medium lt 200 priority-list 4 protocol ip medium tcp 23 priority-list 4 protocol ip medium udp 53 priority-list 4 protocol ip high interface serial 0 priority-group 4

Взвешенные настраиваемые очереди - Weighted Custom Queuing Каждая очередь обслуживается в течение заданной доли времени обработчика очереди - 10%, 10%, 30%, 20%, 30%

Взвешенные настраиваемые очереди - Weighted Custom Queuing 10% 30% 20% 30% При взвешенном обслуживании задержки меньше у того класса трафика, у которого отношение меньше

Взвешенное справедливое обслуживание - Weighted Fair Queuing Равные веса для всех потоков Существует одна приоритетная очередь - для системных сообщений (ICMP, SNMP)