Средства QoS узла, как правило, выполняют функции основных исполнительных механизмов службы поддержки качества, поскольку именно они оказывают непосредственное влияние на процесс продвижения пакетов между вводными и выводными интерфейсами маршрутизирующих устройств или коммутаторов, и, стало быть, определяют вклад каждого сетевого устройства в показатели уровня качества предоставленных услуг.

Средства Q^S узла реализуют такие типы механизмов:

♦ механизмы обслуживания очередей;

♦ механизмы кондиционирования трафика;

♦ механизмы управления буферами;

♦ механизмы управления вводом;

♦ механизмы контроля с обратной связью.

Механизмы обслуживания очередей (Queuing and Scheduling) являются необходимым элементом любого устройства, которое рабо тает по принципу коммутации пакетов. Они могут поддерживать разные алгоритмы обработки пакетов, которые попали в очередь на обслуживание какого-либо коммутационного устройства - от простейшего, типа FIFO, до весьма сложного алгоритма, который в состоянии поддерживать одновременную обработку нескольких разных по своим характеристикам классов потоков (например, алгоритма приоритетного или взвешенного обслуживания).

При обычных условиях в коммутаторах пакетов действует простой алгоритм обработки очередей типа FIFO. Но он пригоден только для реализации обслуживания с «максимумом возможного». Для поддержки дифференцированного обслуживания с гарантированным сервисом используются гораздо более сложные механизмы, функционирующие согласно алгоритмам приоритетного или взвешенного обслуживания.

Механизмы кондиционирования трафика (Traffic Conditioning) обеспечивают «сглаживание» пульсирующего потока пакетов, который транспортируется между узлами сети. Механизмы кондиционирования функционируют таким образом, чтобы скорость «сглаженного» потока пакетов (т.е., пакетов, которые после «сглаживания» непосредственно поступают в узел на обработку) оставалась немного меньшей, чем максимально возможная скорость обработки этого потока на узле.

Обеспечение требуемого качества обслуживания всегда предполагает создание таких условий, когда допустимая скорость обработки пакетов на узле согласуется со скоростью их поступления в этот узел. Если пульсации потока не приводят к возникновениям ситуаций, когда скорость поступления пакетов на вводный порт узла становится больше скорости его продвижения через узел, тогда реализация механизмов кондиционирования является нецелесообразной. Но во многих других случаях скорость поступления пакетов к узлу на определенных промежутках времени становится большей, чем скорость их продвижения через узел. Как следствие, возникают очереди пакетов, которые при определенных условиях могут превышать размер памяти буферного портового устройства на узле, что приводит к потерям пакетов. Механизмы кондиционирования рассчитаны на работу именно в эти периоды трафиковых перегрузок. Они «сглаживают» пиковые значения пульсаций трафика, но, к сожалению, за счет определенной задержки пакетов в очередях. Понятно, что задержки от ожидания в очередях должны укладываться в параметры потока, которые зафиксированы в SLA.

Механизм кондиционирования потока пакетов в обычных условиях реализуется путем выполнения приведенных ниже функций.

1) Функция классификации трафика, т.е. функция выделения из общего потока разнородных пакетов, поступающих в узел, такой последовательности пакетов, к которым предъявляются одинаковые требования с точки зрения обеспечения необходимого качества обслуживания. Классификация может выполняться на основе формальных признаков пакета, таких как адрес отправителя и/или назначения, идентификатор приложений, значение признака приоритетности пакета, значение метки потока и т.п.

2) Функция профилирования трафика на основе определенных правил - это конкатенация двух функций: функции проверки соответствия между параметрами потока пакетов, поступающих в узел, и параметрами его профиля, который зафиксирован в SLA; функции обработки потока пакетов (вид которой зависит от результата проверки функции проверки соответствия).

Набор параметров QoS, характеризующий определенный поток пакетов, часто называют профилем этого потока. Для проверки соответствия входного потока заданному профилю механизм кондиционирования осуществляет измерения параметров потока. В случае нарушения параметров профиля, выявляемого по результатам проверки соответствия (например, выявлено превышение допустимой продолжительности пульсации или допустимой средней скорости потока), реализуется одна из трех таких возможных функций обработки потока: формирование трафика, отбрасывание пакетов потока или маркирование пакетов этого потока.

3) Функция формирования трафика (Traffic shaping) - разновидность функции профилирования трафика, выполняемого с целью придания ему нужной временной формы. В основном, с помощью данной функции стремятся сгладить пульсации потока пакетов, что бы процесс выхода пакетов из устройства обработки был более равномерным, чем процесс их входа в это устройство. Такое сглаживание пульсаций будет уменьшать возможные очереди в сетевых устройствах, расположенных дальше за маршрутом. Его также целесообразно использовать для восстановления временных соотношений между отдельными приложениями, которые работают с равномерными потоками (например, между потоками речевых приложений).

4) Функция ограничения трафика (отбрасывание пакетов из потока, Traffic policing). Реализация этой функции позволяет отказаться от буферизации данных в условиях, когда потоки пользователей нарушают условия SLA. Отбрасывание определённого количества пакетов снижает интенсивность потока и, в некоторых случаях, приводит его параметры в соответствие со значениями, указанными в профиле.

5) Функция маркирования пакетов в потоке. Маркирование пакетов без их отбрасывания из потока необходимо для того, чтобы не потерять пакеты - «нарушители», и в то же время иметь возможность их обслуживания (на данном узле или в следующем вдоль маршрута передачи), хотя и с пониженным уровнем качества. Возможно, даже более низким, чем тот, который указан в профиле потока (например, будут увеличены значения задержки и т.п.).

Механизмы управления буферами (Buffer Management) распределяют сетевые буферные устройства между данными пользователей. В зависимости от степени заполнения памяти этих устройств (а также от характеристик потоков пакетов с данными разных типов, которые поступают через входные интерфейсы) эти пакеты или уничтожаются или принимаются в «предварительные» очереди, образуемые на вводах буферов. Потом эти пакеты, после ожидания в буферах, распределяются по типам очередей, которые создаются на выводах буферов.

Наиболее известные механизмы управления буферами: механизм случайного раннего выявления переполнения (RED) и его модификация, учитывающая приоритетность трафика - механизм взвешенного случайного раннего выявления переполнения (WRED). Принцип их функционирования заключается в следующем: как только информационный поток превышает определенный лимит буферно го пространства выводного интерфейса, вероятность уничтожения пакетов в нём повышается. Таким образом, осуществляется противодействие захвату полосы пропускания канала передачи потоками, которые не реагируют на перегрузку.

Механизмы управления буферами являются чувствительными к сигналам от протоколов более высокого уровня, в частности к сигналам, которые этими протоколами генерируются в моменты, когда они обнаруживают повышенную интенсивность процесса потерь пакетов в канале.

Механизмы управления вводом (Admission Control) обеспечивают возможность непосредственного контроля характеристик трафика, его классификации и активного влияния на трафик вводного интерфейса с целью недопущения перегрузок элементов сетевого оборудования. Механизмы ограничения трафика и управления буферами не позволяют активно влиять на источники нежелательных потоков пакетов, которые при определенных обстоятельствах могут создавать ситуацию постоянных перегрузок на сети. Поэтому в таких случаях целесообразно использовать механизмы управления вводом, с помощью которых паразитные потоки в сети уничтожаются.

Основной механизм реализации управления вводом - фильтрация трафика. Фильтрация может базироваться на анализе /Р-адресов, TCP- или UDP- портов и т.п. Потоки, которые оказываются согласованными с установленными фильтрами (точнее, - с установленными правилами фильтрации), пропускаются через вводный интерфейс, а все другие - уничтожаются.

Механизмы контроля с обратной связью (Feedback Control) используют обратную связь между узлами сети для распространения по сети информации о возникновении перегрузок в её элементах. Обратная связь может осуществляться по принципу «из конца в конец» или «шаг за шагом» и выполняться на любом протокольном уровне используемого стека телекоммуникационных протоколов.

На разных участках сетевой инфраструктуры могут использоваться различные (неодинаковые) механизмы борьбы с перегрузками и механизмы поддержки заданных уровней предоставления услуг.

На узлах доступа к магистральной сети, как правило, осуществляется ограничение трафика, организуется обработка очередей, а также управление буферами. На промежуточных узлах магистральной сети использование вышеупомянутых механизмов не является обязательным.

На узлах сети абонентского доступа, особенно там, где осуществляется предоставление услуг согласно правилам дифференцированной системы с гарантированным сервисом, использование механизмов кондиционирования трафика является обязательным. В частности, на этих узлах должны быть задействованы механизмы управления вводом, классификации и формирования трафика, организации и обработки очередей, управления буферами. На терминальных узлах в необходимых случаях целесообразно осуществлять управление с обратной связью «из конца в конец».

⇐Методы и средства техниеского обеспеения предоставления телекоммуникационных услуг - модель службы поддержки качества | Сети передачи пакетных данных | Протоколы сигнализации службы поддержки качества⇒