Библиографическое описание:

Ролич М. Л. Обеспечение качества обслуживания сетей на базе MPLS // Молодой ученый. — 2013. — №11. — С. 177-179.

Одним из важнейших требований, предъявляемых к современным сетям передачи данных с коммутацией пакетов является обеспечение качества обслуживания (QoS). Современная тенденция конвергенции сетей различных типов привела к необходимости переноса сетью всех видов трафика, а не только традиционного для компьютерных сетей трафика приложений доступа к файлам и электронной почты. Характеристики QoS особенно важны в случае, когда сеть передает одновременно трафик разного типа. Это связано с тем, что различные типы трафика предъявляют разные требования к характеристикам QoS и добиться синхронного соблюдения характеристик QoS для всех видов трафика весьма сложно. Проблема обеспечения заданного QoS на магистральных сетях стоит особо остро в связи с разнородностью и большим количеством передаваемых данных. В данном случае будет рассмотрены методы обеспечения QoS на сетях построенных с использованием технологии многопротокольной коммутации на основе меток Multiprotocol Label Switching (MPLS), которая на сегодняшний день стала одной из основных для построения крупных сетей операторов, предоставляющих услуги с обеспечением качества обслуживания.

Для обеспечения соответствующего QoS в IP-сетях международная организация IETF (Internet Engineering Task Force) определила две основные модели: Integrated Services (IntServ) и Differentiated Services (DiffServ). Рассмотрим данные технологии относительно MPLS.

Модель интегрированного обслуживания IntServ обеспечивает сквозное качество обслуживания, гарантируя необходимую пропускную способность. IntServ использует для своих целей протокол резервирования сетевых ресурсов RSVP, который обеспечивает выполнение требований ко всем промежуточным узлам [1, с. 37].

Применительно к MPLS расширения протокола RSVP могут быть использованы для распределения меток в качестве части процесса резервирования ресурсов и установить маршрут LSP с зарезервированными ресурсами. Такие LSP-маршруты называются LSP-маршрутами с гарантированной полосой пропускания (guaranteed bandwidth LSP). Данные маршруты должны удовлетворять требованиям к ширине полосы пропускания на всех каналах для поддержки резервирования, а также иметь достаточное буферное пространство на промежуточных узлах для того, чтобы вместить возможные всплески в зарезервированном потоке данных. После того как маршрут установлен, поддерживающее коммутацию по меткам устройство LSR вставляет объект явного маршрута (Explicit Route Object) в сообщение PATH протокола RSVP, обеспечивая тем самым создание LSP-маршрута вдоль выбранного пути. Пакеты, для которых было сделано RSVP-резервирование, могут рассматриваться как эквивалентные классы FEC. При этом каждый класс FEC идентифицируется своей меткой [4, с. 317].

Однако обеспечение качества обслуживания с использованием механизма IntServ, применяемого к каждому отдельному потоку, не поддается расширению и сложен в реализации. Поэтому был разработан новый подход к обеспечению качества обслуживания за счет принятия за основу объединенной модели для трафика, в которой разные потоки классифицируются в интегрированные классы и обеспечивают соответствующее качество обслуживания для классифицированных потоков.

Архитектура DiffServ предполагает существование связанных областей сети (DiffServ-доменов), в пределах каждой из которых проводится единая политика по классификации служб передачи пакетов. В результате выполнения классификации каждому пакету ставится в соответствие номер некоторого класса обслуживания, реализованного в данном DiffServ-домене. Такой номер класса обслуживания называется DiffServ CodePoint (DSCP). Выбранное значение DSCP записывается в заголовок IР-пакета в поле ToS. Для каждого класса обслуживания администратор DiffServ-домена может установить набор требований к параметрам QoS. После классификации пограничные устройства приводят параметры информационных потоков, поступающих в DiffServ-домен в соответствие с требованиями, устанавливаемыми для выбранных классов обслуживания [3].

Поле DSCP определяет уровень обслуживания пакета в данном сетевом узле. Для этого уровня обслуживания используется термин режим пересылки PHB (Per-Hop Behavior), который определяет порядок обработки пакета в узле в плане очередности его диспетчеризации и отбрасывания. То есть PHB определяет очередность пересылки пакетов, вероятность отбрасывания пакетов в том случае когда очередь становится длиннее заданного порога.

Всего определенно 14 стандартных классов обслуживания трафика. Возможны варианты срочной пересылки Expedited Forwarding (EF) при котором трафик встречает минимальную задержку и низкую вероятность потерь, пересылки по возможности Best Effort (BE) при котором трафик не проходит никакой специальной обработки, и 12 классов гарантированной пересылки Assured Forwarding (AF) с различными номерами очереди и очередности отбрасывания пакетов [1, с. 56].

Однако следует учитывать, что для обеспечения заданного QoS недостаточно маркировать трафик. Если трафик следует по маршруту не имеющему адекватных ресурсов для выполнения требования к качеству функционирования, то гарантии качества передачи физически не смогут быть выполнены.

MPLS — TE позволяет создавать коммутируемые по меткам тракты через звенья имеющие надлежащие ресурсы, тем самым гарантируя, что для обслуживания потока всегда будет иметься достаточная полоса пропускания.

Однако простое совмещение DiffServ и MPLS–TE не позволяет добиться желаемого результата. Так как MPLS-TE не имеет информации о разделении потоков по классам обслуживания CoS и функционирует в доступной полосе пропускания одинаково для всех классов. Для объединения Diffserv и Traffic Engineering была разработана новая модель QoS, объединяющая все лучшее из них — Diffserv-Aware Traffic Engineering [2, с. 280].

LSR-устройства сети MPLS не анализируют содержание IP-заголовка и значение его поля DSCP, как требует механизм DiffServ. Это означает, что соответствующее значение РНВ должно быть получено из значения метки. Промежуточный заголовок MPLS имеет 3-битовое поле Ехр. Первоначально оно рассматривалось как экспериментальное. Данное поле может содержать до восьми значений и используется в коммутации MPLS для поддержки до 8 классов DiffServ. Поэтому биты приоритета отбрасывания пакетов или первых 3 бита поля DSCP на границе сети копируются в поле Ехр заголовка MPLS. Каждое LSR-устройство на маршруте LSP преобразует биты поля Ехр в значения РНВ. Провайдер службы может также установить другое значение CoS пакета MPLS, определенное при предоставлении службы. Данная функция позволяет провайдеру устанавливать поле Ехр MPLS вместо того, чтобы переписывать значение пользовательского поля IP-приоритета отбрасывания, что предоставляет возможность сохранить IP-заголовок в первоначальном состоянии и использовать его в дальнейшем. При движении пакета по MPLS-магистрали сконфигурированный пользователем класс CoS не изменяется. Маршруты LSP, созданные таким образом, известны как маршруты E-LSP или Exp-LSP. Маршруты E-LSP могут поддерживать до восьми классов РНВ на каждом LSP-маршруте [4, с. 326].

Если в сети MPLS требуется более 8 значений РНВ, то используются маршруты L-LSP (меточный маршрут — Label LSP), и в этом случае значение РНВ LSR-устройства определяется по значению метки. Преобразование метки в функции РНВ должно быть передано по протоколу сигнализации. Для каждого маршрута L-LSP возможен только один параметр РНВ, или нескольких PHB, которые имеют одинаковый режим диспетчеризации, но различные приоритеты отбрасывания пакетов. Приоритеты отбрасывания трафика кодируются в битах поля Ехр промежуточного заголовка.

Маршруты E-LSP более эффективны, чем маршруты L-LSP, поскольку модель Е-LSP аналогична стандартной модели DiflServ. На одном маршруте E-LSP может поддерживаться несколько значений РНВ. Таким образом можно ограничить общее количество создаваемых маршрутов LSP, что позволяет экономить пространство меток [2, с. 283].

Так как базовым требованием к DiffServ –TE быть в состоянии отдельно резервировать полосу пропускания для трафика каждого класса, то необходимым является отслеживание во всех маршрутизаторах сети того какая полоса пропускания доступна для трафика каждого класса в любой момент времени. Для этого вводится понятие класс типа СТ (Class of Type), которое определяется как совокупность ограничений по полосе пропускании звена данных. С помощью СТ производится маршрутизация с учетом ограничений полосы пропускания звена и управления доступом. Предусмотрено до восьми СТ, где негарантированному обслуживанию соответствует СТ0. Один LSP может передавать трафик только одного и того же СТ и использовать при этом одинаковые или разные приоритеты вытеснения трактов потоков. Информация о СТ для LSP передается в составе сообщения Path протокола RSVP.

Одним из самых важных аспектов расчета доступной полосы пропускания является назначение полосы пропускания для разных СТ. Доля пропускной способности звена, которую может занимать данный СТ называется ограничением по полосе пропускания ВС (bandwidth constraint) [2, с. 287].

Одна из моделей ограничений по полосе пропускания ставит в соответствие одному ВС один СТ. Она называется моделью максимального назначения MAM (Maximum Allocation Model). Согласно модели МАМ пропускная способность звена просто распределяется между разными СТ без возможности распределения неиспользуемой полосы пропускания, так что эта полоса может непроизводительно простаивать вместо того чтобы использоваться для других СТ. К достоинствам данной модели можно отнести полную развязку трактов LSP, переносящих трафик от разных СТ, в связи с чем нет необходимости задавать приоритеты.

Модель назначения полосы пропускания, называемая моделью матрешек RDM (Russian Dolls Model), улучшает эффективность использования пропускной способности звеньев по сравнению с моделью MAM благодаря тому, что позволяет классам СТ совместно использовать полосу пропускания. В данной модели на одном конце спектра ВС7 мы имеем фиксированную долю пропускной способности звена, которая резервируется только для трафика СТ7. На другом конце спектра ВС0 предоставляет полную пропускную способность звена, которая совместно используется всеми СТ. Недостатком модели RDM по сравнению с моделью MAM является отсутствие развязки разных СТ, и поэтому должна использовать механизм приоритетного вытеснения для того чтобы соответствующему СТ в любом случае гарантировать его пропускную способность.

Уведомления об используемой модели ВС и о полосе пропускания, назначенных для каждого ВС, передаются с помощью протоколов IGP. Возможен вариант с различными моделями ВС в разных звеньях сети, однако такой вариант усложняет конфигурирование, обслуживание и эксплуатацию.

В данной статье были рассмотрены существующие методы обеспечения качества обслуживания в мультисервисных сетях передачи данных основанных на технологии MPLS. Были выявлены их преимущества и недостатки, что позволяет провайдерам обеспечивать заданное качество обслуживания более эффективно на широком спектре платформ.

Литература:

1.                  Вегешна, Шринивас. Качество обслуживания в сетях IP.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. — 368 с.

2.                  Гольдштейн А. Б., Гольдштейн Б. С. Технология и протоколы MPLS СПб.: БХВ — СанктПетербург, 2005.– 304 с.

3.                  Листопад Н. И., Величкевич И. О. Обеспечение качества обслуживания в сетях с коммутацией пакетов Дата обращения: 19.03.13 URL: http://www.mpt.gov.by/File/2009_02/Listopad.pdf

4.                  Олвеин В. MPLS Структура и реализация современной технологии MPLS.; Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2004. — 480 с.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle