Download
1 / 32
330 likes | 563 Views
Lekc17. Datortīklu servisa kvalitātes (QoS) nodrošināšanas tehnoloģijas. Saturs. Servisa kvalitātes parametri Datu plūsmas un to servisa kvalitātes prasības Servisa kvalitātes sistēmas arhitektūra Servisa kvalitātes plūsmu identificēšana un marķēšana
E N D
Lekc17 Datortīklu servisa kvalitātes (QoS) nodrošināšanas tehnoloģijas
Saturs • Servisa kvalitātes parametri • Datu plūsmas un to servisa kvalitātes prasības • Servisa kvalitātes sistēmas arhitektūra Servisa kvalitātes plūsmu identificēšana un marķēšana • Servisa kvalitātes apkalpe vienā tīkla iekārtā • Caurlaides servisa kvalitātes (QoS) klases • 3 servisa kvalitātes (QoS) līmeņi • Apkalpes prioritātes IPv4 paketes laukā TOS • Rindu disciplīnas: • Resursu rezervēšanas protokols RSVP
Servisa kvalitātes parametri Servisa kvalitātes (Quality of Service –QoS) koncepcija attiecas uz tīkla iespējam nodrošināt: • labākas (prioritātes) vai • noteiktas kvalitātes (garantētu (kontrolējamu) vērtību) servisu izvēlētajiem trafikiem (t.i., datu plūsmām) caur dažādām tīklu tehnoloģijām (piemēram, Frame Relay, ATM, Ethernet, SONET, IP-tīkli) izmantojot jebkuru vai visas no tām QoS uzturēšanas galvenais uzdevums – nodrošināt prioritātes vai garantētu (kontrolējamu) vērtību diapazonus tādiem trafika parametriem kā: • Caurlaides joslas platums (bandwidth) • Aizkave vai latentums (latency) intervāls starp brīdi, kad pieprasa piekļuvi kanālam, un brīdi, kad kanāls nodots stacijas rīcībā • Plūsmas nevienmērīgums (jitter) • Pakešu zuduma īpatsvars
Servisa kvalitātes parametru nodrošināšana Šo parametru uzturēšana ir svarīga dažu veidu trafikiem, piem.: • reālā laika un • interaktīviem, piemēram, multimedijiem. Tāpat ir svarīgi panākt, lai piešķirot prioritātes dažiem trafikiem netiktu degradēti pārējie tīkla trafiki. QoS tehnoloģijas realizē uz šim nolūkam veidotu izkliedētu programmatūras (SW) moduļu bāzes, kas iebūvēti dažādās tīkla iekārtās, piem., maršrutētājos, un darbojas, lai nodrošinātu izvēlēto QoS politiku priekš: • biznesa lietojumiem • universitāšu pilsētiņās – kampušos (campus) • WAN • servisa sniedzēju (provaideru) tīklos.
Datu plūsmas un to servisa kvalitātes prasības Vārdu “plūsma” (flow) var definēt dažādi, bet parasti QoS kontekstā ar to saprot vienāda rakstura datu pakešu secību, kam piešķir vienādus QoS parametrus un prioritātes. Plūsmas var noteikt dažādos veidos, piemēram: • pēc avota/saņēmēja adrešu kombinācijas • pēc avota/saņēmēja portu (ligzdu – socket) kombinācijas • pēc trafika veida (balss, video, DB-dati, e-pasts) Starp vieniem un tiem pašiem portiem var būt dažādas plūsmas, kurām dažādas QoS un prioritāšu prasības, piemēram, audio un video datu plūsmas. Bieži plūsmu atšķiršanai paketes tiek iezīmētas ar speciālām iezīmēm (birkām - label), ko izmanto plūsmu diferencēšanai un QoS kontrolei.
Piemērs: Cisco datu plūsmas kontroles mehānismi Programmu nodrošinājums priekš QoS uzturēšanas (Cisco kompānija) paredz: • Resursu pārvaldību – (caurlaides joslas, iekārtas, globālie kanāli); piem., var ierobežot caurlaides joslu FTP pārraidei, bet piešķirt prioritāti piekļuvei svarīgai DB • Efektīvāku tīkla resursu lietošanu – tīkla pārvaldības un uzskaites kontu analīzes līdzekļi, kas noteikt no komerciālā viedokļa svarīgākās plūsmas un kā lieto tīklu • Apkalpi pēc pasūtījuma – klientiem elastīga izcenojumu skala • Svarīgu lietojumu koeksistenci – video- un audio- trafikam atbilstošu caurlaides joslu un minimālas aizkaves netraucējot arī cita veida trafikam • Pamats pilnīgi integrēta tīkla izveidi nākotnē – kas būs orientēts uz multimēdijiem
Servisa kvalitātes plūsmu identificēšana un marķēšana Trafika klasificēšana Trafiks ir jāidentificē, lai varētu veikt tā prioritāru apkalpi, bet to identificēt var tikai tad, ja tas marķēts. Ja trafiks nav marķēts, tad to apkalpot pēc prioritātes var tikai atsevišķa tīkla iekārta, piemēram, atsevišķs maršrutētājs (M) neziņojot par prioritāti nākošajam M. Tā tas notiek ar M algoritmiem: • Prioritārā rinda (Priority Queuing – PQ) • Noskaņojamā rinda (Custom Queuing – CQ) – sk. Tālāk. Plūsmu identificēšanas metodes Galvenās plūsmu identificēšanas metodes ir: • Piekļuves kontroles saraksti (Access Control List – ACL) • Maršrutēšana, kas balstās uz politikām • Saskaņotais piekļuves ātrums (Commited Access Rate – CAR) • Tīkla lietojumu atpazīšana (Network-Based Application Recognition – NBAR)
Servisa kvalitātes apkalpe vienā tīkla iekārtā (1) To var veikt pārvaldot: • Pārblīvi • Rindas • Kanāla efektivitāti • Plūsmu formēšanu un politiku lietošanu 1. Pārblīves pārvaldība Audio-, video- un datu trafika pulsējošā rakstura dēļ tā apjoms dažreiz var pārsniegt kanāla iespējas. Tad M var izvietot paketes dažādās rindās, piem., • Prioritārā rinda (Priority Queuing – PQ) • Noskaņojamā rinda (Custom Queuing – CQ) • Svērtā taisnīgā rinda (Weighted Fair Queuing – WFQ)
Servisa kvalitātes apkalpe vienā tīkla iekārtā (2) 2. Rindu pārvaldība Rindas M var pārpildīties – tad paketes tiek nomestas. To sauc par rindas gala (astes) zudumiem (tail drop). Lai M nenomestu augstas prioritātes paketes, ir nepieciešami mehānismi, kas veic sekojošas operācijas: • pārliecinās, ka rindā vēl ir vieta augstas prioritātes paketēm • Formulē kritērijus, pēc kuriem pirmām kārtām tiks nomestas zemas prioritātes paketes Abi šie mehānismi ir ietverti algoritmā WRED (Weighted Early Random Detect – svērtā agrā nejaušā atpazīšana) 3. Kanāla efektivitātes pārvaldība Pārraidot nelielas paketes pa maza ātruma kanāliem bieži rodas aizkaves, kas saistītas ar fragmentēšanu un lielu galveņu īpatsvaru. Tās var daļēji novērst novēršot fragmentēšanu un lietojot galveņu saspiešanu.
Servisa kvalitātes apkalpe vienā tīkla iekārtā (3) 4. Trafika formēšana (shaping) un politiku lietošana Trafika formēšana (shaping) ļauj izveidot tādu datu plūsmu, kas neaizņem visu caurlaides joslu; lieto, lai izvairītos no pārblīves Piem., ja lieto Frame Relay ar zvaigžņveida topoloģiju, centrmezgls ir liela ātruma kanāls (T3), bet attāli mezgli – kanāli T1. Trafiks no centrmezgla var pārblīvēt šaurāko joslu otrā galā. Šajā gadījumā kā efektīvu līdzekli lieto trafika formēšanu, noskaņojot trafiku tā, lai tā ātrums nepārsniegtu 384 Kb/s. Trafiku, kas pārsniedz šo ātrumu, ievieto buferī un raida vēlāk. Politikas ir kaut kādā ziņā līdzīgas, bet atšķiras ar to, ka nepārraidītais trafiks netiek ievietots buferī (visbiežāk to nomet). Ir politikas, kas realizē saskaņotā piekļuves ātruma (Commited Access Rate – CAR) koncepciju, kas neatmet lieko trafiku.
Servisa kvalitātes vadības etapi Tā dod iespējas saskaņot QoS politikas un noteikt to mērķus. Metode ietver sekojošus etapus: • Tīklā uzstāda sensorus, ko sauc par RMON (Remote Monitoring – RFC1271), noteic tīkla iekārtu attāla monitoringa iespējas, tai skaitā bojājumus un atskaites. Tas ļauj noteikt tīkla trafika parametrus. Nepieciešams arī atpazīt tos lietojumus, kas prasa izpildīt uzdotos QoS parametrus. • Pēc tam, kad saņemti trafika parametri un uzstādīts lietojumiem vajadzīgais QoS, tas jāizplata pa visu tīklu. • Novērtē rezultātus testējot atbildes no lietojumiem, lai konstatētu, ka vajadzīgie QoS rādītāji sasniegti. Jāņem vērā, ka mainīgā tīkla vidē QoS uzturēšana nav vienreizējs, bet gan nepārtraukts process.
Caurlaides servisa kvalitātes (QoS) klases Par caurlaides servisa kvalitātes (QoS) klasēm sauc caurlaides iespējas nodrošināt iezīmētam trafikam nepieciešamo QoS visā tā ceļā. Neviendabīgos tīklos var būt sekojoši 3 servisa kvalitātes (QoS) līmeņi: 1. Apkalpe ar garantētu nogādāšanu. To sauc arī par apkalpi bez QoS nodrošināšanas (best effort). Tas notiek FIFO rindās, kur nav atšķirības starp plūsmām. 2. Diferencētā apkalpe. To sauc arī par apkalpi ar elastīgu QoS. Dažus trafika veidus apkalpo tā labāk kā citus, bet augstākas ir tikai to apkalpes rādītāju vidējās vērtības (caurlaides josla, vidējais zudumu līmenis). Tās ir statistiskās priekšrocības bez noteiktām un striktām garantijām. To var nodrošināt trafika klasifikācija un tādi QoS līdzekļi kā PQ; CQ. WFQ un WRED. 3. Garantētā apkalpe. To sauc arī par cieto QoS un panāk ar tīkla resursu pilnīgu rezervēšanu priekš specifiskā trafika. To nodrošina tādi QoS līdzekļi kā protokols RSVP un CBWFQ.
Caurlaides servisa kvalitātes (QoS) klases izvēle Apkalpes tipa izvēle ir atkarīga no sekojošiem faktoriem: • Lietojumu specifikas un pasūtītāja izvēlētajām prasībām • Cik modernizēta ir pasūtītāja infrastruktūra • Cik pasūtītājs var maksāt par izvēlēto apkalpes tipu, kuru izmaksas pieaug līdz ar līmeņa (klases) paaugstināšanu.
Servisa kvalitāte “pēc labākās centības”ubiquitous – visuresošs, universāls
Plūsmu klasificēšana un identificēšana Lai nodrošinātu dažu plūsmu prioritāti, vispirms tās jāidentificē un, vajadzības gadījumā arī jāmarķē. Šos 2 uzdevumus arī sauc par klasificēšanu. Identificēšanu parasti realizē ar piekļuves kontroles sarakstu (ACL- Access Control List) palīdzību, kas identificē trafiku priekš tādiem pārslodzes kontroles līdzekļiem kā PQ un CQ, kam ir lokāla nozīme (izvietoti M). Pretēju efektu dod IP-prioritātes bita lietošana. Tādas funkcijas kā: • maršrutēšana uz politikas bāzes vai • saskaņotais piekļuves ātrums (Commited Access Rate – CAR) var lietot, lai uzstādītu ACL secības. Tas nodrošina zināmu elastību nozīmējot prioritātes atkarībā no lietojuma vai lietotāja avota vai saņēmēja a/tīkla. Šīs funkcijas parasti izplatās visā administrējamā domēnā, lai katrs tīkla elements varētu veikt apkalpi saskaņā ar izvēlēto politiku. Tīkla lietojumu atpazīšanu (Network-Based Application Recognition – NBAR) lieto precīzākai trafika identificēšanai, piem., URL un HTTP paketēm.
QoS politiku saskaņošana ar PBR palīdzību Metode, kas saucas “uz politikām bāzētu maršrutēšana” (PBR – Policy Based Routing) ļauj : • Klasificēt trafiku atkarībā no paplašinātā ACL kritērijiem • Uzdot IP prioritātes bitus – laukā TOS • Izvēlēties tādus maršrutus, kas spec.veidoti priekš konkrēta trafika QoS Uzdodot prioritātes līmeņus ienākošajam trafikam kopā ar rindas vadības līdzekļiem var organizēt diferencētu apkalpi, kas nodrošina vienkāršu un elastīgu QoS politikas realizēšanu tīklā. M ar politiku palīdzību veido maršrutu kartes, kas atbilst ACL un plūsmas kritērijiem. Ar PBR palīdzību var sūtīt paketes pa maršrutiem, kas atšķiras no MT izvēlētiem (piem., optimāliem).
Rindu disciplīnas:1.Pakešu klasifikācija pēc prioritātes maršrutētājā
2. Pakešu klasifikācija pēc ‘’svērtās’’ prioritātes
5. Rindu prioritāšu sadale pēc ‘’ caurā marķierspaiņa’’ modeļa
Resursu rezervēšanas protokols RSVP (Resouce reSerVation Protocol –RSVP) ļauj rezervēt interneta kanālus vai ceļus video- vai citu datu plūsmu ātrai uniraidei un grupu apraidei. • OSPF un BGP ātri reaģē uz bojājumiem un pārslodzi, bet neapmierina QoS prasības. • RSVP g. koncepcija – preventīvi līdzekļi pārblīvju novēršanai un QoS nodrošināšanai. • RSVP seansa palaišana . Saņēmējs pievienojas daudzadrešu grupai ar protokolu IGMP. • Tad avots sūta ziņojumus pa RSVP maršrutu uz saņēmēja IP-adresi(ēm).
