Качество обслуживания на стыке провайдерских сетей

Количество и популярность служб, восприимчивых к качеству сервиса и использующих Internet как транспортную платформу, неуклонно возрастают (см. Рисунок 1). Первоначальные приложения, в частности, электронная почта или серфинг в Web, относительно невосприимчивы к таким параметрам качества, как задержка (Delay), вариация задержки (Jitter), потери (Loss) и пропускная способность, однако для обеспечения бесперебойного функционирования приоритетных служб (телевидение по IP — IPTV; видео на заказ — Video on Demand, VoD; удаленно выполняемые приложения и пр.) требуется определенный уровень качества транспортной платформы. Еще более чувствительны к этим показателям приложения реального времени: VoIP, интерактивные игры, системы дистанционного обучения, видеотелефония и интерактивное телевидение.

ТРЕБОВАНИЯ К ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ

Высокие требования к транспортной сети порождают необходимость применения технологий QoS, которые уже используются в провайдерских сетях. Объединяя разные сети в одну, провайдеры телекоммуникационных услуг стремятся к консолидации сетей и созданию всеобъемлющей транспортной платформы на базе протокола IP. Это касается телефонных и широкополосных сетей, мобильных и телевизионных кабельных сетей. Такая консолидация приводит к высокой нагрузке на магистраль, так как по одной транспортной сети передаются различные службы с разными требованиями к параметрам передачи.

Для того чтобы приоритетные услуги с предопределенной гарантией качества не ограничивались внутренней сетью провайдера, параметры QoS должны сохраняться при переходе в другую сеть, т.е. необходимы межпровайдерские технологии обеспечения QoS. Они могут способствовать тому, чтобы функции QoS ориентировались не на сети, а на службы, выходящие за пределы автономных систем. В точках сопряжения провайдерских сетей до сих пор применяется модель избыточного бронирования пропускной способности (Overprovisioning). Согласно этой модели, пропускная способность линии увеличивается с момента возникновения определенной нагрузки, тем самым предотвращается задержка или потеря пакетов. Все пакеты данных обслуживаются одинаково.

При помощи такого метода можно добиться хороших средних показателей задержки и потерь пакетов для трафика данных. В случае кратковременных пиков нагрузки из-за резкого увеличения трафика или чрезмерной нагрузки из-за помех на линии все не передаваемые далее пакеты задерживаются или отбрасываются, независимо от их принадлежности к той или иной службе. Такой подход не позволяет обеспечить надежный транспорт приоритетного трафика между двумя или несколькими провайдерами вследствие его восприимчивости к помехам.

Потребность в межпровайдерских технологиях QoS легко продемонстрировать на примере телефонного разговора VoIP (см. Рисунок 2), когда абоненты пользуются услугами двух разных поставщиков. При этом сигнальные и голосовые данные конвертируются из сети IP в коммутируемую телефонную сеть общего пользования (ТфОП) посредством медиашлюза (Media Gateway). Вызываемый провайдер также обладает медиа-шлюзом, возвращающим данные из ТфОП на уровень IP. Поскольку ТфОП представляет собой сеть с коммутацией каналов, то дополнительное QoS соединениям не требуется.

При существующей реализации технологий QoS в межпровайдерских соединениях приоритетные приложения можно защитить от помех при передаче в соответствии с их требованиями. В результате удалось бы отказаться от обходного пути через ТфОП для соединений VoIP и предложить клиентам других сетей такие службы, как IP TV. В этом случае в пределах каждого отдельного приоритетного класса имеет место избыточное бронирование пропускной способности, так как каждому классу предоставляется предопределенная пропускная способность. В результате при перегрузке обеспечить требуемое качество передачи невозможно.

Для стандартного класса трафика можно смириться с более продолжительными задержками и более высокой удельной долей потери пакетов. Если по соединению с QoS внезапно увеличивается объем передаваемых данных, то сначала сокращается стандартный трафик. Отдельные приоритетные классы смогут соблюсти свои стандарты качества, если предопределенная максимальная пропускная способность для данного класса не будет превышена.

INTSERV И DIFFSERV

Как успешно реализовать QoS на стыке сети провайдеров? Различные модели QoS можно разделить на две категории. Первая — интегрированные службы (Integrated Services, IntServ), когда система запрашивает для каждого соединения путь с необходимыми параметрами передачи. Если последние гарантируются вплоть до пункта назначения, то резервируется необходимая пропускная способность и устанавливается сквозное соединение (End-to-End). Теперь этот путь может использоваться соответствующей приоритетной службой, а после завершения соединения система его ликвидирует и высвобождает зарезервированную пропускную способность. Вторая — так называемые дифференцированные службы (Differentiated Services, DiffServ), когда каждый сетевой узел пересылает пакеты далее в соответствии с их приоритетом (принадлежностью к определенному классу) и независимо от других узлов. Все пакеты одного класса обслуживаются одинаково (см. Рисунок 3).

Преимущества модели IntServ заключаются в четко определенной и гарантированной пропускной способности, а значит, в более высокой степени детализации. Этот механизм легко контролировать, поскольку можно следить за каждым маршрутом и каждым соединением. Основные недостатки — повышенная сложность, ограниченная масштабируемость и значительные накладные расходы (Overhead) на построение, поддержание и разрыв маршрутов.

Используя октет для обозначения типа службы в заголовке IP, модель DiffServ не приводит к дополнительным накладным расходам. В результате объединения всех пакетов одного класса детализация несколько уменьшается, так как любое изменение конфигурации сказывается сразу на всех соединениях этого класса. Зато уровень сложности достаточно низок, а масштабируемость практически не ограничена. Даже в составных сетях каждая провайдерская сеть остается централизованно и независимо управляемой, так как резервирования путей за пределами сети не осуществляется. Некоторые провайдеры применяют механизмы DiffServ на своих магистралях вследствие их более простого устройства и высокой степени масштабируемости.

Многолетний опыт применения DiffServ в собственной сети и успешно завершенные тестирования на стыке сети Deutsche Telekom и ее провайдеров-партнеров подтверждает полезность этой технологии. При этом провайдер обеспечивает переписывание меток QoS входящего трафика на своих пограничных маршрутизаторах, а принятая в сети партнера схема QoS отображается на собственную схему QoS.

Помимо технической реализации QoS важно обратить внимание на вопросы безопасности. Так, пиринговые соглашения между провайдерами следует расширить в соответствии с количеством классов служб, с указанием их максимальной пропускной способности и остальных параметров качества. По-прежнему надо проверять приоритетный трафик данных на входных интерфейсах пограничных маршрутизаторов на предмет его вида и объема и при необходимости вводить ограничения с целью предотвращения перегрузки трафика приоритетных классов в собственной сети. Но стремление провайдеров к использованию решений QoS все-таки подвергается критике: с одной стороны, оппоненты боятся потери нейтральности сети, то есть появления препятствий для неограниченного трафика данных из любой точки сети Internet; с другой — некоторые из них считают технологии QoS излишними и предлагают отказаться от них в пользу постоянного избыточного бронирования пропускной способности.

По первому пункту можно возра-зить, что, несмотря на зарезервированную пропускную способность для приоритетного трафика, минимальная полоса пропускания для стандартного трафика остается. Далее, целенаправленное притормаживание или блокирование отдельных приложений нельзя отождествлять с предпочтительной обработкой определенных приложений. Речь идет исключительно о том, что специальные службы будут иметь некоторый приоритет. В отношении остального трафика данных не делается никаких различий между приложениями. Кроме того, существуют приложения, к примеру, функция аварийного вызова по VoIP, которые, согласно закону, должны быть всегда доступны и защищены от сбоев. Без QoS невозможна эффективная реализация этих условий, поскольку пики нагрузки или сбои на линии нельзя предусмотреть заранее.

При отсутствии QoS в сети доступа новые предложения IPTV тоже работали бы с помехами. Следует добавить, что Internet объединяет сети множества провайдеров, в которых всегда существуют сегменты, где доступ ограничен или отсутствует. Это может быть вызвано помехами или недостаточно оснащенными соединениями, а также несогласованностью между отдельными провайдерами. Таким образом, нельзя гарантировать, что каждая точка сети Internet будет всегда доступна из любой другой и обеспечена достаточной пропускной способностью.

Второй пункт, требование постоянного избыточного бронирования пропускной способности, оправдан лишь частично. На магистрали сети предоставление большей пропускной способности, чем требуется для повседневной эксплуатации, может быть вполне оправдано. Правда, следует учитывать, что такая возможность имеется только там, где увеличение пропускной способности не ведет к проблемам, как это бывает на стыке провайдерских сетей и в сетях доступа. Расширять данные сетевые сегменты оказывается и дороже, и труднее, чем увеличивать пропускную способность в ядре сети. Но и на магистрали технологии QoS могут защитить чувствительные службы от потери качества при сбоях.

ПЕРСПЕКТИВЫ

При рассмотрении перспектив развития Internet следует исходить из того, что роль QoS будет становиться все более ответственной. Набирающие популярность службы мобильного доступа в Internet особенно зависят от функционирования технологий QoS, поскольку пропускную способность таких сетей пока не удается увеличивать в том темпе, какой был бы желателен для новых приложений. Консолидацией сетей уже занялись некоторые провайдеры, и эта тенденция будет крепнуть.

Возрастает и значение стабильного широкополосного подключения к Internet для компаний и частных лиц. Все чаще используются службы, в которых время оказывается критически важным (к примеру, фемто-ячейки). QoS представляет собой технологию, распространяющуюся в сетях изнутри вовне.

На магистрали и в зоне доступа она уже частично внедрена, получает все большее распространение и обес-печивает работу с ориентацией на службы. Если QoS будет применяться на стыке провайдерских сетей, то все сегменты сети смогут обеспечить надежную передачу приоритетных служб. Методы качества обслуживания (Quality of Service, QoS) следует считать новым вызовом отрасли. Можно надеяться, что с их помощью  Internet вновь станет единой системой и транспортной платформой для различных служб, а не просто клубком соединенных между собой подсетей.

Бьерн Реннер и Альбрехт Свитлик работают в университете г. Фуртванген, Андреас Вишер — в Deutsche Telekom.

© AWi Verlag