Загальні принципи управління мережними ресурсами в ТКС

Загальні принципи управління мережними ресурсами в ТКС

1. Якість обслуговування як мета мережного управління

 

1.1 Загальні поняття та визначення щодо якості обслуговування

Основною метою мережного управління, в кінцевому результаті, є забезпечення заданних показників якості обслуговування (Quality of service, QoS). Підтримка якості обслуговування в сучасних, перш за все, мультисервісних ТКС є досить трудомістким завданням і вимагає узгодженого розв’язання цілого комплексу задач управління мережними ресурсами. Однією з найважливіших складових системи мережного управління є підсистема управління мережними ресурсами на рівнях транспортної мережі та мереж доступу до неї. Засоби управління мережними ресурсами на цих рівнях мають брати активну участь у процесі забезпечення заданих показників якості обслуговування та підвищення продуктивності ТКС в цілому на підставі:

–  ведення та постійного оновлення єдиної бази даних щодо стану ТКС – її топології, завантаженості вузлів, трактів передачі та ін.;

–  забезпечення високого рівня відмовостійкості мережі;

–  реорганізації доступу до використання та збалансованого завантаження доступних мережних ресурсів;

–  автоматизованого контролю параметрів трафіка користувачів у відповідності до укладеної умови щодо якості обслуговування (Service Level Agreement, SLA);

–  раціональної організації та адаптивної зміни стратегій маршрутизації трафіка;

–  реконфігурації режимів роботи мережного обладнання, в тому числі настроювання механізмів пріоритетної обробки пакетів на всіх або частині мережних вузлів.

Відповідно до рекомендацій ITU-Т Е.800 якість обслуговування (QoS) – це певна інтегральна оцінка, яка визначає ступінь задоволеності користувача наданою йому послугою зв'язку. Це визначення уточнене в рекомендації Е.860: "Якість обслуговування – ступінь відповідності обслуговування, надаваного користувачеві постачальником, угоді між ними". Це надає ще більшу важливість угодам (трафік-контрактам) SLA між користувачами й постачальниками послуг.

Фахівцями компанії Cіsco уведене таке визначення терміну "якість обслуговування" – "Здатність мережі забезпечити необхідний сервіс заданому трафіку в певних технологічних рамках (Frame Relay, ATM, Ethernet й 802.1 мережі, SONET і ІP мережі)". Відповідно до змісту RFC 2475 під сервісом варто розуміти набір характеристик передачі пакетів в одному напрямку одним або декількома мережними маршрутами.

Типове рішення завдань щодо QoS охоплює такі області:

- класифікацію аплікацій (applications) із призначенням пріоритетів (маркуванням) і диференціюванням трафіка;

- профілювання мережного трафіка;

- обмеження (за необхідністю) інтенсивності трафіка, який надходить від користувачів;

- управління чергами зі встановленням черговості обробки пакетів на мережних вузлах;

- маршрутизація мережного трафіка.

Вирішення задач щодо забезпечення QoS у рамках наведених областей, визначаючи свій набір управляючих механізмів і протоколів, має відбуватися взаємопов’язано та узгоджено. Наприклад, класифікація трафіка багато в чому визначає особливості вирішення інших завдань, таких як маршрутизація, розподіл канальних та буферних ресурсів і т.ін. Стандартизація технічних вимог щодо якості послуг у мережах зв'язку здійснюється на глобальному рівні Міжнародним союзом електрозв'язку (ІTU), на міжнародному регіональному рівні – Європейським інститутом телекомунікаційних стандартів (ETSІ), Асоціацією телекомунікаційної промисловості (TIA), Американським національним інститутом стандартів (ANSІ) та ін. Всі ці організації взаємодіють одна з одною при розробці стандартів, особливо коли мова йде про стандарти глобального характеру.

1.2 Класифікація показників якості обслуговування в ТКС

Точне визначення й параметри якості обслуговування переважно визначаються типом аплікації. Сервіс (якість обслуговування) описується рядом параметрів. Так, наприклад, для передачі голосового трафіка, найважливішими параметрами QoS є середня затримка та її варіація (джитер) на певному інтервалі часу, у той час як втрата деякої частини пакетів припустима. Параметри якості обслуговування можна розбити на три групи:

·  параметри пропускної здатності (мінімальна, середня й максимальна швидкість передачі пакетів);

·  параметри затримок передачі пакетів (середні й максимальні величини затримок і джитера);

·  параметри надійності передачі (рівень втрат і викривлення пакетів).

Вимірювання зазначених параметрів здійснюється на певному інтервалі часу. Чим менше цей часовий інтервал, тим більше жорсткі вимоги ставляться до мережі, а отже, до всіх її елементів, оскільки забезпечення QoS "від краю до краю" вимагає взаємодії всіх вузлів на шляху пакетів трафіка й визначається надійністю, функціональністю й продуктивністю "слабкої ланки".

Для опису номінальної пропускної здатності середовища передачі інформації, протоколу або з'єднання ще досить часто використовується термін смуга пропускання (bandwidth).

Затримка при передачі пакета (packet delay) або латентність (latency) є сумарною величиною, що об’єднує в собі такі різновиди затримок: затримка серіалізації, затримка поширення, час чекання в черзі, затримка комутації (час передачі й обробки пакета), затримка, зв'язана з формуванням трафіка, мережна затримка. Описання і умови виникнення кожного з перерахованих типів затримки наведено в табл.

В умовах виникнення в мережі областей перевантажень, затримки, які пов'язані з очікуванням у черзі, починають переважати над іншими видами затримок і призводять до виникнення тремтіння (packet jitter) – різниці у величині сумарної затримки при передачі різних пакетів того ж самого потоку. Джитер дуже важливий, оскільки саме він визначає максимальну затримку при прийомі пакетів у кінцевому пункті призначення.

Рівень втрат пакетів (packet loss) визначається як частка пакетів, відкинутих мережею під час передачі протягом визначеного інтервалу часу. Основними причинами втрат пакетів є перевантаження мережі й ушкодження пакетів під час передачі лінією зв'язку. Найчастіше відкидання пакетів відбувається з першої причини – у місцях перевантаження, де кількість пакетів, що надходять, набагато перевищує верхню межу розміру вихідної черги. Крім того, відкидання пакетів може викликатися недостатнім розміром вхідного буфера.

Таблиця 1 – Складові затримки під час передачі пакетів

Різновид затримки	Визначення	Місце виникнення
Затримка серіалізації (serialization delay). Величина постійна для даного каналу передачі даних	Час, необхідний для передачі всіх біт пакета у фізичне середовище. Є функцією розміру пакета і швидкості каналу (ширини смуги пропускання)	На виході будь-якого фізичного інтерфейсу. Звичайно дуже мала для каналу ТЗ і вище
Затримка поширення (propagation delay). Величина постійна для даного фізичного каналу	Час, необхідний для досягнення переданому бітові інформації приймаючого пристрою на іншому кінці каналу. Залежить від середовища поширення (точніше від швидкості світла в даному фізичному середовищі) і від відстані	У будь-якому фізичному каналі. Звичайно дуже мала в каналах мереж рівня LAN і на коротких ділянках WAN мереж
Затримка в черзі (queuing delay). Величина непостійна	Час, витрачений пакетом на перебуванні в черзі в очікуванні подальшої передачі (вихідна черга) або в очікуванні можливості перетнути комутаційне поле (вхідна черга) (в очікуванні комутації)	Можлива на будь-якому вихідному інтерфейсі. Вхідні черги мало специфічні для маршрутизаторів, однак поширені в комутаторах мереж рівня LAN
Час пересилання або обробки (forwarding or processing delay). Величина непостійна	Час, необхідний для прийняття вхідного пакета і його обробки, доти поки пакет не буде поставлений у чергу для подальшої передачі	У будь-якому комутаторному обладнанні, включаючи маршрутизатори, комутатори LAN, Frame Relay, ATM
Затримка, пов'язана з формуванням трафіку (shaping delay). Величина непостійна	За умови здійснення формування трафіку, це час, на який пакети, що підлягають передачі, затримуються щоб уникнути втрат пакетів у середовищі Frame Relay або ATM	Скрізь, де включений механізм формування трафіку (shaping), найчастіше в маршрутизаторах, що передають пакети в мережі Frame Relay або ATM
Мережна затримка (network delay). Величина непостійна	Затримка, внесена компонентами абонентської мережі	У межах мережі провайдера послуг

1.3 Угода про рівень обслуговування (SLA)

Додаткову складність при забезпеченні QoS викликає той факт, що користувачі оцінюють якість надаваних послуг суб'єктивно (наприклад, при перегляді відеоматеріалів користувача цікавить якість прийнятого зображення). Отже, вони оцінюють якість послуг "у цілому", а не у вигляді сукупності параметрів, значення яких найчастіше не розуміють. У зв'язку із цим оператори зв'язку мають потребу в універсальному способі домовлятися з користувачем про якість надаваних послуг, тобто методі, який би надав для оператора якість послуг з погляду користувача. Таким методом стала "угода про рівень обслуговування", що є важливим елементом, який регламентує роботу всіх механізмів QoS.

Відповідно до рекомендації ITU-Т Е.860, угода про рівень послуг – це формальна угода між двома й більше об'єктами права, яка була досягнута після узгодження характеристик послуги, відповідальності й пріоритету кожної зі сторін. Постачальник послуг має гарантувати, що користувач одержить, щонайменше, обговорений рівень QoS. SLA є контрактом на обслуговування між провайдером і користувачем, що гарантує певні характеристики якості наданих послуг. У договорі SLA визначаються:

·  плата за обслуговування залежно від обраного рівня сервісу;

·  параметри QoS для даного рівня (середня та (або) максимальна затримка та її варіації, пропускна здатність, максимальний час відновлення мережі після аварій і т.ін. );

·  методи вимірювання вищевказаних параметрів;

·  штрафні санкції за незабезпечення необхідного рівня QoS;

·  будь-які інші додаткові статті за взаємною згодою.

У цілому концепція укладання угоди по QoS у службі ІP є ієрархічною моделлю (рис. 2).

Рисунок 2 – Концепція укладання договору щодо якості обслуговування

Договір SLA у моделі займає найвищий рівень абстракції в специфікації послуги. Параметризація трафіка також виділяється в самостійну підмножину SLS (Servіce Level Specіfіcatіon). При статичному SLS користувач може передавати дані в будь-який час. При динамічному SLS користувач повинен використати сигнальний протокол для запиту необхідних ресурсів мережі й обробки запитів SLS. Блок PHB (Per-Hop Behavіor) – є комбінацією функцій покрокової маршрутизації, класифікації, обробки черг і методів відкидання пакетів на кожному кроці. Блок PDB (Per-Domaіn Behavіor) реалізує концепцію покрокової маршрутизації на рівні домену.

Кожен тип PDB має кількісні і якісні атрибути, які можуть використовуватися для оцінки параметрів обслуговування пакетів заданого типу PDB. Атрибути обчислюються й виміряються практичним шляхом й описують такі параметри як швидкість примусового відкидання пакетів, пропускну здатність, верхнє й нижнє значення параметра затримки за деякий проміжок часу. Атрибути бувають довгострокові й короткострокові. Довгострокові характеризують агрегований трафік за досить великий проміжок часу, короткострокові описують допустимі флуктуації параметрів щодо середніх значень.