Стремительное развитие широкополосного доступа в сеть Интернет, связанное с активным сетей, способствовало значительному улучшению качества предоставляемых услуг. Рост популярности Интернет услуг неизбежно приводит к появлению в сети всё новых и новых видов сервисов и приложений, каждое из которых выдвигает свои требования к параметрам сети (задержкам, скоростям передачи данных и т. д.). Как следствие, происходит постоянный рост объема информации в сети. Так как это происходит в рамках имеющихся возможностей конкретной системы, оператор вынужден заново продумывать подходы к управлению трафиком.
В настоящее время оптическое волокно является основным материалом, использующимся при прокладке новых каналов передачи данных. Данные каналы связи обладают существенными преимуществами перед своими коаксиальными аналогами, одним из которых является мультисервисность. За счет использования разных длин оптических волн, по одному оптическому волокну могут передаваться разные потоки данных. Более того зачастую информация от разных типов источников передается как один IP поток пакетов. При создании сети с комбинированными функциями необходимо гарантировать необходимый уровень сервиса для каждого приложения. Как показывает текущее состояние сети Интернет, обработка всего трафика на равных правах приводит к серьезным проблемам, особенно при ограниченной пропускной способности.
Некоторые приложения требуют быстрой реакции сети. Поэтому возникла необходимость гарантировать время реакции, пропускную способность сети и другие параметры. Такая технология была разработана и получила название «Качество обслуживания» (Quality of Service, QoS).[1, с. 17]
Качество обслуживания использует распределение по категориям и назначение приоритетов трафикам, что позволяет гарантировать данным с большим приоритетом лучшие условия передачи через сетевую магистраль, вне зависимости от требований к пропускной способности потоков менее важных приложений. Более подробно о приоритизации трафика будет описано в главах 3 и 4. Технология качества обслуживания может применяться для определения стоимости услуг многосервисной сети. Качество обслуживания позволяет связать стоимость сетевых услуг с сетевой производительностью. Термин «Качество обслуживания» часто используется как синоним управления трафиком. Отсутствие контроля над деятельностью пользователей в сети может вызвать с их стороны запросы на использования наивысшего уровня качества обслуживания, что приведет к чрезмерной нагрузке на сеть и к возникновению перегрузок. Поэтому чрезвычайно важно распределить доступные сервисы между пользователями. Одним из подходов к контролю использования сетевых ресурсов является введение оплаты предоставляемого качества обслуживания или другие «рыночные» методы. В этом случае каждый пользователь должен будет заплатить за предоставляемый ему уровень обслуживания. Тариф может привязываться либо к пользователю, либо к рабочему месту. Выработка соглашения «администрация сети — пользователи сети» позволит более гибко использовать и управлять существующими сетевыми ресурсами организации. Такая схема позволит гарантировать, что пользователи получат именно то, за что они заплатили. В настоящее время вместе с планомерным увеличением скоростей передачи данных в телекоммуникациях увеличивается доля интерактивного трафика, крайне чувствительного к параметрам среды транспортировки. Сети с коммутацией пакетов на основе протокола IP не обеспечивают гарантированной пропускной способности, поскольку не гарантируют доставку. Транспортные протоколы стека TCP/IP, функционирующие поверх протокола IP, не обеспечивают высокого качества обслуживания трафика, чувствительного к задержкам. Протокол TCP, хоть и гарантирует достоверную доставку информации, но переносит ее с непредсказуемыми задержками. Протокол UDP, который, как правило, используется для переноса информации в реальном времени, обеспечивает меньшее, по сравнению с протоколом TCP, время задержки, но, как и протокол IP, не содержит никаких механизмов обеспечения качества обслуживания. Для этого необходимо обеспечить механизмы, по которым в периоды перегрузки пакеты с информацией, чувствительной к задержкам, не будут простаивать в очередях или получат более высокий приоритет, чем пакеты с информацией, не чувствительной к задержкам. Для этой цели в сети должны быть реализованы механизмы, гарантирующие требуемое качество обслуживания. С учётом этого, задача обеспечения качества обслуживания становится наиболее актуальной. QoS — способность обеспечить доступность необходимых ресурсов сети некоторому сервису в соответствии с заданными требованиями. [3, с. 32]
Существует три модели реализации QoS: наилучшая возможная (Best Effort Service), интегральная (Integrated Service) и дифференцированная (Differentiated Service — DiffServ) [28]. В первой модели «Качества обслуживания» (Best Effort Service) используются все доступные ресурсы сети без какого-либо выделения отдельных классов трафика и регулирования. Наилучшим механизмом обеспечения QoS считается подход, основанный на увеличении пропускной способности. Модель Best Effort Service даже при наличии достаточных резервов допускает возникновение перегрузок в случае резких всплесков трафика. Поэтому были разработаны другие подходы к обеспечению QoS. Это связано с высокими требованиями к пропускной способности канала связи. Ввиду ограниченности в финансовых и технических средствах операторы вынуждены выбирать другой подход к управлению трафиком. Кроме того, данный метод не позволяет вводить тарифную систему оплаты предоставляемых услуг. Модель интегрированного обслуживания может обеспечить сквозное (End-to-End) качество обслуживания, гарантируя необходимую пропускную способность. IntServ использует для своих целей протокол сигнализации RSVP, позволяющий приложениям определять сквозные требования к ресурсам сети. Данный протокол содержит механизмы обеспечения заданных требований. Основной недостаток данной модели связан с масштабируемостью RSVP в сетях связи. Объем ресурсов, которые необходимы маршрутизатору для обработки и хранения информации RSVP, увеличивается пропорционально количеству потоков QoS. Измерения трафика показывают, что большинство IP соединений в сети существует очень недолго, и в каждый момент времени магистральным маршрутизатором поддерживается несколько тысяч активныхсоединений. Следовательно, многочисленные потоки IntServ в канале связи значительно увеличивают нагрузку на маршрутизаторы. Более того, каждый раз при изменении топологии все зарезервированные пути необходимо прокладывать заново. Модель дифференцированного обслуживания определяет обеспечение QoS на основе четко определенных компонентов, комбинируемых с целью предоставления требуемых услуг. Архитектура DiffServ предполагает наличие классификаторов и формирователей трафика на границе сети, а также поддержку функции распределения ресурсов в ядре сети в целях обеспечения требуемой политики. Разделяет трафик на классы, вводя несколько уровней QoS. Механизмы DiffServ усовершенствуют IP с целью преодолеть ограничения IntServ/RSVP и обеспечить масштабируемое избирательное обслуживание в Интернет без необходимости запоминать состояние каждого потока и поддерживать сигнализацию. Из небольшого, корректно определенного набора «строительных блоков», применяемых в сетевых узлах, могут быть созданы самые разнообразные сервисы. В отличие от RSVP, в случае DiffServ отправитель и получатель не обмениваются информацией о требованиях к качеству обслуживания, что исключает затраты (временные) на прокладку пути, присущие RSVP. Преимущества от использования DiffServ получают кратковременные потоки, поскольку отсутствие затрат на настройку QoS увеличивает скорость реакции и сокращает дополнительный трафик, возникающий вследствие того, что хосту необходимо быстро «договориться» с другим хостом. Данная модель управления трафиком гарантирует, что трафик большую часть времени будет получать адекватное обслуживание, возможно, с некоторой степенью дифференциации. В случае перегрузки потоки будут адаптировать свой трафик к имеющимся ресурсам и продолжать обслуживаться, хотя, может быть, с более низким качеством. Преимуществом данного решения является более высокая общая эффективность, так как оно позволяет передавать большее число потоков более простым образом, с минимальной поддержкой сигнализации и с помощью простых механизмов организации путей передачи данных.
С учётом появления в сети всё новых видов сервисов и приложений, по-разному использующих ресурсы (пропускную способность), и имеющих различные требования к задержкам, интенсивности, размеру пакетов и т. д. возникает ситуация, когда в единой инфраструктуре генерируется одновременно несколько типов трафика. Оператор связи должен учитывать особенности каждого типа и проводить соответствующую политику управления этим трафиком, наименьшим образом влияющую на негативное впечатление абонента. Ожидание пользователя регламентируется договором на оказание услуг связи, в которомуказываются параметры будущего тарифа. В этом случае, для оценки качества предоставляемых услуг операторам необходимо использовать показатели качества восприятия (QoE), характеризующее восприятие приложения конечным пользователем и определяющее субъективную оценку впечатления клиента телематическими сервисами. В противном случе, организуя только требуемое QoS c обеспечением необходимых технических характеристик канала связи, впечатление клиентов о качестве предоставляемых услуг может оставаться различным. В случае, когда общий канал доступа в сети оператора связи свободен, и скорость доступа конечного клиента достигает максимальной, можно предположить, что качество обслуживания является приемлемым, и абонент полностью доволен услугой.Мнение пользователя о качестве предоставляемой услуги является субъективным понятием и определяется общим впечатлением в период работы в сети Интернет. Конечные потребители, требуя высокого качества услуг, не могут описать QoS, используя технические параметры. Достаточно часто, при поступлении жалоб на качество работы телематической услуги, клиент использует интуитивные простые объяснения: «изображение рябит», «файл не загружается» и т. д. В этом случае для оценки качества предоставляемых услуг операторами связи используется понятие «Качество восприятия» (Quality of Experience, QoE), характеризующее восприятие приложения конечным пользователем и определяющее субъективную оценку восприятия клиентом телематических сервисов (рисунок 1). Качество восприятия (QoE) характеризует уровень предоставляемых услуг с точки зрения клиента, независимо от архитектуры сети и используемых в ней протоколов. [2, с. 131]
Рис. 1. QoS — QoE соотношение
В случае перегрузки общего канала доступа в сеть Интернет, оператор связи вынужден уменьшить скорость каждого абонента, пропорционально заявленным тарифам. При этом такое снижение скорости может вызвать разную реакцию абонентов сети. В первую очередь на это будет влиять тип используемого Интернет приложения (тип трафика) клиентом. В случае если один клиент отправляет электронное письмо, а другой просматривает видеоролик, реакция от снижения скорости доступа будет разной. Первый абонент, скорее всего, просто не заметит разницу, при этом просматриваемое видео второго клиента будет постоянно прерываться, что определенно негативно скажется на общем представлении абонента о качестве услуги, т. е. на QoE. Таким образом, можно сделать заключение, что различный тип трафика по-разному влияет на представление абонента о качестве предоставляемой услуги доступа в сеть Интернет.
Литература:
- Кузнецов, В. Н. Особенности передачи интерактивных трафиков на основе TCP/IP по спутниковым каналам связи/ В. Н. Кузнецов // Технологии и средства связи. — 2007. — № 2. — С. 15–21.
- Башарин Г. П., Гайдамака Ю. В., Самуйлов К. Е. Яркина Н. В. Управление качеством и вероятностные модели функционирования сетей связи следующего поколения. Учебное пособие. — М.: Изд-во РУДН, 2008. — С.130.
- Константинов И. С., Фролов А. И. Модель обеспечения качества обслуживания по величине задержки, основанная на семантических приоритетах // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2005. № 3. С. 30–34.
