Целью модификации, построения и реализации новых протоколов маршрутизации в пакетной сети, обеспечивающей функционирование только услуги Best Effort, является, с одной стороны, удовлетворение требований к качеству обслуживания каждого поддерживаемого сетью соединения и, с другой стороны, эффективное использование сетевых ресурсов. В сегодняшней реализации Интернет пакеты данных от источника к приемнику следуют различными маршрутами, а сетевые ресурсы (буферы, каналы и т.п.) одинаково (в пределе - в соответствии с принципом «справедливого распределения ресурсов») распределяются для всех поступающих в сеть пакетов вне зависимости от того, каким приложениям они (пакеты) принадлежат и какие требования по качеству обслуживания этими приложениями предъявляются.

Очевидно, что подобная сетевая архитектура не отвечает требованиям, предъявляемым к пакетной сети связи с поддержкой широкого набора телекоммуникационных услуг и, соответственно, передачи гетерогенного трафика. В первую очередь, это объясняется'тем, что отсутствует поддержка резервирования ресурсов, а это условие зачастую является решающим при обеспечении функционирования приложения «из-конца-в-конец» с такими заданными параметрами, как задержка, джиттер задержки и вероятность потери пакетов.

Во-вторых, пакеты в процессе прохождения по сети могут испытывать такие высокие задержки, которые приводят к нарушению структуры потока. Это особенно критично, например, для пользовательских приложений поточного типа реального времени (continuous realtime или streaming). Таким образом, на данный момент в качестве первоочередной задачи QoS-маршрутизации можно выделить: для услуг unicast - нахождение сетевого маршрута между двумя оконечными пользователями с необходимыми для пользовательского приложения свободными ресурсами; для multicast - нахождение дерева маршрутов с корнем в источнике и листьями - во всех приемниках, при этом каждый маршрут «корень-лист» должен также содержать необходимые для пользовательского приложения свободные ресурсы.

Требование по качеству обслуживания для каждого отдельного соединения задается как набор параметров, включающих в себя:

• требования для канала (link constraints), определяющие, какие типы каналов могут быть использованы;

•требования к пропускной способности (bandwidth constraints), определяющие минимально необходимую пропускную способность используемых в маршруте каналов;

• требования для маршрута (path constraints), определяющие уровень качества обслуживания «из-конца-в-конец» для всего маршрута или дерева маршрутов (tree constraints);

• требования по задержкам (delay constraints), определяющие длительность задержки «из-конца-в-конец» для всего маршрута или дерева маршрутов, которая для самого длинного маршрута не должна превышать установленного значения.

Далее под «выполнимым» (feasible) будем понимать тот маршрут (дерево маршрутов), который содержит количество остаточных (т.е., не используемых остальными соединениями) ресурсов, достаточное для выполнения требований по качеству обслуживания, предъявленных устанавливаемым соединением. Как было указано ранее, большинство протоколов маршрутизации и QoS-маршрутизации для нахождения оптимального маршрута используют абстрактную метрику, именуемую «стоимость». Поэтому задача оптимизации маршрута сводится к нахождению среди выполнимых маршрутов (деревьев маршрутов) маршрута (дерева маршрутов) с наименьшей стоимостью. Рассмотрим подробнее, вследствие каких причин разработка алгоритмов QoS-маршрутизации осложняется. Среди основных можно выделить следующие:

• некоторые приложения распределенного типа, например, Интернет-телефония, распределенные игры, имеют настолько разнообразные требования к параметрам задержки, джиттера задержки, вероятности потери пакетов и т.н., что зачастую сама задача QoS-маршрутизации становится нерешаемой. Например, нахождение выполнимого маршрута с двумя и более независимыми требованиями по качеству обслуживания (нахождение оптимального маршрута по двум и более метрикам, или, другими словами, по композитной метрике) является задачей NP-сложности [Garey79, Lee95,Wang96];

• желательно, чтобы пакетная сеть в будущем могла поддерживать как трафик услуги с заданным качеством обслуживания, так и трафик услуг с доступным качеством Best Effort. Это еще больше усложняет поставленную задачу, т.к. распределение обоих типов трафика по сети предсказать заранее практически невозможно;

• быстрота изменения состояния ресурсов сети, вследствие установления и/или разрушения соединений, изменения нагрузки и т.п., а также постоянный рост емкости сети делают практически невозможным сбор и своевременное обновление служебной информации. Требования по качеству обслуживания становятся почти невыполнимыми, если используемая протоколом служебная информация устарела.

В последнее время было предложено достаточно большое количество протоколов QoS-маршрутизации, базирующихся на различных метриках. Далее в этой главе мы рассмотрим существующие стратегии и подходы к реализации QoS-маршрутизации, классифицируем их и постараемся определить возможные направления решения этой глобальной задачи.

⇐Концепция принудительной маршрутизации | Управление трафиком и качество обслужевания в сети | Замечания о метриках⇒