CC BY
46КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ 1 2 Рубашенков А.М. , Семёнов Д.А.
'Рубашенков Антон Михайлович - студент;
2Семёнов Дмитрий Андреевич - студент, кафедра защиты информации, Институт комплексной безопасности и специального приборостроения Российский Технологический Университет, г. Москва
Аннотация: QoS (англ. quality of service «качество обслуживания») — технология предоставления различным классам трафика различных приоритетов в обслуживании, также этим термином в области компьютерных сетей называют вероятность того, что сеть связи соответствует заданному соглашению о трафике, или же, в ряде случаев, неформальное обозначение вероятности прохождения пакета между двумя точками сети [2].
Ключевые слова: качество обслуживания, quality of service (QoS), трафик, IP-сети, полоса пропускания, затвор, задержка, джиттер, пакет.
Качество обслуживания
Пользователи современных сетей рассчитывают на практически мгновенный доступ к данным. Но если трафик превышает пропускную способность каналов между источником данных и пользователем, каким образом сетевые администраторы могут обеспечить высокое качество связи? Можно добавить в сеть инструменты обеспечения качества обслуживания (QoS) и предоставить некоторым типам трафика, например голосу и видео, приоритет над трафиком, менее чувствительным к задержкам, таким как электронная почта и просмотр веб-страниц.
Приоритизация трафика
Современные сети предъявляют все более высокие требования к качеству обслуживания (QoS). Новые, ставшие теперь доступными приложения, например для передачи голоса и видео в режиме реального времени, предъявляют более высокие требования к качеству предоставляемых сервисов [1].
При агрегации нескольких каналов связи на одном устройстве, когда большая часть этих данных затем передается на меньшее число исходящих интерфейсов или на более медленный интерфейс, может возникнуть перегрузка сети.
Когда объем трафика превышает возможности доставки по сети, устройства помещают пакеты в очередь в памяти и удерживают их до тех пор, пока не будут доступны ресурсы передачи. Постановка пакетов в очередь приводит к задержке. Если число пакетов для постановки в очередь продолжает расти, память устройства заполняется и пакеты отбрасываются. Метод QoS, который может помочь в решении этой проблемы, заключается в распределении данных по нескольким очередям, как показано на этом рисунке 1.
Рис. 1. Использование очередей для приоритизации типов связи
Полоса пропускания, затор, задержка и джиттер
Полоса пропускания сети измеряется в количестве бит, которое можно передать за одну секунду, то есть в битах в секунду (бит/с). Например, для сетевого устройства может быть указана скорость передачи 10 Гбит/с.
Затор в сети приводит к задержке. Затор в интерфейсе возникает, когда объем трафика превышает тот объем, который может быть обработан. Точки затора в сети — та область, где необходимо использовать механизмы QoS. На рисунке 2 показаны три примера типичных точек затора.
Под задержкой понимается время, которое занимает передача пакета от источника до адресата. Задержки бывают фиксированные и переменные. Фиксированная задержка представляет собой определенное количество времени, которое требуется конкретному процессу. Переменная задержка занимает неопределенное количество времени и зависит от таких факторов, как количество текущего трафика.
Джиттер — это разница в задержке полученных пакетов. На стороне отправителя пакеты отправляются в непрерывном потоке с равномерно разнесенными пакетами. В результате перегруженности сети, некорректной организации очереди или ошибок конфигурации время задержки для каждого пакета может меняться. И задержку, и джиттер необходимо контролировать и минимизировать, чтобы поддерживать интерактивный трафик в реальном времени.
Рис. 2. Примеры точек затвора
Потеря пакетов
Без использования механизмов качества обслуживания пакеты обрабатываются в порядке их получения. В случае перегрузки сетевые устройства, такие как
маршрутизаторы и коммутаторы, могут отбрасывать пакеты. Это означает, что пакеты, чувствительные к задержкам, например голосовой связи и видео в режиме реального времени, будут отбрасываться так же часто, как и данные, которые нечувствительны к задержкам, например электронная почта и страницы, просматриваемые в Интернете.
Например, когда маршрутизатор по протоколу реального времени (RTP) принимает поток цифровой голосовой информации по протоколу IP (VoIP), он должен компенсировать возникающий джиттер. Механизмом, который выполняет эту функцию, является буфер задержки воспроизведения. Буфер задержки воспроизведения буферизирует эти пакеты, а затем воспроизводит их в виде устойчивого потока, как показано на рисунке 3. Цифровые пакеты затем обратно преобразуются в аналоговый аудиопоток [3].
Аудиопоток пакетов, полученных с джиттером
Скомпенсированным поток, отправленный на исходящим интерфейс
Рис. 3. Буфер задержки воспроизведения компенсирует джиттер
Если джиттер настолько интенсивен, что приводит к выходу принимаемых пакетов из области данного буфера, пакеты вне области отбрасываются и эти потери слышны в звуковом потоке, как показано на рисунке 4.
Аудиопоток с чрезмерным джиттсром
Рис. 4. Пакет отбрасывается из-за чрезмерного джиттера
При небольших потерях на уровне одного пакета процессор цифровых сигналов применяет интерполяцию, восстанавливая нормальное звучание без заметных на слух дефектов. Вместе тем, если джиттер превышает возможности DSP по компенсации потерянных пакетов, проблемы со звуком будут слышны.
Потеря пакетов является широко распространенной причиной возникновения проблем с качеством голосовой связи в IP-сети. В правильно спроектированной сети потеря пакетов должна быть близка к нулю.
Список литературы
1. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://citforum.ru/nets/semenov/4/44/qos_lan.shtml/ (дата обращения: 06.09.2018).
2. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/QoS/ (дата обращения 05.10.2018).
3. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.bmstu.wiki/QoS_(Quality_of_service)/ (дата обращения 18.10.2018).
