Алгоритмы управления очередями

Глобальные сети

· 4.1.1 Основные понятия качества обслуживания

· 4.1.2 Служба QoS

· 4.1.3 Алгоритмы управления очередями

· 4.1.4 Традиционный алгоритм традиционный алгоритм FIFO

Качество обслуживания в пакетных сетях

Высокая стоимость протяженных каналов передачи данных и сложность простого повышения скорости передачи данных за счет прокладки дополнительных волоконно-оптических жил обуславливает чрезвычайно экономное отношение к пропускной способности канала в глобальных сетях. Для нормальной работы приложений в таких условиях требуется применение методов обеспечения качества обслуживания (Quality of Service, QoS). Поэтому в большинстве технологий, специально разработанных для глобальных сетей передачи данных - Frame Relay, ATM, - механизмы QoS являются встроенными.

Основные понятия качества обслуживания

Основной движущей силой развития сети являются приложения. В сети появляются новые высокоскоростные технологии. Перенос в компьютерные сети новых видов трафика, например IP-телефонии, аудио- и видеовещиния, привел к появлению новых требований, связанных с обеспечением низкого уровня задержек пакетов, поддержкой групповой доставки пакетов и т.д.

Типы QoS

Типы QoS различаются по степени "строгости", то есть по тому, насколько твердо сервис QoS может гарантировать обеспечение определенных значений характеристик QoS - пропускной способности, задержек, вариаций задержек, уровня потерь пакетов и т.п.

Выделяют три типа служб QoS.

• Сервис с максимальными усилиями, обеспечивает взаимодействие конечных узлов без каких бы то ни было гарантий. Типичные представители таких услуг - классические сети Ethernet или IP, которые не делают ни каких различий между пакетами отдельных пользователей и приложений и обслуживают эти пакеты на основании принципа FIFO(первым пришел - первым обслужен).
• Сервис с предпочтением( "мягкий" сервис QoS ) - некоторые типы трафика обслуживаются лучше, чем остальные. Подразумевается более быстрая обработка, в среднем больше пропускной способности и меньше потерь данных. Это статическое предпочтение, а не численно выраженные гарантии. Точные значения параметров QoS, которые получат приложения в результате работы службы QoS этого типа, неизвестны и зависят от характеристик предлагаемого сети трафика. Например, если высокоприоритетный трафик предлагает сети в данный момент времени низкую интенсивность своих пакетов, то низкоприоритетный трафик может в это время получать весьма качественное обслуживание - значительную пропускную способность и низкие задержки.
• Гарантированный сервис( называемый также "жестким", или "истинным", сервисом QoS ) дает статистически численные гарантии различным потоком трафика. Трафик, которому выделили ресурсы, гарантировано имеет при прохождении через сеть те параметры пропускной способности или задержек, которые определены для него в числовом виде. Службы такого типа способны, например, гарантировать приложению условленную пропускную способность, не уменьшающуюся ни при каких обстоятельствах, кокой бы перегруженной сеть не становилась

Эти три подхода к службе QoS не исключают, а дополняют друг друга. В результате их комбинирование позволяет учесть разнообразные требования приложений и различные условия работы сети.

Служба QoS

Модель службы QoS

Сеть - это распределенная среда, состоящая из большого количества устройств для поддержки различных технологий и протоколов. Поэтому достаточно сложно заставить ее соблюдать единые требования по качественному обслуживанию различных видов трафика на всем протяжении составного пути от одного конечного узла до другого. Задача же продвижения пакетов в сети с заданными параметрами качества обслуживания еще сложней.

Для решения поставленных задач в сети необходима служба QoS. Эта служба имеет распределенный характер, так как ее элементы должны присутствовать во всех сетевых устройствах, продвигающих пакеты: коммутаторах, маршрутизаторах, серверах доступа. С другой стороны, работу отдельных сетевых устройств по обеспечению поддержки QoS нужно скоординировать, чтобы качество обслуживания было однородным вдоль всего пути, по которому следую пакеты потока. Поэтому служба QoS должна включать также элементы централизованного управления, с помощью которых администратор сети может согласованно конфигурировать механизмы QoS в отдельных устройствах сети.

Базовая архитектура службы QoS

Базовая архитектура службы QoS включает элементы трех основных типов:

• средства QoS узла, выполняющие обработку поступающего в узел трафика в соответствии с требованиями качества обслуживания;
• протоколы QoS-сигнализации для координации работы сетевых элементов по поддержке качества обслуживания "из конца в конец";
• централизованные функции политики, управления и учета QoS, позволяющие администраторам сети целенаправленно воздействовать на сетевые элементы для разделения ресурсов сети между различными видами трафика с требуемым уровнем QoS.

Алгоритмы управления очередями

Основу средств QoS в сетевых элементах составляют очереди и алгоритмы обработки этих очередей. Эти механизмы используются в любом сетевом устройстве, которое работает на основе механизма коммутации пакетов, - в маршрутизаторе, в коммутаторе локальной или глобальной сети, в конечном узле ( исключение составляют только повторители ).

Очередь нужна для обработки периодов временных перегрузок, когда сетевое устройство не может передавать пакеты на выходной интерфейс в том темпе, в котором они поступают для выполнения такого продвижения. Главным по степени влияния на возникновение очередей фактором является коэффициент нагрузки устройства (itilization) - отношение средней интенсивности входного трафика устройства к средней интенсивности продвижения пакетов на выходной интерфейс.

Если коэффициент нагрузки больше единицы, значит, интенсивность входного трафика постоянно выше, чем интенсивность продвижения пакетов на выходной интерфейс, это приводит к возникновения очереди. Последствием возникновения очередей является ухудшение качества обслуживания трафика. Для поддержки гарантированного уровня QoS, служба QoS использует достаточно сложную модель, решающую задачу комплексно. Это делается с помощью следующих методов:

• за счет предварительного резервирования полосы пропускания для трафика с известными параметрами;
• принудительного профилирования входного трафика, что позволяет поддерживать коэффициент нагрузки устройства на нужном уровне;
• использование сложных алгоритмов управления очередями.

Чаще всего в маршрутизаторах и коммутаторах применяются следующие алгоритмы обработки очередей:

• традиционный алгоритм FIFO;
• приоритетное обслуживание (Priority Queing)
• взвешенное обслуживание (Weighted Queing, WQ).

Поиск по сайту: