Содержание
- Список основных обозначений
Глава 1. Современное состояние проблемы обеспечения качества обслуживания в Интернет
1.1 в локальных сетях ШЕЕ 802.
1.2 0о8вАТМ
1.3 Технологии (¿оБ в промежуточных сетевых устройствах
1.4 Описание модели 01Г: СЗегу
1.5 Модель гарантированного обслуживания ЫБегу
1.6 Совместное использование механизмов МБегу поверх
1.7 Алгоритмы активного управления очередями
1.8 Работа алгоритма VRED и его параметры
1.9 Цель работы и задачи диссертационной работы
1.10 Практическое значение работы
1.11 Положения, выносимые на защиту
Глава 2. Выявление проблемных участков сети 30 2.2 Алгоритм удаленной диагностики локальной сети с помощью анализа потерь пакетов 30 2.2 Исследование зависимости вероятности потери пакета от его длины, как средство диагностики транспортного канала
Глава 3. Обеспечение (ДО с помощью алгоритмов активного управления очередями в среде N8
3.1. Моделирование сетевого канала в среде N8
3.2. Анализ осцилляций длин очередей
Глава 4. Эксперименты в тестовом канале по поиску оптимальных параметров VRED для обеспечения (ДО
4.1. Результаты измерения параметров (¿оБ для тестового канала
4.2. Исследование влияния параметров алгоритма VRED на качество обслуживания при передаче данных по перегруженным каналам
4.3. Исследование влияния параметра рс на поведение алгоритма М1ЕЭ.
4.4. Исследование влияния коэффициента перегрузки АУц на поведение алгоритма VRED.
4.5. Исследование влияния порогов Т] и Тг на параметры качества обслуживания
4.6. Исследование влияния параметра усреднения уч на поведение алгоритма VRED
4.7. Метод оптимизации конфигурационных параметров VRED, основанный на однократной калибровке тестового канала
4.8. Рекомендации по использованию VRED
4.9. Прикладные программные средства
4.10. Исследование возможностей получения гарантированного качества обслуживания при передаче мультимедиа через перегруженные каналы
4.11. Исследование влияния коэффициента перегрузки канала на качество передаваемого видео потока. 103 Основные
выводы и результаты работы 107
Список литературы «109 Публикаций по теме диссертации 112
Приложение 1 113
Приложение
Список основных обозначений
ATM Asynchronous Transfer Mode — асинхронный режим передачи
AF assured forwarding- гарантированная передача
AQM Active queue management — активное управление очередями
CIR Commited information rate- гарантированная скорость информационного потока
CBWFQ Class Based Weighted Fair Queueing — взвешенный алгоритм равномерного обслуживания очередей на основе классов
DiffServ Дифференцированные услуги
DSCP Поле метки (DiffServ Code Point)
Drtt Дисперсия RTT
EF expedited forwarding-немедленная передача
FEC Forwarding Equivalence Class — класс переадресации Группа IP-пакетов, которые переадресуются каким-то образом (например, по тому же маршруту, с той же маршрутной обработкой)
IntServ Integrated Services — архитектура интегрированных услуг
IETF Internet Engineering Task Force (IETF) Working Group www.ietf.org
ISP Internet Service Provider (поставщик услуг Интернет — сервис провайдер) layer 2 Слой L2. Протокольный уровень, ниже уровня 3 (который, следовательно, предлагает услуги уровню 3). layer 3 Слой L3. Протокольный уровень, на котором IP и ассоциированные с ним протоколы маршрутизации взаимодействуют с канальным уровнем network layer
NHLFE
QoS RED RSVP RTT
SLA SVC SVP TCP сетевой уровень. Синоним уровня
Next Hop Label Forwarding Entry — запись, содержащая адрес следующего шага при коммутации меток per-hop behavior РНВ политика — это наблюдаемая извне политика поведения сетевого узла в отношении пакетов с определённым значением поля кода DSCP. РНВ задается сервис-провайдером и определяется на основе кода в поле DSCP
Quality of Service — качество обслуживания
Random early detection — алгоритм произвольного раннего обнаружения «Resource ReSerVation Protocol», RFC
Round Trip Time — сумма времен доставки сегмента от отправителя до получателя и отклика от получателя до отправителя.
Service Level Agreements) соглашение
Switched Virtual Circuit — переключаемая виртуальная схема
Switched Virtual Path — переключаемый виртуальный путь
Transmission control protocol- протокол управления передачей
Tail Drops Механизм управления очередью «отбрасывание хвоста «, характеризуется тем, что сигнал о перегрузке поступает лишь в момент фактического переполнения очереди. virtual circuit Схема, используемая технологией обмена с установлением соединения на уровне 2, такой как ATM, требующая поддержки статусной информации в переключателях уровня 2. (виртуальная схема)
VPI/VCI Метка, используемая в сетях ATM для идентификации схем вируальных каналов.
VCI Virtual Path Identifier — идентификатор виртуального пути
VP Virtual Path — виртуальный путь
VPI Virtual Path Identifier — идентификатор виртуального пути
WFQ Weighted Fair Queuing — схема обработки очередей «справедливая взвешенная очередь»
WRED Weighted random early detection — взвешенный алгоритм произвольного раннего обнаружения
WRR weighted round robin-взвешенный алгоритм кругового обслуживания
Tail Drops Механизм управления очередью «отбрасывание хвоста характеризуется тем, что сигнал о перегрузке поступает лишь в момент фактического переполнения очереди. virtual circuit Схема, используемая технологией обмена с установлением соединения на уровне 2, такой как ATM, требующая поддержки статусной информации в переключателях уровпя 2. (виртуальная схема) VPWCI VCI VP VPI WFQ WRED WRR Метка, используемая в сетях ATM для идентификации схем вируальных каналов. Virtual Path Identifier идентификатор виртуального пути Virtual Path виртуальный путь Virtual Path Identifier идентификатор виртуального пути Weighted Fair Queuing схема обработки очередей «справедливая взвешенная очередь» Weighted random early detection взвешенный алгоритм произвольного раннего обнаружения weighted round robin-взвешенный алгоритм кругового обслуживания Введение Диссертация посвящена исследованию методов обеспечения качества обслуживания сетевых приложений в общедоступных сетях Интернет. Эффективность использования полосы пропускания канала всегда была актуальной задачей, но её важность возросла в последние годы в связи с появлением всё более жестких требований к качеству обслуживания (QoS). Для обеспечения необходимых требований к различным потокам данных используются два метода QoS: управление перегрузкой (congestion management) и предотвращение перегрузок (congestion avoidance). Первый метод основан на присвоении квот и приоритетов потокам. В случае перегрузки, потоки получают качество, ограниченное их квотой и приоритетом (например, WFQ). Второй метод ограничивает размер очереди, сигнализируя источникам данных о необходимости уменьщить скорость передачи информации (например, RED). Наиболее известные модификации алгоритма RED: WRED, GRED (Gentle RED), DRED (Dynamic RED), SRED (Stabilized RED), ARED (Adaptive RED), RED-PD. Отдельно следует упомянуть учёных, которые первыми начали решать проблемы качества обслуживания и предотвращения и борьбы с перегрузками: Салли Флойд (Sally Floyd), Ван Якобсон (V. Jacobson), Кевин Фолл (Kevin Fall), Ратул Махаджан (Ratul Mahajan), Мартин Мэй (Martin May), Жан Болот (Jean Bolot), Вищал Мисра (Vishal Misra), Вейбо Гонг (WeiBo Gong), Дон Тоуслей (Don Towsley), Томас Зейглер (Thomas Ziegler), Давид Везерол (David Wetherall), Добрушин Р. Л., Кузнецов Н. А., Вищневский В. М., Ляхов А. И., Богуславский Л. Б., Дрожжннов В. И., Башарин Г. П., Бочаров П. П. В работе изучается процесс использования алгоритма WRED, так как этот механизм реализован практически во всех современных маршрутизаторах, а остальные его модификации лишь бурно обсуждаются и не имеют практической реализации в сетевых устройствах. Несмотря на внушительный объём публикаций по теме предотвращения перегрузок, остается проблема выбора настроек параметров для алгоритма WRED. Многие исследователи WRED согласны с тем, что влияние алгоритма на качество передачи потоков сильно зависит от правильного задания его параметров, но до сих пор нет вразумительной инструкции, как на практике выбирать значения этих параметров. В данной работе не вьщвигается никаких предположений относительно типа распределения входного трафика, с помощью моделирования в NS-2 и эксперимента выводятся оптимальные параметры работы WRED. К числу параметров качества обслуживания следует отнести доступную полосу пропускания, вероятность потери пакета, разброс времени доставки и само время доставки пакета от отправителя до получателя. Все эти параметры зависят от алгоритмов формирования и обслуживания очередей пакетов в сетевых устройствах (переключателях и маршрутизаторах). В современных сетевых устройствах применяются алгоритмы REDAVRED, PQ (priority queueing), WFQ (weighted fair queueing), LLQ (low latency queueing), CBWFQ (class based weighted fair queueing) и т. д. В данной работе выполнено практическое исследование модели DiffServ [55] (Differentiated Services механизм, который в зависимости от требований к качеству обслуживания записывает в IP заголовки пакетов специальные метки DSCP DiffServ Code Point, значения которых учитываются сетевым оборудованием при передаче пакетов через сеть) в том виде, как она реализована в сетевом оборудовании на сегодняшний день. В результате исследований современных средств обеспечения качества обслуживания (QoS, DiffServ, MPLS-TE Multiprotocol Label Switching Traffic Engineering, RSVP-TE) были сформулированы практические рекомендации для сервис-провайдеров, желающих предоставить определенные параметры качества обслуживания своим клиентам (полосу пропускания, гарантированную задержку и ее дисперсию, минимальную вероятность потери пакетов). В рамках измерений и моделирования виртуального канала (с привлечением программного пакета NS-2) показано, что при некоторых конфигурационных параметрах возможны осцилляции длины очереди (особенно для потоков среднего и низкого приоритета). Этот эффект связан с механизмом вычисления усредненного значения длины очереди в алгоритмах WRED и RIO (RED with Input Output). Такие осцилляции могут привести к росту дисперсии RTT (Round Trip Time сумма времен доставки сегмента от отправителя до получателя и отклика от получателя до отправителя), что крайне нежелательно для работы с мультимедийными данными и при решении задач управления в реальном масштабе времени. Осцилляции усредненной длины очереди понижают также эффективность иснользования канала. Выработаны рекомендации и получены аналитические оценки значений конфигурационных параметров, минимизирующих влияние этого явления. Определена зависимость амплитуды этих осцилляции и постоянной затухания от Ti, Т2, рс, W и q отношения X|i (квота полосы), где Ti и Тг нижний и верхний порог отбрасьшания WRED, Рсмаксимальная вероятность отбрасывания, W коэффициент усреднения, Х/ц q коэффициент перегрузки канала, где X интенсивность входящего потока, а р, -полоса пропускания потока в выходпом канале. Коэффициент перегрузки канала задаётся с помощью механизма WFQ. В рамках данного исследования механизм WFQ позволяет задавать квоту полосы канала, доступную для приоритетного потока. Для очередей с высоким приоритетом усредненная длина очереди не должна превышать уровня Тг, иначе возникают осцилляции длины очереди и, как следствие, принудительное отбрасывание пакетов. Анализ осцилляции очередей показал, что следует внимательно относиться к выбору параметров протокола WTIED и WFQ (квоты полосы канала). В противном случае ресурсы канала будут использоваться неэффективно. Неоптимальный выбор Т], Тг, W и рс может существенно увеличить дисперсию RTT и q вероятность потери пакетов. Разработан комплекс программ для измерения параметров качества обслуживания (полосы пропускания, RTT, дисперсии RTT и вероятности потери пакетов, а также корреляций этих характеристик), расчета характеристик осцилляции усредненной длины очереди и графического отображения эволюции параметров QoS. Современное состояние нроблемы обеснечення качества обслуживания в Интернет Впервые проблема обеспечения качества обслуживания возникла 25 лет назад. Основатели Internet предвидели потребность в QoS в будущем и предусмотрели байт типа обслуживания ToS (Туре of Service) в заголовке IP пакета. Вплоть до конца 80-х Internet был на начальном уровне развития. Трафик был маленький, нолоса каналов крайне узкой, не существовало сетевых приложений требовавших QoS. В то время, нодцержкой байта ToS можно было пренебречь. IP приложения не устанавливали значение поля ToS, а маршрутизаторы игнорировали поле ToS при принятии решения о продвижении IP-пакета. В основе работы Internet лежит сквозное обслуживание пакетов данных без установки соединения. Данный подход предполагает негарантированную доставку данных. Для этого в Интернет используется протокол IP. Перегрузки в Интернет чаще всего возникают в местах стьжа каналов с различающимися пропускными способностями. Впервые проблема снижения работоспособности перегруженных TCP/IP сетей была рассмотрена Джоном Наглем. Первоначально функции качества обслуживания были возложены на узлы Internet. Одной из наиболее серьезных проблем была дороговизна каналов передачи данных в сетях (WAN) и их чрезмерная перегрузка пакетами протокола TCP. В режиме удаленного терминала (telnet/ssh) при нажатии любой клавиши формируется и посылается 41-октетный сегмент (здесь не учитываются издержки Ethernet), который содержит всего один байт полезной информации. Решение этих проблем для локальной сети обсуждается в нараграфе «QoS в локальных сетях IEEE 802.3». В среде Интернет в буферах маршрутизаторов могут возникнуть заторы. Эффективность работы может быть улучшена с помощью алгоритма Нагля (kagle, 1984; RFC-896). Пагль предложил при однобайтовом обмене носылать первый байт (октет), а последующие буферизовьшать до прихода подтверждения получения посланного. После этого посьшаются все буферизованные октеты, а запись в буфер вводимых кодов возобновляется. Если онератор вводит символы быстро, а сеть работает медленно, этот алгоритм нозволяет заметно понизить загрузку канала. Сегодня алгоритм Нагля реализован во всем программном обеспечении ньше установленном в узлах Internet. Алгоритм Нагля был первым шагом на пути обеспечения качества обслуживания в IP сетях. В 1986 году Ван Якобсон разработал функции Internet QoS. Эти функции легли в основу механизма предотвращения перегрузок в TCP (эти процедуры называются: TCP Slow Start медленный старт. Congestion Avoidance предотвращение перегрузок. Fast Retransmit быстрая повторная передача. Fast Recovery быстрое восстановлениеRFC 2001). Механизм предотвращения перегрузок реализован во всех современных версиях TCP (RFC 2001). Конечной целью регулирования трафика и предотвращения нерегрузок является установление соответствия между темпом передачи и возможностями приема. Причиной нерегрузки может быть не только ограниченность размера буфера, но и недостаточная пропускная способность какого-то участка канала. С учетом этого обстоятельства каждый отправитель формирует два окна: окно получателя и окно перегрузки (ширина этого окна равна cwnd). Каждое из этих окон задает число байтов, которое может послать отправитель. Реальное число байтов, которое разрещено послать, равно минимальному из этих окон. При инициализации соединения окно перегрузки имеет щирину, равную максимальному сегменту, который может бьяь использован в данном канале. Отправитель посылает такой сегмент. Если будет прислано нодтверждение до истечения времени таимаута, размер окна перегрузки удваивается и посылаются два сегмента максимальной длины. При получении подтверждения доставки каждого из сегментов окно перегрузки увеличивается на один сегмент максимальной длины. Когда ширина окна перегрузки становится равной В сегментов и все В посланных сегментов получают подтверждение, окно перегрузки возрастает на число байт, содержащихся в этих сегментах. Таким образом, щирина окна перегрузки последовательно удваивается, пока доставка всех сегментов подтверждается. Рост ширины окна перегрузки при этом имеет экспоненциальный характер. Это продолжается до тех пор, пока не наступит таймаут или окно перегрузки не сравняется с окном получателя. Именно эта процедура и пазьгеается медленным стартом. Помимо окон перегрузки и получателя в TCP используется третий параметр порог (иногда он назьшается порогом медленного старта ssthresh). При установлении соединения ssthresh=64 Кбайт. В случае возникновения таймаута значение ssthresh делается равным cwnd/2, а само значение CWND приравнивается MSS (Maximum Segment Size), Далее запускается процедура медленного старта, чтобы выяснить возможности канала. При этом экспоненциальный рост cwnd осуществляется вплоть до значения ssthresh. Когда этот уровень cwnd достигнут, дальнейший рост происходит линейно с приращением па каждом шагу равным MSS. Следует отметить, что механизм медленного старта [45] и механизм предотвращения перегрузки играют огромную роль в предупреждении критического снижения работоспособности сети Интернет. Сегоднящний Интернет ориентирован на модель обслуживания best-effort. В этой модели сетевые узлы делят доступную полосу между всеми текущими сессиями и пытаются обслужить эти сессии как получится. При этом узлы не несут перед потоками никаких обязательств относительно предоставленной полосы пропускания, задержки при передаче пакета и процента потерянных пакетов. В промежуточных марщрутизаторах, как правило, не отслеживаются состояния проходящих через пих соединений и когда происходит переполнение буфера, замедляется работа всех соединений. После превращения Интернет из научно-исследовательской сети в коммерческий проект выросло число приложений реального времени, требующих от сети гарантий обслуживания своих данных. Появляются пользователи, которые готовы заплатить за качество обслуживания своих потоков, но на сегоднящний день модель услуг (best-effort), реализованная в Интернет, не может дать гарантии QoS для потока данных пользователя через глобальную сеть Интернет, такие гарантии можно обеспечить лищь в пределах сети сервис-провайдера и в локальной сети (LAN) пользователя, В среде Интернет пересекается много потоков и перегрузка в транзитных узлах более вероятна, чем в LAN, Если же канал в LAN свободен, весьма вероятно, что качество будет гарантировано, во всяком случае, на этом участке маршрута. Гарантии QoS предполагают, что сеть должна обеспечить соединению набор нужных характеристик производительности. Основными характеристиками производительности сетевого соединения являются полоса пропускания, задержка при передаче пакетов (RTT), дисперсия RTT, уровень потерь пакетов. Именно эти величины мы измеряем в наших экспериментах. Полоса пропускания Термин полоса пропускания (bandwidth) применяется для описания пропускной способности среды передачи данных и задаёт «ширину канала», необходимую приложению для взаимодействия по сети. Каждое соединение, нуждающееся в гарантированном качестве обслуживания, требует резервирования минимальной полосы пропускания в сетевом канале. Приложения, ориентированные на передачу речи, создают поток информации интенсивностью 16 Кбит/с, Эффективное использование таких приложений становится невозможным при уменьшении эффективной полосы пропускания канала ниже 16 Кбит/с, Задержка (RTT) и дисперсия RTT при передаче пакетов Задержка при передаче пакета (packet delay, latency), складывается из задержки преобразования в последовательную форму (эта задержка связана со скоростью отправки данных из интерфейса сетевого устройства в кабель), задержки распространения, задержки коммутации и задержки буферизации в очередях промежуточных устройств. Определим каждый из типов задержки: Задержка преобразования в последовательную форму (serialization delay). Время, затрачиваемое устройством с фиксированной полосой пропускания на передачу одного пакета. Задержка преобразования в последовательную форму зависит как от полосы пропускания выходного канала, быстродействия сетевого устройства, так и от размера передаваемого пакета. Если размер пакета 64 байта, а выходной интерфейс имеет полосу пропускания 3 Мбит/с, то задержка преобразования в последовательную форму составит 171 мксек. Данный вид задержки иногда называют задержкой передачи (transmission delay). Полоса пропускания часто не совпадает со скоростью передачи. Канал может быть Fast Ethernet, но из-за перегрузки реальная полоса может составлять 3 Мбит/с, тогда transmission delay будет равна 25,6 мксек. Задержка распространепия (propagation delay). Время, необходимое переданному в сеть биту данных, чтобы достичь принимающего устройства на противоположенном конце сети при условии отсутствия буферизации в промежуточных устройствах. Величина задержки распространения зависит от расстояния и используемой среды передачи данных, но не от полосы пропускания канала. Для глобальных сетей задержка распространения имеет величину порядка нескольких миллисекундах. Для канала Россия США задержка распространения будет порядка 30 мс. Если же используется спутниковый канал, то эта задержка может достигать более 200мсек. Задержка коммутацни (switching delay). Задержка коммутации это время, которое потребуется сетевому устройству, получившему пакет, для начала передачи этого пакета следующему сетевому устройству. Задержка буферизацпп в промежуточных устройствах. Часто при передаче пакетов потока каждый пакет передается с различным значением задержки. Задержка при передаче пакетов меняется в зависимости от состояния промежуточных каналов. При возникновении перегрузки сетевых каналов пакеты либо помещаются в очереди (буферы) в промежуточных сетевых устройствах, либо отбрасываются. В отсутствии перегрузки общее время задержки при передаче пакета является суммой задержек преобразования в последовательную форму, распространения и коммутации в каждом промежуточном узле. В этом случае задержка передачи пакетов через заданную сеть минимальна. Когда сеть перегружена, дополнительно возникают задержки буферизации пакетов в промежуточных маршрутизаторах и переключателях. В результате пакеты одного и того же потока доставляются с разной задержкой. Вариация задержки при передаче пакетов характеризуется дисперсией RTT (встречается термин «временной разброс» задержки между пакетамиpacket jitter). От амплитуды дисперсии RTT зависит максимальная задержка при приеме пакетов в конечном пункте назначения. Принимающая сторона, в зависимости от типа используемого приложения, может компенсировать дисперсию RTT за счет приемного буфера, в котором хранятся принятые пакеты, поступивщие за время меньшее, либо равное максимальному выбросу амплитуды дисперсии RTT. Так работают приложения, ориентированные на передачу или прием непрерывных потоков данных, таких как IPтелефония или приложения для проведения видеоконференций. Потеря пакетов Вероятность потери пакетов (packet loss) определяет количество пакетов, отбрасываемых сетью во время передачи. Осповными причинами потери пакетов являются перегрузки в сети и повреждения пакетов в процессе передачи. Чаще всего отбрасывание пакетов происходит в местах перегрузки сети, где число поступающих пакетов превышает размер выходного буфера интерфейса на маршрутизаторе [63]. Процент потери пакетов выражается как доля отброшенных пакетов за определенный интервал времени. Некоторые приложения не способны нормально работать или же работают неэффективно в случае возникновения нотерь пакетов. Такого рода приложения требуют от сети гарантий надежной доставки всех своих пакетов. Как правило, хорошо спроектированные сети имеют низкий уровень процента потерь пакетов. Например, в волоконно-оптических линиях связи частота появления ошибочных битов (Bit Error Rate BER) порядка 10, т. е. потери маловероятны. Во время перегрузок в случае негарантированной доставки трафика неизбежно происходит отбрасывание пакетов в узлах сети. Следует заметить, что отброшенные пакеты говорят о неэффективном использовании ресурсов сети. Конечный пользователь, как правило, выходит во внешнюю сеть через локальную сеть. Если провайдер сконфигурировал своё оборудование с учётом требований QoS, то эти требования могут быть легко нарушены на этапе прохождепия трафика пользователя через его же локальную сеть. Ноэтому возникает необходимость обеспечения QoS в LAN для пользователя. Стандарт IEEE 802.1р также обладает механизмом дифференцированного обслуживания (см. [46] и [47]). QoS в локальных сетях IEEE 802.3 Наиболее популярной технологией локальных сетей (LAN) является Ethernet. Технология Ethernet стандартизирована в спецификации ШЕЕ 802.3. Высокоскоростные версии сетей Ethernet: Fast Ethernet (802.3u) и Gigabit Ethernet (802.3x). Технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet тоже используют доступ CSMA/CD (множественный доступ с обнаружением столкновений). Ethernet сегмент это сеть с.
Выводы.
Понятие качества обслуживания возникает, когда для работы приложения требуется гарантированное выделение ресурсов сетевого канала (полосы, задержки см. выше). Поток данных от приложения выделяется на основе набора признаков из общего потока данных. К выделенному потоку должны применяться правила, которые обеспечат ему необходимые условия прохождение через канал сервис провайдера и локальную сеть. В представленной работе:
Разработан метод измерения процента потерь пакетов в удалённых сетевых сегментах для отслеживания качества предоставленных услуг. Метод позволяет отслеживать с одной рабочей станции качество работы удалённых сегментов сети. Данный метод также полезен для отслеживания изменений процента потерь от времени для удалённых сегментов сети. Наблюдение изменений даёт представление о суточной загрузке устройств на пути следования пользовательского трафика. Создана и опробована программа, реализующая данный метод. Результат работы программы показал, что метод является хорошим средством диагностики сети и может использоваться сетевыми инженерами для оценки качества работы сетей.
Разработан метод выявления причин потерь пакетов в проводных и коаксиальных сетевых каналах. Алгоритм основан на утверждении, что если потери сопряжены с искажениями пакетов при транспортировке, то зависимость интегральной вероятности потерь Срал пакетов вдоль пути будет зависеть от длины пакета. Метод пригоден для коаксиальных и проводных линий связи, которые подвержены внешним наводкам. Создана программа, реализующая данный метод. При помощи программы было исследовано несколько сетевых маршрутов, полученные результаты подтвердили эффективность и пользу метода. Программа, реализующая данный метод, может с пользой применяться для мониторинга наводок, т. е. для исследования наводок за интервал времени.
Построена модель тестового канала с привлечением программы N8−2, которая позволяет оценить параметры (ДО, не внося дополнительного трафика в рабочий виртуальный канал. Данная модель, откалиброванная по тестовому каналу, даёт хорошую точность при предсказании поведения тестового канала. Использование модели для определения настроечных параметров WRED, которые обеспечивают потоку данных требуемое значение задержки, дисперсии задержки, и процент потерянных пакетов, позволяет отказаться от проведения измерений в реально работающем сетевом канале. На модели можно выполнять подбор параметров WRED, оптимальных для каждой конкретной конфигурации сетевого канала.
В рамках измерений и моделирования виртуального канала (с привлечением пакета NS-2) показано, что при некоторых конфигурационных параметрах возможны осцилляции длины очереди (особенно для потоков среднего и низкого приоритета). Этот эффект связан с механизмом вычисления усредненного значения длины очереди в алгоритмах WRED и RIO. Такие осцилляции могут привести к росту дисперсии RTT, что крайне нежелательно для работы с мультимедийными данными и при решении задач управления в реальном масштабе времени. Осцилляции усредненной длины очереди понижают также эффективность использования канала из-за неполного использования буфера маршрутизатора. Выработаны рекомендации и получены аналитические оценки значений конфигурационных параметров, минимизирующих влияние этого явления. Определена зависимость амплитуды этих осцилляций и постоянной затухания от Tj, Т2, рс, qw и отношения А/ц. Для очередей высокого приоритета усредненная длина очереди обычно не достигает уровня Т2 и проблем влияния осцилляций удается избежать (потому, что не происходит вынужденного отброса пакетов).
Разработан комплекс программ для измерения параметров качества обслуживания (полосы пропускания, RTT, Drtt? вероятности потери пакетов), расчета характеристик осцилляций усредненной длины очереди и графического отображения эволюции параметров QoS. Разработанное программное обеспечение позволяет достичь приемлемой точности измерения базовых параметров качества обслуживания (парциальной полосы пропускания для потока, RTT и Drtt, также вероятности потери пакета).
Предложения для дальнейших исследований.
Сегодняшний Интернет ориентирован в основном на модель обслуживания best-effort. В этой модели сетевые узлы делят доступную полосу между всеми текущими сессиями и пытаются обслужить эти сессии, как получится. При этом узлы не несут перед потоками никаких обязательств относительно предоставленной полосы пропускания, задержки при передаче пакета, процента потерянных пакетов. В промежуточных маршрутизаторах, как правило, не отслеживаются состояния проходящих через них соединений и когда происходит переполнение буфера, замедляются все обмены. Для оконечных пользователей в моменты перегрузки доступна часть полосы от «узкого места в сети». В зависимости от числа соединений проходящих через «узкое место» в момент перегрузки, доля полосы, выделяемая оконечному пользователю, будет каждый раз разная, и невозможно заранее предугадать размер выделяемой пользователю полосы.
Получение гарантированного качества обслуживания (DiffServ — QoS) может обеспечить только сервис-провайдер и только клиентам, непосредственно подключенным к входам/выходам его маршрутизаторов. При применении AQM алгоритмов для передачи данных реального времени возникает проблема справедливого разделения полосы между потоками и проблема обеспечения баланса между коэффициентом использования полосы канала, задержкой буферизации, и процентом потерь пакетов.
Для обеспечения гарантированного качества обслуживания на рабочем месте клиента, необходимо, чтобы его машина была подключена к маршрутизатору DiffServ или к устройству канального уровня с поддержкой IEEE 802.1D. Это позволит немного улучшить ситуацию, но в принципе не может решить проблему. Радикально проблема может быть решена лишь в случае разработки стандарта для канального уровня с поддержкой DiffServ. В пределах локальной сети альтернативы для IEEE 802. ID пока не существует. Этот протокол позволяет распределить приоритеты между потоками, но гарантировать параметры качества обслуживания не может [47].
Для каналов с поддержкой DiffServ можно получить несколько потоков с достаточно высоким уровнем гарантированного качества обслуживания. Поток с наивысшим приоритетом может иметь малую вероятность потери и дисперсию RTT даже в условиях двойной и более перегрузки канала. Там, где возможно, следует совмещать DiffServ с RSVP-TE.
Для получения оптимальных для конкретного канала характеристик качества обслуживания, параметры алгоритма WRED должны быть оптимизированы с целью получения приемлемого уровня осцилляций очереди.
Возможность обеспечить QoS при помощи механизмов DiffServ и IntServ ограничена. По этой причине нужно искать способы объединения этих технологий, когда требования DiffServ можно обеспечивать с помощью запросов, поступающих от получателя, как это делается в IntServ. Кроме того, крайне важно обеспечивать нужный уровень QoS конечным пользователям, а для этого переключатели канального уровня должны поддерживать протоколы, эквивалентные RSVP-TE и MPLS-TE. Необходимое программное обеспечение придётся встраивать в сетевые аппаратные средства. Попутно возникает проблема сетевой безопасности и новые модификации протоколов (например, DCCP, NTCP) должны предусматривать встроенные конфигурируемые утилиты, которые будут обеспечивать решение этой проблем.