Поддержка параметров QoS

Для каждого виртуального соединения определяется несколько параметров, свя­занных со скоростью передачи данных и влияющих на качество обслуживания.

□ Согласованная скорость передачи данных (Committed Information Rate, CIR) — скорость, с которой сеть будет передавать данные пользователя.

□ Согласованная величина пульсации (Committed Burst Size, Be) — максималь­ное количество байтов, которое сеть будет передавать от данного пользовате­ля за интервал времени Т, называемый временем пульсации, соблюдая согла­сованную скорость CIR.

□ Дополнительная величина пульсации (Excess Burst Size, Be) — максимальное количество байтов, которое сеть будет пытаться передать сверх установлен­ного значения Вс за интервал времени Т.

Эти параметры являются однонаправленными, то есть виртуальный канал мо­жет поддерживать разные значения CIR, Вс и Be для каждого направления.

Вот приведенные выше величины определены, тр»ремя Т, определяется следующей фор­мулой:, - •, ■.... -'' \ '; > v

,.\j/; ■/,'/; ' V '^А";.

Можно задать значения CIR и Т, тогда производной величиной станет величина пульсации Вс. Обычно для контроля пульсаций трафика выбирается время Т, равное 1-2 секунды при передаче данных, и в диапазоне десятков-сотен милли­секунд при передаче голоса.

Соотношение между параметрами CIR, Be, Be и Т иллюстрирует рис. 21.6 (R — скорость в канале доступа; f_x—f₅ — кадры).

▲ J
f5 - отброшен
f4 (DE = 1) У
f3(DE = 0)/
f2 (DE = 0]у* = RxT/^
= CIRxT
y^^ACIRj R
J------------ 1---- 1----------------------------

Рис. 21.6. Реакция сети на поведение пользователя

Основным параметром, по которому абонент и сеть заключают соглашение при установлении виртуального канала, является согласованная скорость передачи данных. Для постоянных виртуальных каналов это соглашение является частью

контракта на пользование услугами сети. При установлении коммутируемого виртуального канала SVC соглашение о качестве обслуживания заключается автоматически с помощью протокола Q.933 — требуемые параметры CIR, Вс и Be передаются в пакете запроса на установление соединения.

Скорость передачи данных измеряется на контрольном интервале времени Т, на котором проверяются условия соглашения. В общем случае пользователь не дол­жен в этом интервале передавать в сеть данные со средней скоростью, превосхо­дящей CIR. Если же он нарушает соглашение, то сеть не гарантирует доставку кадра и помечает этот кадр признаком готовности к удалению (Discard Eligi­bility, DE), равным 1. Однако кадры, отмеченные таким признаком, удаляются из сети только в том случае, если коммутаторы сети испытывают перегрузки. Если же перегрузок нет, то кадры с признаком DE = 1 доставляются адресату.

Такое щадящее поведение сети соответствует случаю, когда общее количество данных, переданных пользователем в сеть за период Т, не превышает значения Вс + Be. Если же этот порог превышен, то кадр не помечается признаком DE, а немедленно удаляется.

Рисунок 21.6 иллюстрирует случай, когда за интервал времени Т в сеть по вир­туальному каналу поступило 5 кадров. Средняя скорость поступления данных в сеть составила на этом интервале R бит/с, и она оказалась выше C1R. Кадры f_1? f₂ и f₃ доставили в сеть данные, суммарный объем которых не превысил порог Вс, поэтому эти кадры ушли дальше транзитом с признаком DE ^ 0. Данные кадра f₄, прибавленные к данным кадров f\, f₂ и f₃, уже превысили порог Вс, но еще не превысили порога Вс + Be, поэтому кадр f₄ также ушел дальше, но уже с призна­ком DE = 1. Данные кадра f₅, прибавленные к данным предыдущих кадров, пре­высили порог Вс + Be, поэтому этот кадр был удален из сети.

Для контроля соглашения о параметрах качества обслуживания все коммутато­ры сети Frame Relay поддерживают алгоритм «дырявого ведра» (leaky bucket). Этот алгоритм относится к тому же классу алгоритмов, что и уже рассмотрен­ный нами в главе 20 алгоритм «ведра маркеров». Он также позволяет контро­лировать среднюю скорость и пульсацию трафика, однако делает это несколько иначе.

Алгоритм поддерживает счетчик С поступивших от пользователя байтов. Каж­дые Т секунд этот счетчик уменьшается на величину Вс (или же сбрасывается в 0, если значение счетчика меньше, чем Вс). Все кадры, данные которых не уве­личили значение счетчика свыше порога Вс, пропускаются в сеть со значением признака DE = 0. Кадры, данные которых привели к значению счетчика, боль­шему Вс, но меньшему Вс + Be, также передаются в сеть, но уже с признаком DE = 1. И наконец, кадры, которые привели к значению счетчика, большему Вс + Be, отбрасываются коммутатором.

Пользователь может договориться о поддержании не всех параметров качества обслуживания для данного виртуального канала, а только некоторых.

Например, можно использовать только параметры CIR и Вс. Этот вариант дает более качественное обслуживание, так как кадры никогда не отбрасываются коммутатором сразу. Коммутатор только помечает кадры, которые превышают порог Вс за время Т, признаком DE = 1. Если сеть не сталкивается с перегрузками, то кадры такого канала всегда доходят до конечного узла, даже если пользова­тель постоянно нарушает договор с сетью.

Популярен еще один вид заказа на обслуживание, при котором оговаривается только порог Be, а скорость CIR полагается равной нулю. Все кадры такого кана­ла сразу же отмечаются признаком DE = 1, но отправляются в сеть, а при превы­шении порога Be отбрасываются. Контрольный интервал времени Т в этом слу­чае вычисляется как Be/R, где R — скорость доступа к каналу.

Как видно из описания, алгоритм дырявого ведра более «строго» контролирует пульсации трафика, чем алгоритм ведра маркеров (см. главу 20). Алгоритм ведра маркеров разрешает трафику в периоды пониженной активности накапливать объем пульсации, а затем использовать эти накопления в периоды всплесков трафика. В алгоритме дырявого ведра такой возможности нет, так как счетчик С сбрасывается в ноль принудительно в конце каждого периода Т независимо от того, сколько байтов поступило от пользователя в сеть в течение этого периода.

На рис. 21.7 приведен пример сети Frame Relay с пятью удаленными региональ­ными отделениями корпорации. Обычно доступ к сети осуществляется по кана­лам с пропускной способностью, большей, чем CIR. Но при этом пользователь платит не за пропускную способность канала, а за заказанные величины CIR, Вс и Be. Так, при использовании в качестве линии доступа канала Т1 и заказа об­служивания со скоростью CIR, равной 128 Кбит/с, пользователь будет платить только за скорость 128 Кбит/с, а скорость канала Т1 в 1,544 Мбит/с окажет влияние на верхнюю границу возможной пульсации Вс + Be.

CIR = 256 Кбит/с Вс = 512 Кбит

Параметры качества обслуживания могут быть разными для разных направле­ний виртуального канала. Так, на рисунке абонент 1 соединен с абонентом 2 вир­туальным каналом с DLCI = 136. При направлении от абонента 1 к абоненту 2 канал имеет среднюю скорость 128 Кбит/с с пульсациями Вс = 256 Кбит (интер­вал Т составил 1 с) и Be = 64 Кбит. А при передаче кадров в обратном направле­нии средняя скорость уже может достигать значения 256 Кбит/с с пульсациями Вс = 512 Кбит и Be - 128 Кбит.

Механизм резервирования средней пропускной способности и максимальной пульсации яв­ляется основным механизмом обеспечения параметров QoS в сетях Frame Relay.

Соглашения должны заключаться таким образом, чтобы сумма средних скоро­стей передачи данных в виртуальных каналах не превосходила возможностей портов коммутаторов. При заказе постоянных каналов за это отвечает админист­ратор, а при установлении коммутируемых виртуальных каналов — программ­ное обеспечение коммутаторов. При правильно взятых на себя обязательствах сеть борется с перегрузками путем удаления кадров с признаком DE = 1 и кад­ров, превысивших порог Вс + Be.

В технологии Frame Relay определен еще и дополнительный (необязательный) механизм управления потоком. Это механизм оповещения конечных пользова­телей о том, что в коммутаторах сети возникли перегрузки (переполнение необ­работанными кадрами). Бит FECN (Forward Explicit Congestion Notification — прямое явное уведомление о перегрузке) кадра извещает об этом принимающую сторону. На основании значения этого бита принимающая сторона должна с по­мощью протоколов более высоких уровней (TCP/IP, SPX и т. п.) известить пе­редающую сторону о том, что та должна снизить интенсивность отправки паке­тов в сеть.

Бит BECN (Backward Explicit Congestion Notification — обратное явное уведом­ление о перегрузке) извещает о переполнении в сети передающую сторону и яв­ляется рекомендацией немедленно снизить скорость передачи. Бит BECN обычно отрабатывается на уровне устройств доступа к сети Frame Relay — маршрутиза­торов, мультиплексоров и устройств CSU/DSU. Протокол Frame Relay не требу­ет от устройств, получивших кадры с установленными битами FECN и BECN, немедленного прекращения передачи в данном направлении, как, например, про­исходит в сетях Х.25. Эти биты должны служить указанием для протоколов бо­лее высоких уровней (TCP, SPX, NCP и т. п.) о снижении темпа передачи паке­тов. Так как регулирование потока и принимающей, и передающей сторонами инициируется в разных протоколах по-разному, то разработчики протоколов Frame Relay учли оба направления снабжения предупреждающей информацией о пере­полнении сети.

Технология ATM

Ключевые слова: протокол PNNI, уровень адаптации ATM, подуровень сегментации и реассемблирования, подуровень конвергенции, протоколы AAL1, AAL2, AAL3/4 и AAL5, протокол ATM, номер виртуального соединения, идентификатор виртуального пути, идентификатор виртуального канала, коммутация виртуального пути, коммутация виртуального канала, протокол Q.2931, услуги категорий CBR, rtVBR, nrtVBR, ABR и UBR, служебная ячейка администрирования ресурсов, петля обратной связи.

Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode — асинхронный режим переда­чи) была разработана как единый универсальный транспорт для нового поколе­ния сетей с интегрированным обслуживанием, которые называются также широ­кополосными сетями ISDN (Broadband ISDN, B-ISDN). По сути, ATM стала второй попыткой построения универсальной сети после неудачи ISDN. В отли­чие от технологии Frame Relay, которая изначально предназначалась только для передачи эластичного компьютерного трафика, цели разработчиков ATM были значительно шире.

Технология ATM должна была обеспечивать^,<. \?>.1 * * „V-.................

* передачу трафика любого типа, как компьютерного,,.та^ (грлос^ аи- * део, управление в реальном времени)причем кттяпо служивания должно соответствовать егд псл^бнос#М; ':!v -У ¹,

. ш иерархию скоростей передачи данных, ог тсшок йейколькж гигабиг в се­

кунду с гарантированной пропускной йггособностуо для '^ф^^ркй^в^^Л^оз^ний;

• возможность использования имеющей6я;йнф^ Ь &йз Й "и -физических протоколов (РОИ, SON, Highspeed, у J»;>;>t; ^^• ^'

л взаимодействие с унаследованными {IP,

SNA, Ethernet ISDN).. * * _л ■ /-; _v ^V^ Ч\ '

Необходимо сразу подчеркнуть, что большая часть этих целей была достигнута, и с середины 90-х годов ATM является работающей технологией, обеспечивающей наиболее полную и последовательную поддержку параметров QoS для пользова­телей сети. Кроме того, ATM, как и любая технология на основе техники вирту­альных каналов, предоставляет широкие возможности по решению задач инжи­ниринга трафика.

Разработку стандартов ATM осуществляет большое количество производителей телекоммуникационного оборудования и операторов связи, входящих в форум ATM, а также комитеты ITU-T и ANSI.

Несмотря на очевидные успехи технологии ATM, которая работает на многих магистралях крупнейших операторов связи, опыт эксплуатации показал и ее ог­раничения. Так, технология ATM не вытеснила все остальные технологии и не стала единственной транспортной технологией телекоммуникационных сетей, хотя в середине 90-х годов казалось, что благодаря очевидным технологическим дос­тоинствам ATM это неминуемо должно произойти. Теоретически, ATM может использоваться непосредственно прикладным уровнем протоколов, так что сеть может работать без протоколов IP и TCP/UDP. ATM обладает для этого многи­ми качествами: поддержкой всех видов трафика, масштабируемостью и собст­венным сложным протоколом маршрутизации. Однако это возможно только в том случае, если сеть является технологически однородной, когда все сети всех поставщиков услуг поддерживают ATM. Очевидно, такой подход противоречит принципу составных сетей, согласно которому каждая сеть может поддерживать собственную транспортную технологию, а общий сетевой уровень объединяет эти сети в единую сеть.

Поэтому на практике протокол IP, начавший доминировать на сетевом уровне в середине 90-х годов, по-прежнему используется для объединения сетей, a ATM остается одной из технологий, на основе которой работают многие сети, обра­зующие составную сеть. Проблемы взаимодействия ATM с IP рассматриваются в главе 22.