В последние несколько лет в телекоммуникационном мире произошла очередная революция, связанная с коммерческим выходом сетей с коммутацией пакетов на рынок как классических услуг связи, так и мультимедийных. К реализациям классических услуг, по причине очень высокой популярности как в России, так и за рубежом, можно отнести, в первую очередь, передачу телефонных разговоров через Интернет (Voice over IP, далее - VoIP), а к мультимедийным услугам - «потоковое видео» (streaming video), «Интернет-радио» (-interne" radio), «интерактивные игры» (interactive gair.es), и т.п. Требования к доставке информации (пакетов) через сеть для всех этих новых услуг Интернет существенно отличается от требований предъявляемых обычными услугами передачи данных.

Задача передачи мультимедийного трафика через Интернет включает в себя не только работу сети, но и работу верхних уровней оборудования пользователя, где реализуются как протоколы, помогающие контролировать передачу мультимедийного трафика «из-конца-в-конец», так и алгоритмы сжатия и кодирования информации. В последнее время был сделан существенный шаг вперед в разработке подобных алгоритмов, а уровень развития современной электронной индустрии позволяет реализовать эти алгоритмы в оконечном оборудовании эффективно и дешево.

Для большинства мультимедийных услуг критичными являются такие параметры передачи пакетов через сеть, как задержка пакета «из-конца-в-конец», ее дисперсия (джиттер) а также вероятность потери пакета. Под задачей обеспечения качества обслуживания (или, другими словами, предоставления гарантий по параметрам качества обслуживания), как правило, понимается соблюдение заданных значений этих параметров.

Обеспечение качества обслуживания требует внедрение новых механизмов и протоколов как на сети, так и в оборудовании пользователя. Транзитные узлы (маршрутизаторы) являются собственностью провайдеров и являются достаточно инертными с точки зрения внедрения новых механизмов и протоколов - они могут быть внедрены, как правило, только в заводских условиях. В свою очередь, транспортный уровень является частью операционной системы (ОС), функционирующей на компьютере (терминале), и, следовательно, изменения в него можно внести только на уровне ядра, что позволяют далеко не каждая ОС. Реализация новых протоколов может быть осуществлена на прикладном уровне просто, дешево и быстро - эти три критерия и определяют сегодня успех Интернет-бизнеса. Однако, в сети любой трафик все равно обрабатывается одинаково, что реально не позволяет обеспечивать желаемые значения параметров качества обслуживания. На момент написания книги предоставление мультимедийной услуги с приемлемым для оконечного пользователя субъективным качеством основывался почти исключительно только за счет избыточных сетевых ресурсов (overprovisioning), используемых неоптимально, а протоколы прикладного уровня лишь компенсировали отстутствие функций управления потоками и перегрузками в протоколе UDP, обычно используемом для передачи мультимедийного трафика на транспортном уровне. Однако, качество обслуживания может быть обеспечено, только лишь если пакеты услуг с различными требованиями по качеству обслуживания обрабатываются в сети по-разному.

Идеология, заложенная в иерархическую модель TCP/IP, на основе которой построена сегодняшняя сеть Интернет, теоретически дает возможность сети различать (классифицировать) пакеты только на сетевом уровне, т.е. на этом уровне пакету можно назначить приоритет. Таким образом, на основе классификации по приоритету возможно внедрение новых дополнительных функций по обработке пакетов в маршрутизаторах. Возможна реализация таких дополнительных функций, как управление допуском нагрузки в сеть, управление очередями с приоритетами, управление доступа нагрузки к центральному процессору маршрутизато ра и т.п. Гармоничная реализация подобных функций в маршрутизаторах и последующее построение домена, а потом и сети доменов с использованием подобных маршрутизаторов, позволит предоставить гарантированное качество обслуживания для различных типов и классов услуг.

Теоретически задача построения подобной сети выглядит не слишком сложной, однако на практике она черезвычайно сложна и, возможно, не реализуема «в лоб». Последние 10 лет Интернет-сообщество озадачено этой проблемой. Были предложены тысячи алгоритмов, методов, механизмов и протоколов, однако до сих пор не существует их гармоничной совместной реализации. Нельзя сказать, что проведенные исследования были бесполезны по причине того, что конечный результат не был достигнут, в первую очередь, потому, что целое множество алгоритмов уже реализовано в функционирующем сегодня оборудовании, стал понятен трафик передаваемый по сети и его природа, было сделано великое множество измерений, в результате чего были разработаны методы оптимизации сетей, а новые сегменты строились в соответствии с приобретенными знаниями.

Предлагаемая читателю книга является плодом многолетней работы автора в области обеспечения гарантированного качества обслуживания. Книга не является переводом рекомендаций, стандартов, нормативных документов или научных статей, она является результатом научного анализа и синтеза нескольких сотен научных трудов, на большинство из которых приведены библиографические ссылки в конце каждой из глав. Следует отметить, что на момент написания книги подавляющее большинство ссылок было доступно в Интернете, поэтому автор счел необходимым поместить Интернет-адреса для того, чтобы заинтересованный читатель имел возможность обратиться к первоисточнику.

Книга построена следующим образом. Первая глава посвящена как классическим, так и новым протоколам верхних уровней (транспортного и прикладного) для работы с мультимедийным трафиком. Особое внимание уделяется механизмам обеспечения гарантированной доставки данных и управлению потоками и перегрузками в протоколе ТСР. Далее рассматриваются сравнительно новые протоколы, ориентированные на трафик реального времени и функционирующие как на транспортном, так и на прикладном уровнях. Во второй главе шаг за шагом рассматриваются и анализируются компоненты обеспечения качества обслуживания в сетевых узлах, в результате чего читателю представляется полная картина перехода от обычной сети Интернет к сети с обеспечением гарантированного качества обслуживания. Реализация и внедрение все большего количества компонент поддержки качества обслуживания рассмотренных во второй главе требует от провайдеров обеспечения корректного управления и распределения траф-ка на сети. Третья глава посвящена алгоритмам и протоколам маршрутизации с обеспечением качества обслуживания. В последней, четвертой главе, рассматриваются основополагающие принципы построения сетей с обеспечением качества обслуживания, причем основным предположением является использование сетевых узлов, обеспечивающих качество обслуживания теоретически сконструированных во второй главе. Особое внимание уделено архитектурам Интегральных и Дифференцированных Услуг, их совместному функционированию, а также технологии MPLS и протоколу COPS. В конце главы обсуждаются возможные сценарии совместного функционирования представленных архитектур, технологий и протоколов.

Следует отметить, что книга ориентирована на подготовленного читателя, обладающего достаточным запасом базовых знаний по сетевым технологиям.

Замечания, комментарии и предложения по книге могут быть посланы автору на следующий адрес электронной почты:book-qos@mail.ruЭлектронный список библиографических ссылок для каждой главы представлен по адресуhttp://www.cs.tut.fi/~yk/book/

Автор считает необходимым выразить благодарность профессору Ярмо Харью за техническую поддержку и полезные научные дискуссии.

Выход книги в свет был бы невозможен без помощи сотрудников компании Lucent Technologies (Россия) Андрея Радкевича и Елены Шугалей, сотрудников компании Iskratel (Словения, Россия) Драго Же-пича и Винко Муха, сотрудника компании Italtel (Россия) Кирилла Де-кусара, а также сотрудника компании Ericsson (Россия) Марата Нурмиева.

Отдельное спасибо Дмитрию Молчанову и Андрею Крендзелю за частые и плодотворные технические (и не только) дискуссии, а также Роману Дунайцеву за труд технического корректора. Виталий Петров внес достаточное количество поправок в текст, за что автор его благодарит.

Автор хотел бы выразить благодарность за любовь, поддержку и понимание в течение всех лет работы над книгой жене, сыновьям Ивану и Егору, дорогим папе и маме, сестре и всем ближайшим родственникам.

Кучерявый Евгений г. Тампере, Финляндия Сентябрь 2003.

Управление трафиком и качество обслужевания в сети | Мультимедийный трафик и его классификация⇒