Понятие качества обслуживания в компьютерных сетях. Средства обеспечения качества обслуживания.
Трем критериям классификации приложений (предсказуемость скорости трафика, чувствительность к задержкам и чувствительность к потерям) соответствуют три группы параметров, используемых при определении и задании требуемого качества обслуживания:
- параметры пропускной способности включают среднюю, максимальную (пиковую) и минимальную скорости передачи данных;
- параметры задержек — среднюю и максимальную величину задержек, а также среднее и максимальное значения вариаций задержек, т. е. отклонений межпакетных интервалов в прибывающем трафике по сравнению с отправленным;
- параметры надежности передачи — процент потерянных пакетов, а также процент искаженных пакетов.
Параметры качества обслуживания обычно оговариваются в соглашении об уровне сервиса (Service Level Agreement, SLA) между пользователем сети и провайдером. При их определении важно, за какой период измеряется данный параметр. Чем он меньше, тем жестче требования качества обслуживания и тем труднее для сети их выдержать. Поэтому провайдеры сетей IP, которые испытывают сложности с обеспечением QoS (Quality of Service, качество обслуживания), предпочитают оговаривать в соглашениях SLA среднемесячные характеристики, в то время как провайдеры сетей frame relay и ATM, располагающие мощными средствами QoS, способны гарантировать параметры, усредненные за период в несколько секунд.
Параметры качества обслуживания могут быть отнесены к трафику, порождаемому приложениями пользователя, в этом случае их называют также профилем трафика. Они же могут характеризовать возможности сети по обслуживанию такого трафика. Пусть, например, у пользователя имеется приложение, которое порождает равномерный поток с постоянной скоростью N. При заключении соглашения SLA с провайдером пользователь обязуется, что предлагаемый трафик приложения не будет превышать максимальную скорость N. Провайдер в свою очередь гарантирует, что минимальная величина пропускной способности сети, предоставляемой данному приложению, будет не меньше N. Это необходимо для обеспечения приемлемого качества обслуживания трафика данного приложения.
После заключения соглашения пользователь и сервис-провайдер соответствующим образом настраивают свои программные и аппаратные средства для соблюдения оговоренных параметров. Некоторые технологии позволяют автоматизировать процесс взаимного согласования параметров QoS между оборудованием пользователя и оборудованием провайдера.
Служба QoS отвечает за обеспечение качества обслуживания для разных типов приложений. Она имеет распределенный характер, так как ее элементы должны присутствовать во всех сетевых устройствах, продвигающих пакеты: коммутаторах, маршрутизаторах, серверах доступа. С другой стороны, служба QoS должна включать также элементы централизованного управления, поскольку работу отдельных сетевых устройств, поддерживающих QoS, нужно координировать, чтобы качество обслуживания было однородным вдоль всего пути, по которому следуют пакеты потока. Любые гарантии QoS настолько хороши, насколько их обеспечивает наиболее «слабый» элемент в цепочке между отправителем и получателем. Поэтому поддержка QoS только в одном сетевом устройстве, пусть даже и магистральном, может весьма незначительно улучшить качество обслуживания или же совсем не влиять на параметры QoS.
Средства QoS узла — основной исполнительный механизм службы QoS, так как именно они непосредственно влияют на процесс продвижения пакетов между входными и выходными интерфейсами коммутаторов и маршрутизаторов и, следовательно, определяют вклад данного устройства в характеристики качества обслуживания сети. Средства QoS узла в свою очередь могут включать компоненты двух типов:
Механизмы обслуживания очередей являются необходимым элементом любого устройства, работающего по принципу коммутации пакетов. Когда скорость поступления трафика становится больше скорости его продвижения, возникают очереди. Как раз в такие периоды и нужны механизмы обслуживания очередей: варьируя выборкой пакетов, они влияют на время их нахождения в очереди, а значит, и на величину задержки — один из важнейших параметров качества обслуживания. По умолчанию в сетевых устройствах очереди обслуживаются по простейшему алгоритму FIFO («первым пришел — первым обслужен»), что достаточно только для реализации сервиса «по мере возможности», для поддержки же «истинных» сервисов QoS нужны более сложные механизмы, обрабатывающие несколько классов потоков, например алгоритмы приоритетного или взвешенного обслуживания.
Механизмы кондиционирования трафика решают задачу создания условий для качественного обслуживания трафика другим способом — не за счет выбора оптимального алгоритма обслуживания очереди, а за счет ее сокращения. При этом сокращение очереди достигается путем воздействия на входной трафик: например, снижения скорости поступления потока в данный узел, уменьшения его неравномерности и т. п.
Механизмы кондиционирования трафика могут быть реализованы в каждом узле сети либо только в пограничных устройствах. Последний вариант часто используют провайдеры при кондиционировании трафика своих клиентов.
Качество обслуживания Под качеством обслуживания (Quality of Services, QoS) понимают интегральный полезный эффект от обслуживания, который определяется степенью удовлетворения пользователя как от полученной услуги, так и от самой системы обслуживания. Критерий качества обслуживания представляют в виде интегрального показателя совершенства обслуживания, учитывающего не только качество услуги, но и способность сети обрабатывать нагрузку.
Услуга может предоставляться с различными уровнями качества. Приемлемый уровень качества услуги согласовывается между сервис-провайдером и его клиентом и включается в текст соответствующего сервисного соглашения (Service Level Agreement — SLA). Уровень качества услуги задается конкретным набором значений определяющих параметров качества услуги. Выделяют следующие уровни: желаемый, гарантированный, измеренный. Трафареты сервисного соглашения относительно уровня оказываемых услуг, темплеты SLA (Service Level Agreement Templates) представляют собой определения стандартных уровней услуги, которые могут быть предложены покупателям услуги в рамках SLA. Например, могут быть предложены трафареты, которые определяют характеристики так называемой «золотой услуги» или «серебряной услуги» и т.п.
Качество обслуживания
Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) определяет количественные оценки вероятности того, что сеть будет передавать определенный поток данных между двумя узлами в соответствии с потребностями приложения или пользователя.
Например, при передаче голосового трафика через сеть под качеством обслуживания чаще всего понимают гарантии того, что голосовые пакеты будут доставляться сетью с задержкой не более N мс, при этом вариация задержки не превысит M мс, и эти характеристики станут выдерживаться сетью с вероятностью 0,95 на определенном временном интервале. То есть приложению, которое передает голосовой трафик, важно, чтобы сеть гарантировала соблюдение именно этого приведенного выше набора характеристик качества обслуживания. Файловому сервису нужны гарантии средней полосы пропускания и расширения ее на небольших интервалах времени до некоторого максимального уровня для быстрой передачи пульсаций. В идеале сеть должна гарантировать особые параметры качества обслуживания, сформулированные для каждого отдельного приложения. Однако по понятным причинам разрабатываемые и уже существующие механизмы QoS ограничиваются решением более простой задачи — гарантированием неких усредненных требований, заданных для основных типов приложений.
Чаще всего параметры, фигурирующие в разнообразных определениях качества обслуживания, регламентируют следующие показатели работы сети:
- пропускная способность;
- задержки передачи пакетов;
- уровень потерь и искажений пакетов.
51. Качество обслуживания в компьютерных сетях.
Главным требованием, предъявляемым к сетям, является выполнение сетью ее основной функции — обеспечение пользователям потенциальной возможности доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть. Все остальные требования — производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость — связаны с качеством выполнения этой основной задачи.
Хотя все эти требования весьма важны, часто понятие «качество обслуживания» (Quality of Service, QpS) компьютерной сети трактуется более узко — в него включаются только две самые важные характеристики сети — производительность и надежность.
Независимо от выбранного показателя качества обслуживания сети существуют два подхода к его обеспечению. Первый подход, очевидно, покажется наиболее естественным с точки зрения пользователя сети. Он состоит в том, что сеть (точнее, обслуживающий ее персонал) гарантирует пользователю соблюдение некоторой числовой величины показателя качества обслуживания. Второй подход состоит в том, что сеть обслуживает пользователей в соответствии с их приоритетами. Качество обслуживания в этом случае не гарантируется, а гарантируется только уровень привилегий пользователя. Такое обслуживание называется обслуживанием best effort — с наибольшим старанием. Сеть старается по возможности более качественно обслужить пользователя, но ничего при этом не гарантирует.
К основным характеристикам производительности сети относятся: время реакции, которое определяется как время между возникновением запроса к какому-либо сетевому сервису и получением ответа на него; пропускная способность, которая отражает объем данных, переданных сетью в единицу времени, и задержка передачи, которая равна интервалу между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства и моментом его появления на выходе этого устройства.
· Для оценки надежности сетей используются различные характеристики, в том числе: коэффициент готовности, означающий долю времени, в течение которого система может быть использована; безопасность, то есть способность системы защитить данные от несанкционированного доступа; отказоустойчивость — способность системы работать в условиях отказа некоторых ее элементов.
· Расширяемость означает возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, сервисов), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной.
· Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.
· Прозрачность — свойство сети скрывать от пользователя детали своего внутреннего устройства, упрощая тем самым его работу в сети.
· Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.
· Совместимость означает, что сеть способна включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение.