Rambler's Top100
Статьи ИКС № 9 2005
Е.А. АРТЮХОВА  01 сентября 2005

Как обеспечить QoS в телефонных сетях c коммутацией пакетов

Качество передачи голосовой информации

Рассмотрим альтернативные методы обеспечения QoS, применяемые в сети IP.
  • Резервирование ресурсов (на время соединения запрашиваются и резервируются необходимые для выполнения приложения ресурсы).
  • Приоритизация трафика (разделение трафика в сети на классы с приоритетным порядком обслуживания некоторых из них).
  • Перемаршрутизация (позволяет при перегрузке в сети перевести трафик на резервный маршрут; именно этим способом обеспечивается QoS в подавляющем большинстве контроллеров SBC).
В современных IP-сетях перечисленные методы реализуются с помощью технологий IntServ, DiffServ и MPLS с использованием протокола RSVP. Каждая имеет свои особенности и свою область применения (см. таблицу).

Сравним эти технологии по следующим критериям:
  • метод обеспечения качества;
  • число обслуживаемых классов QoS;
  • перечень задаваемых показателей качества;
  • необходимость использования дополнительных протоколов;
  • влияние технологии на производительность маршрутизаторов;
  • эффективность масштабирования сети;
  • совместимость оборудования разных производителей;
  • гарантированность обеспечения качества.
IntServ (технология интегрированного обслуживания) реализует метод резервирования ресурсов. Она основана на протоколе сигнализации RSVP и предусматривает три класса качества.

Если пользователь выбирает гарантированное обслуживание (Guaranteed Service) , он может запросить для своего приложения необходимые значения полосы пропускания, максимальной сетевой задержки и джиттера. Эти показатели качества, задаваемые в абсолютных величинах, будут зарезервированы для приложения пользователя на протяжении всего соединения.

Контролируемая загрузка (Controlled Load) позволяет не только контролировать загруженность сети в момент установления соединения, но и задавать конкретные значения показателей качества.

Пакеты класса негарантированного обслуживания (Best Effort) сеть доставляет только при наличии свободных ресурсов в момент их передачи.

Протокол RSVP характеризуется высокой интенсивностью обмена сигнальными сообщениями. Например, для контроля состояния соединения периодически посылаются специальные сообщения (рекомендуется – каждые 30 с).

Поэтому из-за большого объема сигнальной информации, которую постоянно должны обрабатывать маршрутизаторы, поддерживающие технологию IntServ, требования к их производительности очень высоки. В результате неизбежно возникают проблемы при масштабировании сети, так как объем сигнальной информации увеличивается пропорционально росту числа установленных соединений.

IntServ больше подходит для концентрации трафика в пограничной сети IP и не рекомендована для применения в транзитных сетях IP (из-за проблем с масштабируемостью). Технология стандартизована рабочей группой IETF.

Поэтому проблемы с совместимостью оборудования IntServ разных производителей возникают в основном в случае отклонения от спецификаций.

DiffServ (дифференцированное обслуживание). Технология более проста в реализации и легко масштабируема, но при ее использовании у оператора нет строгих гарантий качества при передаче информации.

Технология основана на методе приоритизации трафика. На границе домена DiffServ пакеты IP объединяются в группы со схожими характеристиками трафика. Транспортная сеть обрабатывает небольшое число групп, благодаря чему при использовании технологии DiffServ не требуется высокая производительность маршрутизаторов.

Предусмотрены следующие классы QoS.
  • Срочная доставкапакетов (Expedited Forwarding PHB) характеризуется низким уровнем потерь пакетов, низким значением сетевой задержки и высокой пропускной способностью.
  • В классе гарантированной доставки пакетов (Assured Forwarding PHB) выделены 4 уровня приоритета, для каждого из которых в свою очередь определены три приоритета отбрасывания пакетов.
  • А также негарантированная доставка (Best Effort) .
Для маркировки пакетов используется поле в заголовке стандартного пакета IP. В этом поле устанавливаются приоритет пакета и контролируемые показатели качества (задержка, скорость передачи трафика и целостность данных). В отличие от предыдущей технологии, в DiffServ показатели качества задаются не в абсолютных значениях, а в относительных, для уточнения порядка обслуживания пакетов.


При обработке трафика используются алгоритмы управления очередями. Предусмотрено формирование очередей пакетов в зависимости от их приоритетности в соответствии с правилами, задаваемыми административно для каждого маршрутизатора. То есть правила обработки пакетов с одинаковыми приоритетами на разных маршрутизаторах могут различаться, что не позволяет строго гарантировать качество передачи.

Так как для обеспечения качества только анализируется поле заголовка пакета IP и не используются никакие вспомогательные протоколы сигнализации, то проблема совместимости оборудования разных производителей неактуальна.

Технология DiffServ может использоваться в транзитной сети. Но в условиях однородного трафика, например только голосового, принцип применения приоритетов теряет смысл, и сеть начинает работать в режиме Best Effort.

MPLS (многопротокольная коммутация по меткам). Технология предназначена для ускорения коммутации пакетов в транспортных сетях. Основное отличие этой технологии от рассмотренных ранее в том, что, вопреки сложившемуся мнению, MPLS изначально не является технологией обеспечения качества и становится таковой только при использовании протокола RSVP-TE.

На границе сети MPLS маршрутизаторы помечают пакеты специальными метками, определяющими дальнейший маршрут следования пакета к месту назначения. В результате анализируются не адреса IP, а короткие цифровые метки, что существенно снижает сетевую задержку и требования к производительности маршрутизаторов. Для корректного взаимодействия их между собой и обмена информацией о создаваемых метках используются протоколы распределения меток (LDP, CR-LDP, RSVP-TE и др.).

Маршрут может также задаваться административно. В этом случае заранее определяется весь перечень узлов, через которые он будет проходить. Если для соединения требуется гарантия определенного уровня качества, то для распределения меток используется протокол RSVP-TE, и на маршруте резервируются необходимые ресурсы. В RSVP-TE предусмотрены контроль и обновление установленного соединения, так что в случае повреждения в сети можно динамически перевести потоки трафика на резервный маршрут.

Технология MPLS характеризуется высокой масштабируемостью и рассматривается в качестве наиболее перспективной для передачи трафика IP. Она стандартизована IETF, поэтому, как и в случае с IntServ, при отклонении от спецификаций могут возникнуть проблемы с совместимостью оборудования разных производителей.

Оптимизация нагрузки в транспортной сети

Помимо обеспечения требуемого качества для телефонной нагрузкиважным является вопрос оптимизации нагрузки в транспортной сети. В рассматриваемых технологиях предусмотрена процедура агрегирования данных, относящихся к разным источникам. При этом под агрегированными потоками понимается объединение нескольких информационных потоков, требующих сходного обслуживания и имеющих идентичные требования к QoS.

В технологии IntServ предусмотрено резервирование полосы пропускания для совместного использования несколькими отправителями. В этом случае вместо одного адреса отправителя могут быть заданы несколько – списком или по маске.

В технологии DiffServ пакеты на границе сети классифицируются, маркируются кодом в заголовке IP-пакета и на основании этого кода причисляются к определенному агрегированному потоку. У каждого агрегированного потока свой приоритет и ожидаемый уровень обслуживания.

В технологии MPLS пакеты, следующие по одному и тому же маршруту, объединяются в классы. Если на некоторых участках сети маршруты нескольких соединений разного класса совпадают – эти соединения агрегируются. Каждый агрегированный поток образует новый класс со своей системой меток.

***


Таким образом, рассмотренные технологии обеспечивают качество обслуживания, позволяя оптимально использовать ресурсы сети связи. Методы обеспечения качества, лежащие в основе этих технологий, определяют область их применения в существующих сетях. Технология IntServ больше подходит для небольших пограничных сетей, в то время как в крупных транзитных сетях предпочтительнее использовать DiffServ и MPLS. Поэтому важно обеспечить четкое взаимодействие этих технологий между собой.

Однако разнообразие возможностей каждой технологии, несогласованность параметров качества в разных сетях и различия в реализациях у различных производителей оборудования затрудняют указанные взаимодействия и пока не позволяют гарантировать необходимый уровень обслуживания.
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!
Поделиться: