QoS в VoIP

QoS в VoIP

Качество обслуживания QoS (Quality of Servers) рассматривается как «суммарный эффект рабочих характеристик обслуживания, который определяет степень удовлетворенности пользователя этой службой» (E.800) Задача: обеспечить заданное качество обслуживания в сквозном соединении (end-to-end) для различных видов трафика. Условие: заданное качество обслуживания должны поддерживать все сетевые устройства на всем сквозном соединении

Факторы, влияющие на качество IP - телефонии

SLA – Service Level Agreement (соглашение о качестве предоставляемых услуг) Основная цель SLA – оговорить зону доступных действий пользователя. Предмет соглашения: Характеристики качества обслуживания на транспортной сети (пропускная способность участка сети, допустимый объем пульсации трафика, средняя и максимальная величина задержки пользовательских пакетов, максимальный процент потерь, коэффициент готовности и т.д.). Степень важности каждой характеристики. Биллинговые данные.

Меры по обеспечению QoS Увеличение полосы пропускания Задание приоритетов данных Организация очередей Предотвращение перегрузок Формирование трафика

Архитектура QoS Средства QoS узла сети , выполняющие обработку поступающего в узел трафика в соответствии с требованиями качества обслуживания Протоколы QoS- сигнализации для координации работы сетевых элементов по поддержке качества обслуживания «из-конца-в-конец» Централизованные функции политики управления и учета QoS, позволяющие администраторам сети централизованно воздействовать на сетевые элементы для разделения ресурсов сети между различными видами трафика с требуемым уровнем QoS

Службы QoS Best effort – обработка информации как можно быстрее, но без дополнительных усилий (FIFO, drop tail) Мягкий QoS – сервис с предпочтениями. Приоритетное обслуживание, значения параметров QoS зависят от характеристик трафика. Жесткий QoS – гарантированный сервис. Основан на предварительном резервировании ресурсов для каждого потока.

Назначение приоритетов Способы : Явные (соответствующее приложение запрашивает определенный уровень службы, а коммутатор или маршрутизатор пытается удовлетворить запрос) Неявные (маршрутизатор или коммутатор автоматически присваивает передаваемым пакетам соответствующие уровни, исходя из заданных администратором критериев

Назначение приоритетов Протокол IP precedence ( протокол старшинства) – второе название IP TOS (IP Type Of Service) Резервирует ранее не используемое поле TOS в стандартном заголовке пакета IP, где могут быть указаны признаки QoS, определяющие время задержки, скорость передачи и уровень надежности передачи пакета

Назначение приоритетов Три первых бита этого поля (0-2) позволяют устанавливать восемь уровней приоритета : 111 – управление сетью 110 – межсетевое управление 101 – CRITIC/ECP 100 – сверхсрочный 011 – срочный 001 – приоритетный 000 - обычный

Назначение приоритетов Документ RFC 791 Биты 3,4,5 были выделены для указания трех классов обслуживания: Бит 3 – задержка: 0-нормальная 1-низкая Бит 4 - пропускная способность: 0-нормальная 1-высокая Бит 5 – надежность: 0-обычная 1-высокая Биты 6 и 7 зарезервированы для будущего использования

Назначение приоритетов Документ RFC 1349 Биты 3,4,5,6 стали рассматриваться как единое целое и называться полем toss. Они служат для указания следующих классов обслуживания: 1000 – с низкой задержкой 0100 – с высокой пропускной способностью 0010 – с высокой надежностью 0001 – с низкой стоимостью 0000 – стандартный, нормальный

Отличие между уровнем приоритета и классом обслуживания: Уровень приоритета предназначен для указания приоритета конкретной дейтаграммы и учитывается при обслуживании очередей Класс обслуживания позволяет определять, какое соотношение между пропускной способностью , задержкой, надежностью и стоимостью оптимально для данного типа трафика, и соответствующим образом выбирать маршрут его передачи

Организация и обслуживание очередей Очередь – область памяти маршрутизатора или коммутатора, в которых группируются пакеты с одинаковыми приоритетами передачи Алгоритм обслуживания очереди определяет порядок, в котором происходит передача хранящихся в ней пакетов Задача: обеспечить наилучшее обслуживание трафика с более высоким приоритетом при условии, что и пакету с низким приоритетом гарантируется соответствующее внимание

Алгоритмы организации очереди

Tail Drop

Алгоритм «leaky bucket»

Алгоритм «token bucket»

Механизмы обслуживания очередей FIFO (First In First Out) – без использования дополнительных возможностей, используется в best effort PQ (Priority Queuing) – приоритетные очереди, вводится приоритет трафика (1-8) CQ (Custom Queuing) – настраиваемые очереди, используется при резервировании ресурсов WFQ (Weighting Fair Queuing) –взвешенное справедливое обслуживание, позволяет динамически управлять ресурсами

Модификации WFQ WFQ на основе вычисления номера пакета WFQ на основе потока CBWFQ – WFQ на основе класса DWFQ – распределенный WFQ DWFQ на основе QoS-группы CBWFQ c приоритетной очередью (LLQ) Заказное обслуживание очередей

Class-Based Queuing

Управление потоками Прерывание передачи: при перегрузке передача пакетов источниками трафика прерывается на случайный интервал времени, затем возобновляется с той же интенсивностью. Использование динамического окна: размер окна (количество пакетов, посылаемых источником за период) изменяется в зависимости от загрузки буфера. Медленный старт: в случае перегрузки источники трафика прекращают передачу, затем посылают пакеты, постепенно увеличивая размер окна.

Модели обеспечения качества обслуживания в сетях IP Модель предоставления интегрированных услуг (IntServ) RFC-2205, 1994-1997 г. Модель предоставления дифференцированных услуг (DiffServ) RFC 2475, 1998 г. MPLS (Multi-Protocol Label Switching)

Интегрированные услуги IntServ Разработана IETF, 1994-1997 г. RFC 2205, RFC 2210, RFC 2211, RFC 2212 Цель: предоставление приложениям возможности запрашивать сквозные требования у ресурсам. Недостатки: проблемы масштабирования. Основной механизм: протокол резервирования ресурсов RSVP, в узлах используется WFQ.

Модель IntServ Позволяет обеспечить Контролируемую загрузку сети Гарантированное обслуживание

Протокол резервирования ресурсов - RSVP · RSVP выполняет резервирование для уникастных и мультикастных приложений, динамически адаптируясь к изменениям членства группе вдоль маршрута. · RSVP является симплексным протоколом, т.е., он выполняет резервирование для однонаправленного потока данных. · RSVP не является маршрутным протоколом, но зависит от существующих и будущих маршрутных протоколов. · RSVP обеспечивает прозрачность операций для маршрутизаторов, которые его не поддерживают. · RSVP может работать с IPv4 и IPv6.

Протокол RSVP Протокол сигнализации, который обеспечивает резервирование ресурсов для предоставления в IP-сетях услуг эмуляции выделенных каналов В основе протокола 3 компонента: Сеанс связи (идентифицируется адресом получателя данных) Спецификация потока (определяет требуемое качество обслуживания и используется узлом сети, чтобы установить соответствующий режим работы диспетчера очередей) Спецификация фильтра (тип трафика, для обслуживания которого запрашивается ресурс)

Сообщения RSVP Порты Sender Template Tspec Resv Tspec + Rspec Filterspec = Flowspec Дескриптор потока Path Адреса

Процесс резервирования

Протокол RSVP Работа протокола с точки зрения узла сети: Получатель вступает в группу многоадресной рассылки, отправляя соответствующее сообщение протокола IGMP ближайшему маршрутизатору Отправитель передает сообщение адресу группы Получатель принимает сообщение Path, идентифицирующее отправителя Теперь получатель имеет информацию об обратном пути и может отправлять сообщение Resv с дескрипторами потока Сообщения Resv передаются по сети отправителю Отправитель начинает передачу данных Получатель начинает передачу данных

Протокол RSVP Не размещается в крупномасштабных средах Работает с пакетами IP и не затрагивает схем сжатия, CRC или работы с кадрами уровня звена данных (Frame Relay, PPP, HDLC) Недостатки протокола: Большой объем служебной информации Большие затраты времени на организацию резервирования

Стили резервирования Стиль WF (Wildcard-Filter) Стиль WF использует опции «совместного» резервирования и произвольного выбора отправителя ("wildcard"). Стиль FF (Fixed-Filter) Стиль FF использует опции «раздельного» резервирование и «явный» выбор отправителя. Стиль SE (Shared Explicit) Стиль SE использует опции: «совместного» резервирования и «явный» выбор отправителя.

Дифференцированные услуги DiffServ Разработана IETF, 1998 г. RFC 1349, RFC 2475, RFC 2597, RFC 2598 Цель: поддержка легко масштабируемых дифференцируемых в Internet Недостатки: отсутствие гарантированного QoS Основной механизм: маркировка трафика с использованием бита ToS (Type of Service). Поддерживает политики поведения сетевого узла: AF-phb и EF-phb (Per-Hop Behavior)

Политики поведения сетевого узла - phb AF-phb (Assured Forwarding): политика гарантированной доставки – средство, позволяющее обеспечить несколько различных уровней надежности доставки IP-пакетов. Механизмы: эффективное управление полосой пропускания за счет организации собственной очереди для каждого типа трафика; 3 уровня приоритетов пакетов; RED. EF-phb (Expedited Forwarding): политика немедленной доставки – обеспечение сквозного QoS для приложений реального времени. Механизмы: приоритезация трафика; WFQ; распределение ресурсов; RED.

Сеть DiffServ