Чтение онлайн

По этим причинам IETF разработал упрощенный подход к QoS. Его можно реализовать локально в каждом маршрутизаторе без предварительной настройки и без участия остальных устройств маршрута. Подход известен как основанное на классах (в отличие от основанного на потоках) QoS. IETF стандартизировал специальную архитектуру под названием дифференцированное обслуживание (differentiated services) и описал в документах RFC 2474, RFC 2475 и во многих других.

Дифференцированное обслуживание может предоставляться набором маршрутизаторов, которые образуют административный домен (например, интернет-провайдер или телефонную компанию). Администрация определяет набор классов обслуживания и соответствующие правила маршрутизации. Пакеты от абонента, пользующегося дифференцированным обслуживанием, получают метку с информацией о классе. Эти сведения записываются в поле Differentiated services пакетов IPv4 и IPv6 (см. раздел 5.7.1). Классы определяются как поведение при переходах (per hop behaviors), так как они отвечают за то, что будет происходить с пакетом на маршрутизаторе, а не во всей сети. Таким пакетам предоставляется улучшенное обслуживание (например, премиум-обслуживание) по сравнению с остальными пакетами (обычное обслуживание). Может потребоваться, чтобы трафик внутри класса соответствовал определенной форме (например, дырявому ведру с заданной скоростью «вытекания» данных). Оператор с хорошим бизнес-чутьем может брать дополнительную плату за передачу каждого премиум-пакета либо установить абонентскую плату за передачу N таких пакетов в месяц. Обратите внимание: здесь не требуется никакой предварительной настройки, резервирования ресурсов и трудоемких согласований параметров для каждого потока, как при комплексном обслуживании. Это делает дифференцированное обслуживание относительно простым в реализации.

Система классов обслуживания встречается и в других сферах. Например, службы доставки посылок могут предлагать несколько уровней обслуживания на выбор: доставка на следующий день, через день или через два дня. Авиакомпании предлагают первый класс, бизнес-класс и эконом. То же самое касается поездов дальнего следования. В парижском метро одно время даже использовались два класса обслуживания при одинаковом качестве сидячих мест. Что касается нашей темы, то классы пакетов могут отличаться друг от друга задержкой, джиттером, вероятностью отклонения в случае коллизии, а также другими параметрами (которых, впрочем, не больше, чем у фреймов Ethernet).

Чтобы разница между QoS на основе классов и QoS на основе потоков стала яснее, рассмотрим пример: интернет-телефонию. В потоковой схеме каждому телефонному соединению предоставляются собственные ресурсы и гарантии, в классовой — все соединения совместно получают ресурсы, зарезервированные для данного класса. С одной стороны, эти ресурсы не может отнять никто извне (потоки систем веб-просмотра и прочие соединения других классов), с другой стороны, ни одно телефонное соединение не может получить частные ресурсы, зарезервированные только для него.

Беспрепятственная пересылка

Выбор класса обслуживания зависит от оператора, но поскольку пакеты зачастую необходимо пересылать между сетями разных операторов, IETF установил классы, не зависящие от сети. Простейший из них — класс беспрепятственной пересылки (expedited forwarding), описанный в стандарте RFC 3246. С него и начнем.

Идея, на которой основана беспрепятственная пересылка, очень проста. Существует два класса обслуживания: обычный и ускоренный. Ожидается, что подавляющая часть трафика будет использовать обычный класс. Но есть ограниченная доля пакетов, которые необходимо передавать в ускоренном режиме. Их нужно пересылать так, будто кроме них в сети больше нет никаких пакетов. Тогда они получат обслуживание с низкими потерями, низкой задержкой и низким джиттером — как раз то, что нужно для IP-телефонии. Графическое представление такой двухканальной системы показано на илл. 5.34. Имейте в виду, что физическая линия здесь только одна. Два логических пути на рисунке обозначают резервирование пропускной способности для разных классов (а вовсе не два физических провода).

Данную стратегию можно реализовать следующим образом. Пакеты разделяются на обычные и ускоренные, после чего они получают соответствующие отметки. Это может выполнять хост-источник или входной (первый) маршрутизатор. Преимущество первого варианта в том, что источник располагает большей информацией о распределении пакетов по потокам. Классификация пакетов может производиться сетевым ПО или операционной системой, что позволяет избежать изменений в существующих приложениях. Например, сейчас VoIP-пакеты все чаще помечаются хостами как ускоренные. Если они передаются по корпоративной сети или через провайдера, поддерживающего беспрепятственную пересылку, им будет предоставлено приоритетное обслуживание. Иначе отметка не будет иметь никаких негативных последствий. Таким образом, имеет смысл поставить ее на всякий случай.

Илл. 5.34. Ускоренные пакеты движутся по свободной от трафика сети

Разумеется, если пакет получает метку на хосте, входной маршрутизатор, скорее всего, проверит, не выходит ли объем срочного трафика за установленные пределы. В сети маршрутизаторы могут использовать две очереди для каждой исходящей линии — для обычных и для ускоренных пакетов. Прибывший пакет ставится в очередь, соответствующую его классу обслуживания. Беспрепятственная очередь получает более высокий приоритет (к примеру, с помощью планировщика приоритетов). Таким образом, для ускоренного трафика сеть кажется свободной, хотя на самом деле она может быть сильно загружена обычным трафиком.

Гарантированная пересылка

Более совершенная схема управления классами обслуживания — гарантированная пересылка (assured forwarding), описанная в документе RFC 2597. Она подразумевает наличие четырех классов приоритетов, каждый из которых обладает своими ресурсами. Первые три класса можно назвать золотым, серебряным и бронзовым. Кроме того, определены три класса игнорирования пакетов при перегрузке (низкий, средний и высокий). В итоге получается 12 сочетаний, то есть 12 классов обслуживания.

На илл. 5.35 показан один из способов обработки пакетов при гарантированной пересылке. На первом этапе пакеты разбиваются на четыре класса приоритетов. Эта процедура также может выполняться как на хосте-источнике (как показано на рисунке), так и на первом маршрутизаторе. Скорость высокоприоритетных пакетов может быть ограничена оператором в рамках соглашения о предоставлении услуг.

Следующий шаг — определение классов игнорирования пакетов. Для этого пакеты каждого класса приоритетов проходят проверку с помощью маркерного ведра или похожей схемы. Небольшим пакетам присваивается низкий класс игнорирования, средним — средний класс, а большим — высокий. Информация о классах приоритетов и игнорирования кодируется в каждом пакете.

Илл. 5.35. Возможная реализация гарантированной пересылки

Наконец, пакеты проходят обработку на маршрутизаторах сети, где планировщик определяет их классы. Чаще всего для четырех классов приоритетов используется WFQ: чем выше класс, тем выше вес. В результате высокоприоритетные пакеты получают большую часть пропускной способности, при этом передача низкоприоритетных пакетов не останавливается. К примеру, вес каждого класса приоритетов может быть вдвое больше, чем вес более низкого класса. В пределах одного класса приоритетов пакеты с высоким классом игнорирования можно удалять в первую очередь, например, с помощью алгоритма RED. Он начнет исключать пакеты еще до того, как в буфере маршрутизатора закончится место. Пакеты с низким классом игнорирования все еще будут приниматься, а с высоким — отвергаться.

5.5. Межсетевое взаимодействие

До сих пор мы подразумевали, что существует единая однородная сеть, в которой каждое устройство использует одни и те же протоколы на каждом уровне. К сожалению, это предположение слишком оптимистично. Существует множество различных сетей, включая PAN, LAN, MAN и WAN. Мы уже говорили о сети Ethernet, кабельном интернете, стационарных и мобильных телефонных сетях, сетях стандарта 802.11 и т.д. На каждом уровне этих сетей широко применяются многочисленные протоколы.

5.5.1. Интерсети: общие сведения

В следующих разделах особое внимание будет уделено вопросам, возникающим при объединении двух или более сетей, формирующих объединенную сеть (internetwork), или, проще, интерсеть (internet).

Если бы все использовали одну сетевую технологию, объединять сети было бы намного проще. В большинстве случаев существует доминирующая сеть (например, Ethernet). Некоторые ученые считают разнообразие сетевых технологий временным явлением, которое исчезнет, как только все наконец поймут, как замечательна [вставьте свою любимую сеть]. Однако на это рассчитывать не стоит: история показывает, что такие рассуждения — всего лишь принятие желаемого за действительное. Различные сети решают разные задачи, поэтому, к примеру, Ethernet и спутниковые сети всегда будут отличаться. Создание сетей передачи данных на основе уже существующих систем (кабельной, телефонной или ЛЭП) порождает дополнительные ограничения, которые приводят к расхождению их характеристик. Поэтому нам всегда придется иметь дело с неоднородностью сетей.