ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Основные модели и механизмы обеспечения качества об-служивания в сетях IP

1 234

А. Модель предоставления интегрированных услуг (IntServ)

Процесс превращения сети Интернет в середине 90-х гг. из академи-ческой в коммерческую инфраструктуру, рост числа узлов и количества пользователей, применение сети Интернет для разнообразных приложений с различными требованиями к качеству обслуживания – все эти факторы определили быстрое развитие механизмов поддержки QoS. В ответ на но-вые условия, возникшие в сетях IP, Комитет IETF предложил большой на-бор моделей и механизмов для обеспечения качества обслуживания в сетях Интернет, которые разделяются на две категории в соответствии с назва- ниями рабочих групп Комитета IETF, разрабатывающих эти модели и ме-ханизмы – интегрированные и дифференцированные услуги. Рабочая группа Integrated Services Working Group разрабатывала мо-дель предоставления интегрированных услуг (или IntServ), основанную на принципе интегрированного резервирования ресурсов. Модель IntServ бы-ла разработана для поддержки приложений реального времени, чувстви-тельных к задержкам. Механизмы, реализующие модель интегрированных услуг, должны обеспечивать взаимодействие всех сетевых устройств для поддержки любого уровня QoS вдоль пути передачи определенного потока пакетов. Наиболее детально среди механизмов группы IntServ проработан протокол RSVP (Resource ReSerVation Protocol), спецификация которого (RFC 2205, [8]) была принята Комитетом IETF в 1997 г. Механизмы группы IntServ относятся к группе методов, гарантирующих «жесткое» или абсо-лютное качество обслуживания. Протокол RSVP является наиболее извест-ным представителем группы механизмов интегрированного обслуживания. По существу, RSVP представляет собой протокол сигнализации, в соответ-ствии с которым осуществляется резервирование и управление ресурсами с целью гарантии «жесткого» качества обслуживания. Резервирование про-изводится для определенного потока IP-пакетов перед началом передачи этого потока. Идентификация потока (определение пакетов, принадлежа-щих одному потоку) осуществляется по специальной метке, размещаемой в основном заголовке каждого пакета IPv6. После резервирования пути на-чинается передача пакетов данного потока, обслуживаемых на всем меж-концевом соединении с заданным качеством. Протокол RSVP является только протоколом сигнализации. Для обеспечения требуемого качества обслуживания на фазе переноса пакетов трафика он должен быть дополнен одним из существующих протоколов маршрутизации, а также набором механизмов управления трафиком, вклю-чающих управление допустимостью соединений (CAC), классификацию трафика, управление и планирование очередей, а также другие механизмы, составляющие основу архитектуры механизмов поддержки QoS, рассмот-ренную выше.

Несмотря на возможности протоколов группы IntServ в плане обес-печения требуемых показателей QoS, реализация и развертывание методов интегрированного обслуживания связаны с определенными трудностями, особенно в территориально распределенных сетях. В частности, необходи-мо учитывать возможность перегрузки маршрутизаторов и переполнения накопителей в сетевых узлах при большом числе одновременно обслужи-ваемых потоков. Необходимо также признать, что протоколы группы IntServ не отвечают требованиям масштабируемости. Достаточно высокими оказываются и требования к маршрутизаторам с точки зрения набора обя-зательных механизмов (RSVP, CAC и др.). Поэтому во второй половине 90-х гг. (именно в этот период был отмечен взрывной рост сетей Интернет) начались работы по созданию моделей и механизмов предоставления диф-ференцированных услуг (DiffServ). Эти работы проводятся группой Diffe-rentiated Services Working Group Комитета IETF. Б. Модель предоставления дифференцированных услуг Модель дифференцированных услуг (Differentiated Services, DiffServ) является логическим продолжение работ IETF над архитектурой IntServ. Недостатки, заложенные в самом принципе модели IntServ (жесткие гаран-тии качества обслуживания, низкий уровень масштабирования), привели к необходимости создания более гибких механизмов обеспечения QoS. Об-щая характеристика принципов предоставления дифференцированных ус-луг (RFC-2475,) была опубликована в декабре 1998 г., а более детальные спецификации появились в середине 1999 г. Методы DiffServ составляют группу механизмов, которые в отличие от методов IntServ обеспечивают относительное или «мягкое» качество обслуживания. Основная идея механизмов DiffServ состоит в предоставлении диф-ференцированных услуг для набора классов трафика, отличающихся требо-ваниями к показателям качества обслуживания. Как и в случае механизмов IntServ, для реализации дифференцированных услуг широко применяются механизмы, входящие в состав рассмотренной выше архитектуры под-держки QoS в сетях IP. Одним из центральных понятий модели DiffServ является соглашение об уровне обслуживания, входящее в состав механизмов QoS на плоскости менеджмента. В модели DiffServ архитектура сети представляется в виде двух сегментов – пограничных участков и ядра. На входе в сеть в узле дос-тупа (пограничном маршрутизаторе) пакеты классифицируются (механизм Traffic classification) для того, чтобы выделить пакеты одного потока, ха-рактеризуемого общими требованиями к качеству обслуживания. Затем трафик подвергается процедуре нормирования (механизм Traffic condition-ing). Нормирование трафика предполагает измерение параметров трафика и сравнение результатов измерений с параметрами, оговоренным в контракте SLA. Если условия SLA нарушаются, часть пакетов может быть отброшена. При необходимости поток пакетов проходит через устройство профилиро-вания (механизм Traffic shaping). Магистральные маршрутизаторы, состав-ляющие ядро сети, обеспечивают пересылку пакетов в соответствии с тре-буемым уровнем QoS.

Требования к необходимому набору показателей качества обслужи-вания задаются в специальном однобайтовом поле каждого пакета – в окте-те Type of Service (ToS) протокола IPv4 или в октете Traffic Class (ТС) про-токола IPv6. Отметим, что в модели DiffServ это поле называется DS-байтом. Содержание DS-байта определяет вид предоставляемых услуг. Первые два бита определяют приоритет пакета, следующие четыре – тре- буемый класс обслуживания пакета в узле и два бита остаются неисполь-зуемыми. Класс обслуживания здесь означает механизм обработки и про-движения пакета из данного узла к следующему узлу (Реr-Нор Behavior, PHB) в соответствии с необходимым качеством обслуживания. Таким об-разом, с помощью поля DS можно определить до 32 двух различных уров-ней качества обслуживания. В стандартах IETF RFC 2598 и RFC 2597 определены два класса ус-луг для модели DiffServ. В спецификации RFC 2598 описан класс «срочной доставки» (Expedited Forwarding, EF), обеспечивающий наивысший из воз-можных уровней качества обслуживания (Premium Service) и применяемый для приложений, требующих доставки с минимальными значениями за-держки и джиттера. Второй класс обслуживания, получивший название «гарантированной доставки» (Assured Forwarding, AF), представлен в спе-цификации RFC 2597. Класс гарантированной доставки поддерживает уро-вень качества обслуживания более низкий, чем класс срочной доставки, но более высокий, чем обслуживание по принципу «наилучшей попытки». Внутри этого диапазона QoS класс AF определяет четыре типа трафика и три уровня отбрасывания пакетов. Таким образом, класс AF обеспечивает возможность обслуживания до 12 разновидностей трафика в зависимости от набора требуемых показателей качества обслуживания. Обработка пакетов в соответствии с определенными уровнем при-оритета и типом трафика осуществляется специальными схемами обслужи-вания очередей, обеспечивающими контроль задержек и джиттера пакетов и исключение возможных потерь. Среди основных механизмов управления очередями отметим приоритетное обслуживание (Priority Queuing), взве-шенное справедливое обслуживание (Weighted Fair Queuing) и обслужива-ние в соответствии с механизмом PHB (Class-Based Queuing). Относительная простота классификации трафика в модели DiffServ и отсутствие механизмов сквозного (end-to-end) резервирования ресурсов оп-ределяют широкие возможности применения дифференцированных услуг по сравнению с механизмами IntServ, Применение механизмов DiffServ в магистральном ядре сети позволяет использовать их для обработки агреги-рованного трафика, который может объединяться в пограничных сегментах сети. Такой подход может оказаться эффективным, например, в IP-телефонии, когда множество речевых потоков объединяются в один агре-гированный поток, характеризуемый одинаковыми требованиями к показа-телям качества обслуживания.

Вместе с тем, следует отметить, что механизмы DiffServ не могут га-рантировать такой же уровень QoS, какой можно получить в цифровых те-лефонных сетях, базирующихся на коммутации каналов (например, в ISDN). При этом можно ожидать, что в будущих сетях доля служб, тре-бующих такой уровень качества, будет относительно небольшой, тогда как для приложений с менее критическими требованиями к QoS модели и ме-115 ханизмы дифференцированных услуг будут способны обеспечить необхо-димый уровень качества обслуживания. В. Многопротокольная коммутация по меткам (технология MPLS)

История разработки протокола MPLS.

Технология MPLS пред-ставляет собой развитие технологии Tag Switching (коммутация по тегам или по меткам), разработанной компанией Cisco в середине 90-х гг. Суще-ство механизма Tag Switching состоит в следующем. Вначале каждый мар-шрутизатор сети IP формирует маршрутные таблицы, используя стандарт-ные протоколы маршрутизации (например, протокол OSPF). Затем каждо-му маршруту ставится в соответствие (генерируется) метка (label), которая может определять один маршрут или набор маршрутов. Набор меток фор-мирует определенный аналог виртуального соединения называемый «путем, коммутируемым по меткам» (Label Switched Path, LSP). Таким образом, метки могут рассматриваться как определенный ана-лог идентификаторов виртуальных соединений (VPI/VCI) в технологии ATM или идентификаторов логических каналов в технологиях Frame Relay или Х.25. Сформированный набор меток соответствует определенному на-бору маршрутных таблиц. Как только топология сети IP меняется (изменя-ются таблицы маршрутизации), должны быть изменены наборы меток, и, соответственно, меняются наборы виртуальных путей. Поэтому механизмы коммутации по меткам относятся к группе механизмов, ориентированных на топологию. При поступлении пакета во входной граничный маршрутизатор паке-ту присваивается метка, в соответствии со значением которой пакет пере-сылается в соседний маршрутизатор на данном маршруте. Маршрутизатор, приняв пакет, анализирует метку и затем передает пакет к следующему уз-лу, изменив, если необходимо, значение метки. Таким образом, анализ ад-ресов IP (как это делается в магистральных маршрутизаторах IP) заменяет-ся в протоколе Tag Switching анализом коротких меток, определяющих на-правление передачи пакетов IP, принадлежащих одному сообщению.

Протокол MPLS.

В течение 1996 – 97 гг. компании – производители маршрутизаторов для сетей IP предложили большое число вариантов схем коммутации меток, что привело к необходимости стандартизации механиз-мов этой группы. С этой целью в 1997 г. была создана специальная рабочая группа IETF, получившая название Multi-Protocol Label Switching, MPLS. Первая спецификация MPLS была опубликована в 1999 г. Основы протоко-ла MPLS описаны в большом числе документов RFC и книг. Разработанная вначале для целей взаимодействия сетей IP и сетей АТМ (Frame Relay), технология MPLS обеспечивает существенные пре-имущества в скорости переноса пакетов через сети IP при использовании коротких меток в протокольных блоках второго (канального) уровня (или MAC-уровня) эталонной модели OSI. 116 Основу спецификации протокола MPLS составили предложения ком-паний Cisco, IBM и Toshiba. Протокол MPLS базируется на распознавании потоков пакетов, имеющих одинаковый маршрут, и присвоении им соот-ветствующих меток. В технологии MPLS соответствие между пакетом и потоком устанавливается только один раз, на входе в сеть MPLS. Эта осо-бенность является существенным признаком, отличающим процесс перено-са пакетов в сети MPLS от процесса переноса пакетов в сети IP, где каждый маршрутизатор, находящийся на пути следования пакетов, анализирует за-головок каждого пакета, чтобы определить, к какому потоку этот пакет от-носится, и выбрать направление для его пересылки к следующему маршру-тизатору. Принцип коммутации MPLS основывается на обмене меток. Любой передаваемый пакет ассоциируется с тем или иным классом сетевого уров-ня FEC (Forwarding Equivalence Class), каждый из которых идентифициру-ется определенной меткой. Значение метки, размер которой составляет 32 бита, уникально для участка пути между соседними узлами сети MPLS. Эти узлы называются также маршрутизаторами LSR (Label Switching Router, LSR), коммутирующими по меткам. Метка передается с каждым пакетом IP. Обмен метками производится с помощью специального прото-кола распределения меток LDP (Label Distribution Protocol), базирующегося на протоколе резервирования ресурсов RSVP. Последовательность маршрутизаторов (LSRвх, LSR2, ..., LSRвых), через которые проходят пакеты, принадлежащие одному FEC, образует вирту-альный путь LSP, коммутируемый по меткам, LSP (уже введенный выше при рассмотрении технологии Tag Switching). Маршрутизаторы LSR анали-зируют вместо пакета IP (160 бит) метку (32 бита). Механизм MPLS предусматривает два способа пересылки пакетов. При одном способе каждый маршрутизатор выбирает следующий участок маршрута самостоятельно, а при другом заранее задается цепочка маршру-тизаторов, через которые должен пройти пакет. Второй способ основан на том, что маршрутизаторы на пути следования пакета действуют в соответ-ствии с инструкциями, полученными от одного из LSR данного LSP (обыч-но – от находящегося ниже в LSP-пути, что позволяет совместить процеду-ру «раздачи» этих инструкций с процедурой распределения меток). Распре-деление меток между LSR приводит к установлению внутри домена MPLS путей с коммутацией по меткам.

Каждый маршрутизатор LSR содержит таблицу, которая ставит в со-ответствие паре «входной интерфейс, входная метка» тройку «префикс ад-реса получателя, выходной интерфейс, выходная метка». Получая пакет, маршрутизатор LSR по номеру интерфейса, на который пришел пакет, и по значению привязанной к пакету метки определяет для него выходной ин-терфейс. (Значение префикса применяется лишь для построения таблицы и в самом процессе коммутации не используется.) Старое значение метки за-117

меняется новым, содержавшимся в поле «выходная метка» таблицы, и па-кет отправляется к следующему устройству на пути LSP. Вся операция требует лишь одноразовой идентификации значений полей в одной строке таблицы. Это занимает гораздо меньше времени, чем сравнение IP-адреса отправителя с наиболее длинным адресным префиксом в таблице маршрутизации, которое используется при традиционной мар-шрутизации. Таким образом, в основе технологии MPLS лежит метка – идентифи-катор фиксированной длины, который определяет класс маршрутизации FEC. По значению метки пакета определяется его принадлежность к опре-деленному классу на каждом из участков коммутируемого маршрута. Как уже отмечалось, метка должна быть уникальной лишь в пределах соедине-ния между каждой парой логически соседних LSR. Поэтому одно и то же значение метки может использоваться маршрутизатором LSR для связи с различными соседними маршрутизаторами, если только имеется возмож-ность определить, от какого из них пришел пакет с данной меткой. Перед включением в состав пакета метка определенным образом ко-дируется, вводится в заголовок протокола канального уровня и помещается между заголовком канального уровня и заголовком пакета IP. Метка также может или кодироваться в виде определенного значения VPI/VCI в сети АТМ. Для пакетов протокола IPv6 метку можно разместить в поле иденти-фикатора потока. Метка может принимать любое значение, кроме несколь-ких зарезервированных. Для обеспечения структурирования потоков в пакете создается стек меток, каждая из которых имеет свою зону действия. Формат стека меток представлен на рис. 2.20. Стандартно стек меток размещается между заго-ловками сетевого и канального уровней (соответственно L2 и L3). Каждая запись в стеке занимает 4 октета.

Рис. 2. Формат стека меток: CoS – Class of Service (класс обслуживания) S – флаг-указатель стека меток; TTL – Tome-to-Live (Время жизни пакета MPLS)

На рис. 2. представлен фрагмент сети MPLS. Как показано на ри-сунке, отправитель посылает свои данные адресату. В домене MPLS не обязательно весь трафик от источника передается по одному тракту. В за-висимости от характеристик передаваемого трафика для пакетов с разными требованиями по QoS могут создаваться разные LSP. На рис. 2.21 погра-ничный маршрутизатор LSR1 является входным маршрутизатором, а LSR4 – выходным маршрутизатором.

На рис. 3 представлен фрагмент сети MPLS

Таким образом, главная особенность MPLS — отделение процесса маршрутизации пакета от необходимости анализа IP-адресов в его заголов-ке, что приводит к существенному уменьшению времени пребывания паке-тов в маршрутизаторе и обеспечению требуемых показателей QoS для тра-фика реального времени. Каждый из классов FEC обрабатывается отдельно от остальных — не только потому, что для него строится свой путь LSP, но и с позиций досту-па к общим ресурсам (к пропускной способности канальных ресурсов и к буферному пространству маршрутизаторов). В результате технология MPLS позволяет очень эффективно поддерживать требуемое качество об-служивания, не нарушая предоставленных пользователю гарантий. Для обеспечения требуемых показателей качества обслуживания про-токол MPLS использует элементы механизмов IntServ и DiffServ. Как уже упоминалось выше, протокол распределения меток LDP базируется на про-токоле RSVP. Это позволяет предварительно резервировать сетевые ресур-сы вдоль тракта LSP на этапе установления с тем, чтобы гарантировать требуемые показатели QoS для пакетов, переносимых по данному тракту.

Кроме того, пакеты, принадлежащие одному классу FEC, могут обра-батываться в соответствии с механизмами DiffServ. Применение в маршру-тизаторах LSR механизмов поддержки показателей QoS, таких как управ-ление буферизацией и очередями, маркировка пакетов, маршрутизация QoS, обработка трафика (классификация, формирование и др.), обеспечивает 119эффективные пути обеспечения требуемых показателей QoS для различных видов трафика.

1 234