IntServ — в сетях доступа, где количество микропотоков относительно невелико,

a DiffServ — в магистральных сетях. Еще одним компонентом, дополняющим

DiffServ, является технология MPLS, позволяющая решать задачи инжиниринга

трафика в IP-сетях. Эта технология рассматривается в части V, посвященной

глобальным сетям, так как она появилась в результате «скрещивания» IP с такой

популярной технологией глобальных сетей, как ATM, и ее проще изучать после

рассмотрения ATM.

Обе технологии (IntServ и DiffServ) опираются на одни и те же базовые меха-

механизмы QoS. В частности, в IP-маршрутизаторах для профилирования и форми-

формирования трафика применяется алгоритм ведра маркеров.

Алгоритм ведра маркеров

Алгоритм ведра маркеров позволяет оценить и ограничить среднюю скорость

и величину пульсации потока пакетов. Этот алгоритм основан на сравнении

потока пакетов с некоторым эталонным потоком. Эталонный поток представлен

маркерами, заполняющими условное ведро маркеров (рис. 204).

Под маркером в данном случае понимается некий абстрактный объект, носитель

«порции» информации, используемый для построения эталонного потока. Гене-

Генератор маркеров периодически с постоянным интервалом w направляет очеред-

очередной маркер в ведро с ограниченным объемом b байт. Все маркеры имеют одина-

одинаковый объем m байт, а генерация маркеров происходит так, что ведро

заполняется со скоростью г бит в секунду. Нетрудно подсчитать, что г •= 8m/w.

Эта скорость г и является максимальной средней скоростью для трафика паке-

пакетов, а объем ведра соответствует максимальному размеру пульсации потока па-

пакетов. Если ведро заполняется маркерами «до краев» (то есть суммарный объем

маркеров в ведре становится равным Ь), то поступление маркеров временно пре-

кращается. Фактически ведро маркеров представляет собой счетчик, который

наращивается на m каждые w секунд.

Рис. 20.1. Алгоритм ведра маркеров

При применении алгоритма ведра маркеров профиль трафика определяется сред-

средней скоростью г и объемом пульсации Ь.

Сравнение эталонного и реального потоков выполняет сервер — абстрактное уст-

устройство, которое имеет два входа. Вход 1 связан с очередью пакетов, а вход 2 —

с ведром маркеров. Сервер также имеет выход, на который он передает пакеты из

входной очереди пакетов. Вход 1 сервера моделирует входной интерфейс мар-

маршрутизатора, а выход — выходной интерфейс.

в том'случав, если к мо-

При продвижении пакета из ведра удаляются маркеры общим объемом в М байт

(с точностью до размера одного маркера, то есть до m байт).

Если же ведро заполнено недостаточно, то пакет обрабатывается одним из двух

описанных ниже нестандартных способов, выбор которых зависит от цели при-

применения алгоритма.

? Если алгоритм ведра маркеров применяется для сглаживания трафика, то па-

пакет просто задерживается в очереди на некоторое дополнительное время,

ожидая поступления в ведро нужного числа маркеров. Таким образом, даже

если в результате пульсации в систему приходит большая группа пакетов, из

очереди пакеты выходят более равномерно, в темпе, задаваемом генератором

маркеров.

U Если же алгоритм ведра маркеров используется для профилирования трафи-

трафика, то пакет отбрасывается, как не соответствующий профилю. Более мягким

решением может быть повторная маркировка пакета, понижающая его статус

при дальнейшем обслуживании. Например, пакет может быть помечен осо-

особым признаком (удалять при необходимости), в результате чего при пере-

перегрузках маршрутизаторы будут отбрасывать этот пакет в первую очередь.

При дифференцированном обслуживании пакет может быть переведен в дру-

другой класс, который обслуживается с более низким качеством.

ПРИМЕЧАНИЕ

Алгоритм ведра маркеров допускает пульсацию трафика в определенных пределах. Пусть

пропускная способность выходного интерфейса, который моделируется иыходом сервера,

равна R. Это значит, что сервер не может передавать данные на выход со скоростью, пре-

превышающей R бит/с. Можно показать, что на любом интервале времени t средняя скорость

исходящего с сервера потока равна минимуму из двух величин: R и г + b/t. При больших

значениях t скорость выходного потока стремится к г — это и говорит о том, что алгоритм

обеспечивает желаемую среднюю скорость. В то же время в течение небольшого времени t

пакеты могут выходить из сервера со скоростью, большей г. Если г ¦*¦ b/t < R, то они выхо-

выходят из сервера со скоростью г + b/t, в противном случае интерфейс ограничивает эту ско-

скорость до величины R. Период времени t соответствует пульсации трафика. Эта ситуация

наблюдается тогда, когда в течение некоторого времени пакеты не поступали в сервер, так

что ведро полностью заполнилось маркерами (то есть времени, большего, чем ЬД)- Если

после этого на вход сервера поступит большая последовательность пакетов, следующих

один за другим, то эти пакеты будут передаваться на выход со скоростью выходного ин-

интерфейса R также один за другим, без интервалов. Максимальное время такой пульсации

составляет b/(R - г) секунд, после чего обязательно наступит пауза, необходимая для на-

наполнения опустевшего ведра. Объем пульсации составляет Rb/(R - г) байт. Из приведен-

приведенного соотношения видно, что алгоритм ведра маркеров начинает плохо работать, если

средняя скорость г выбирается близкой к пропускной способности выходного интерфейса.

В этом случае пульсация может продолжаться очень долго, что обесценивает алгоритм.

Случайное раннее обнаружение

Механизм профилирования TCP-трафика, названный случайным ранним обнаружением

(Randoin'&Mly Detection, RED), разработан сообществом Интернета для предотвращения пе-

перегрузок на магистралях Интернета

RED работает с TCP и основан на свойстве TCP, которое заключается в том, что

при потерях пакетов источник трафика замедляет передачу пакетов в сеть. В ал-

алгоритме RED используется два конфигурируемых порога уровня перегрузки

(рис. 20.2). Когда уровень перегрузки не превышает первого (нижнего) порога,

то пакеты не отбрасываются. Когда уровень перегрузки находится между двумя

порогами, пакеты отбрасываются с линейно возрастающей вероятностью из диа-

диапазона от 0 до конфигурируемой величины (максимальной вероятности отбра-

отбрасывания пакета). Максимальная вероятность отбрасывания действует при дос-

достижении второго (верхнего) порога. Когда же перегрузка превышает второй

порог, пакеты начинают отбрасываться с вероятностью 100 %.

Рис. 20.2. Вероятность отбрасывания пакетов алгоритмом RED

В качестве показателя перегрузки используется вычисляемое среднее значение

длины очереди пакетов, относящейся к определенному ТСР-сеансу.

ПРИМЕЧАНИЕ

Заметим, что для UDP-трафика механизм RED неприменим, так как протокол UDP рабо-

работает без установления логического соединения и, следовательно, потерь пакетов не заме-

замечает.

В том случае, когда нужно обеспечить разные параметры обратной связи для

разных классов трафика, применяется взвешенный алгоритм RED (Weighted

RED, WRED). Этот вариант алгоритма RED позволяет задавать для каждого

класса трафика свои значения нижнего и верхнего порогов, а также вероятность

отбрасывания пакетов. Обычно механизмы WRED и WFQ применяются совме-

совместно, обеспечивая надежную доставку TCP-трафика с гарантированной скоро-

скоростью.

Интегрированное обслуживание

и протокол RSVP

Интегрированное обслуживание основано на резервировании ресурсов мар-

маршрутизаторов вдоль пути следования потока данных от одного конечного узла

(точнее, приложения) до другого (рис. 20.3). Приложение должно использовать

соответствующий интерфейс API, чтобы передать запрос о резервировании

ресурсов для определенного потока. Подобное резервирование является однона-

однонаправленным, так что если гарантированное качество обслуживания должно быть

обеспечено для двустороннего обмена, потребуется две операции резервиро-

резервирования.

Рис. 20.3. Резервирование ресурсов по протоколу RSVP

Резервирование в модели IntServ выполняется с помощью протокола резерви-

резервирования ресурсов (RSVP). Это сигнальный протокол, во многом подобный сиг-

сигнальным протоколам телефонных сетей. Однако специфика дейтаграммных

пакетных сетей естественно накладывает свой отпечаток. Так, параметры комму-

коммутации в IP-сетях не являются атрибутом резервирования, потому что IP-пакеты

в любом случае (при резервировании или без него) будут передаваться маршру-

маршрутизаторами на основе записей таблицы маршрутизации.

Ниже описана процедура резервирования необходимых ресурсов сети с помо-

помощью протокола RSVP, а в табл. 20.1 сведены воедино все упоминаемые в этом

описании типы сообщений.