Гибридтік байланыс желі құрылымдары

2.3-кесте. Қызмет көрсету сапасының санаттары бойынша бөлумен ІР желілерінің сипаттамалары үшін нормалар

Y.1541 ұсынысы қызмет көрсету сапасының санаттары мен қосымшалар арасындағы сәйкестікті орнатады:

• санат 0 – интерактивдыбысіктің жоғары деңгейімен сипатталатын, джиттерге сезімтал нақты уақыт қосымшалары (VoIP, бейнеконференциялар);
• санат 1 – интерактивті, джиттерге сезімтал нақты уақыт қосымшалары (VoIP, бейнеконференциялар);
• санат 2 – интерактив дыбысіктің жоғары деңгейімен сипатталатын деректер транзакциялары (мысалы, дабылдама);
• санат 3 – деректер транзакциялары, интерактивті;
• санат 4 – жоғалулардың төмен деңгейін жіберетін қосымшалар (қысқа транзакциялар, деректер массивтері, ағындық бейне);
• санат 5 – ІР желілерінің дәстүрлі қолданылуы.

2.4 IP желілеріндегі қызмет көрсету сапасын қамтамасыз ету желілік механизмдерінің архитектурасы

Желілік параметрлер мен нормалардың  маманданымын анықтаудан басқа, ИК 13 ЭСХҰ қазіргі уақытта ІР бағытталған  желілерде QoS қамтамасыз ететін желілік  механизмдерді идентификациялау және стандарттау бойынша жұмыстарды жүргізуде. 2004 жылдың мамыр айында пакеттік жіберілімі бар желілерде қызмет көрсету сапасын қолдау үшін архитектуралық модельді сипаттайтын ЭСХҰ Y.1291 ұсынысы қабылданды.

Желілік механизмдер қосымшаларға байланысты қалыптасатын қызмет көрсету сапасының сипаттамаларымен бірге қолданылулары тиіс. Желілік механизмдердің архитектурасын әзірлеу кезінде түрлі қызметтер желілік сипаттамаларға түрлі талаптар қояды деп есептелді. Мысалы, телемедицина үшін жеткізу дәлдігі жалпы орташа кідіріс немесе джиттерге қарағанда әлдеқайда маңызды рөл ойнайды, ал IP-телефония үшін джиттер мен кідіріс негізгі сипаттамалар болып табылады және минимизациялануы тиіс.

Қызмет көрсету сапасының сипаттамаларына  түрлі талаптар қоятын қосымшалар санының  тұрақты кеңеюі тенденциясының есебімен QoS қолдау архитектурасы қазір бар және әзірленуге тиісті болашақ жалпы желілік механизмдердің кең жиынтығын қосуы тиіс.

QoS қолдау архитектурасы конструктивті  блок деп аталатын желілік  механизмдер жиынтығын анықтайды. Қазіргі уақытта келесі үш логикалық жазықтыққа жауап беретін конструктивтік блоктардың бастапқы жиынтығы анықталған: бақылау жазықтығы, деректер жазықтығы (ақпараттық жазықтық) және әкімшілік басқару жазықтығы.

Бақылау жазықтығы. Бақылау жазықтығының QoS механизмдері пайдаланушылардың трафигі берілетін жолдармен жұмыс істейді және өз құрамына келесілерді қосады:

• жіберуді басқару (Admission Control, AC);
• QoS арналған маршрутизация (QoS routing);
• ресурстарды резервтеу (Resource reservation).
• деректер жазықтығы. Бұл механизмдер тобы пайдаланушы трафигімен тікелей жұмыс істейді және оған келесілер кіреді:
• буферлерді басқару (Buffer management);
• аса жүктеудің алдын алу (Congestion avoidance);
• пакеттерді таңбалау (Packet marking);
• кезектерді ұйымдастыру және диспетчеризациялау (Queuing and scheduling);
• трафикті қалыптастыру (Traffic shaping);
• трафикті өңдеу ережелері (Traffic policing);
• трафикті жіктеу (Traffic classification).

Әкімшілік басқару жазықтығы. Бұл  жазықтық пайдаланушы трафигінің жеткізілуіне қолданылатын желіні пайдалану, әкімшілік басқару және басқаруға қатысы бар QoS механизмдерінен тұрады. Бұл жазықтықтағы QoS механизмдері қатарына кіреді:

• өлшемдер (Metering);
• жеткізудің берілген ережелері (Policy);
• трафикті қалпына келтіру (Traffic restoration);
• қызмет көрсету деңгейі туралы келісім (Service Level Agreement).

QoS желілік механизмдері (немесе  ЭСХҰ терминологиясына сәйкес, QoS блоктары) желілік түйіндерге (мысалы, түйіндердің буферлерін басқару)  немесе желілік сегменттерге (QoS  маршрутизациясы) қатысты мамандандырылуы мүмкін, мұндағы "желілік сегмент" түсінігі ұшаралық байланысқа, қолжетімділік бөлігіне, түйінаралық бөлікке немесе екі және одан да көп желіні байланыстыратын бөлікке қатысты болуы мүмкін.

QoS қолдауының түрлі механизмдері  қызмет көрсету сапасының қажетті көрсеткіштерін қамтамасыз етудің стандартталған әдістерінде қалайша қолданылуы мүмкін екендігін көрсету үшін, біз қазіргі уақытта қызмет көрсету сапасын қамтамасыз ету мәселесін шешу кезінде кеңінен қолданылатын екі әдісті қарастырамыз: интеграцияланған (IntServ) және дифференциацияланған қызметтер (DiffServ).

2.5 IP желілерінде қызмет көрсету сапасын қолдау механизмдері

Жоғарыда аталып өткендей, ІР хаттамаларының стек негізінде құрылған келесі ұрпақ  желілеріне өту қосымшалардың үлкен мөлшері үшін қызмет көрсету сапасының сәйкес көрсеткіштері қамтамасыз ететін жағдайда ғана мүмкін. Бұл мақсатқа жету үшін кідірістермен және жоғалулармен күресудің бірнеше механизмдері әзірленді, олар ЭСХҰ ұсынысына сәйкес үш жазықтық бойынша бөлінген.

2.5.1 Бақылау жазықтығындағы QoS механизмдері. Жіберуді басқару (Call Admission Control). Бұл механизм қайта келіп түсетін трафик желінің аса жүктелуіне немесе желіде бар трафик үшін қызмет көрсету сапасының деңгейінің нашарлауына әкеп соғады ма, жоқ па екендігін анықтап, желі арқылы трафиктің өткізілуіне жаңа сұраныстарды бақылайды. Әдетте жіберуді басқару әкімшілік басқару, бақылау және желілік ресурстарды басқару ережелерінің белгілі бір жиынтығына құрылған.

Бұл ережелер желілік провайдердің қажетдыбысіктеріне сәйкес мамандандырылуы мүмкін немесе провайдер мен пайдаланушының арасындағы келісімге негізделуі мүмкін және өз құрамына  QoS түрлі параметрлерін қосуы мүмкін. Белгілі бір қызметтердің талаптарын қанағаттандыру үшін (мәселен, төтенше жағдайлар кезінде), сәйкес трафикке желіге қолжетімділік кезінде жоғары басымдылық берілуі мүмкін.

QoS маршрутизациясы (QoS routing) белгілі  бір деректер ағыны үшін қызмет  көрсету сапасын қанағаттандыратын  жолды таңдауды қамтамасыз етеді.  Таңдалатын жол қысқа жолдан  ерекшеленуі мүмкін. Жолды анықтау үдерісі деректер ағыны тарапынан қызмет көрсету сапасына қойылатын талаптарды білуді және қолжетімді желілік ресурстар туралы ақпараттың болуын болжайды.

Қазіргі уақытта QoS өлшемі бойынша  ең жақсы жолды анықтаудың мүмкін әдістерінің үлкен саны ұсынылған. Ереже бойынша, QoS маршрутизациясындағы ең жақсы жолды анықтауда есептеулер үдерісін инженерлік есептеулер үшін қолайлы жасау үшін бір желілік сипаттама немесе екі желілік сипататма есепке алынады (өнімділік және кідіріс, құны және өнімділік, құны және кідіріс және т.б.).

Ресурстарды резервтеу (Resource reservation). Жалпы, ресурстарды резервтеуді  қамтамасыз ету үшін қажетті шарт болып желіде ресурстардың болуы  табылады. Ресурстарды резервтеу  тұрақты виртуалды байланыстарды  қалыптастыруда АТМ желілерінде кеңінен қолданылды. IP-бағытталған желілерде резервтеудің аса әдеттегі механизмі болып RSVP хаттамасына негізделген механизм табылады.

2.5.2 Деректер жазықтығындағы QoS механизмдері. Буферлерді басқару (Buffer management). Буферлерді басқару (немесе кезектерді) жіберуге кезекте тұрған түйіндердегі пакеттерді басқарудан тұарды. Кезектерді басқарудың негізгі есептері – каналдық жоғары қолданылуын бір уақытта қамтамасыз етумен кезектің орташа ұзындығын минимизациялау, сонымен қатар түрлі деректер ағындары арасында буферлік кеңістікті дұрыс бөлу. Кезектерді басқару сызбалары негізінен пакеттер тасталынатын өлшеммен, және пакеттерді лақтыру жүргізілетін кезектегі орынмен (кезек басы немесе аяғы) ерекшеленеді. Пакеттерді лақтыру үшін аса қарапайым өлшем болып кезектің максималды ұзындығы деп аталатын белгілі бір шамаға кезектің жетуі болып табылады.

Бүгінгі күндері кезектерді белсенді басқару механизмдері аса кең  таралған. Әдеттегі мысал болып  RED алгоритмі табылады (Random Early Detection – шамадан тыс жүктеменің ерте кездейсоқ анықталуы). RED алгоритмін қолданған кезде буферге келіп түсетін пакеттер кезектің орташа ұзындығының бағасының негізінде тасталынады. Пакеттердің тасталу ықтималдығы кезектің орташа ұзындығының өсуімен артады.

Шектен тыс жүктелудің алдын  алу (Congestion avoidance). Шектен тыс жүктелулердің  алдын алу механизмдері желіден  оның өткізу қабілетдыбысігінен төмен жүктеме деңгейін ұстап тұрады. Шектен тыс жүктелулердің алдын алудың қарапайым тәсілі желіге келіп түсетін трафикті азайтудан тұрады. Ереже бойынша, трафикті азайту пәрмені бірінші кезекте төменгі приоритетті дерек көздерге әсер етеді. Шектен тыс жүктелулердің алдын алу механизмдерінің бір мысалы болып ТСР хаттамасындағы терезе механизмі табылады.

Пакеттерді таңбалау (Packet marking). Пакеттер қызмет көрсетудің белгілі бір санатына сәйкес таңбаланған болуы мүмкін. Таңбалау әдетте кіріс шектік түйінде жүргізіледі, онда атаудың арнайы жолына (Type of Service IP атауында немесе DS-байт DiffServ атауында) белгілі бір мән енгізіледі. Одан басқа, таңбалау желінің шектен тыс жүктелуі жағдайында жойылып кетуі мүмкін пакеттер үшін қолданылады.

Кезектерді ұйымдастыру және жоспарлау (Queuing and scheduling). Бұл топтың механизмдерінің мақсаты – буферден каналға жіберу үшін пакеттерді таңдау. Қызмет көрсету тәртіптерінің көбі (немесе жоспарлаушылардың) «қайсысы бірінші келді – соған бірінші қызмет көрсетіледі» сызбасына негізделген. Кезектен пакеттерді шығарудың аса иілгіш рәсімдерін қамтамасыз ету үшін бірнеше кезектерді қалыптастыруға негізделген бірнеше сызбалар қатары ұсынылды. Олардың ішінде, бірінші кезекте, басым қызмет көрсету сызбаларын атап өту қажет. Кезекті иілімді ұйымдастырудың басқа мысалы – өлшенген дұрыс буферизация механизмі (Weighted Fair Queuing, WFQ), ол кезде түйіннің шығысындағы шектелген өткізу қабілетдыбысігі әрбір ағын тарапынан өткізу қабілетдыбысігіне қойылатын талаптарға байланысты бірнеше ағындар (кезектер) арасында бөлінеді.

Кезекті ұйымдастырудың тағы да бір  сызбасы ағындарды қызмет көрсету  санаты бойынша жіктеуге негізделген (Class-Based Queuing, CBQ). Ағындар қызмет көрсету санаттарына сәйкес жіктеледі және содан кейін буферде түрлі кезекте орналастырылады. Әрбір кезекке санатына байланысты шығыс өткізу қабілеттігінің белгілі бір пайызы бөлінеді, және кезектерге циклдік сызба бойынша қызмет көрсетіледі.

Трафикті қалыптастыру (Traffic shaping). Трафик сипаттамаларын қалыптастыру немесе оларды басқару желінің кірісіне келіп түсетін пакеттердің берілу жылдамдығын және ағындар көлемін бақылауды ұйғарады. Арнайы қалыптастырғыш буферлер арқылы өту нәтижесінде шығыс трафиктің төзімділігі азаяды және оның сипаттамалары болжалды бола бастайды. Трафикті өңдеудің екі механизмі белгілі - Leaky Bucket ("тесік шелек") және Token Bucket ("жетондары бар шелек"). Leaky Bucket алгоритмі түйіннен кететін пакеттердің жылдамдығын реттейді. Кіріс ағынның жылдамдығына тәуелсіз, түйін шығысындағы жылдамдық тұрақты шама болып табылады. Шелек толған кезде, артық пакеттер лақтырылып тасталады.

Бұған қарама қарсы, Token Bucket алгоритмі түйін шығысындағы жылдамдықты реттемейді және пакеттерді лақтырмайды. Түйін шығысындағы пакеттердің жылдамдығы кірістегі сияқты болуы мүмкін, тек қана егер сәйкес жинағышта («шелекте») жетондар болса. Жетондар белгілі бір жылдамдықпен генерацияланады және шелекте жиналады. Алгоритм екі параметрмен сипатталады – жетондарды генерациялау жылдамдығы және оларға арналған жады өлшемі («шелек» өлшемі). Пакеттер егер шелекте жетондар болмаса, түйіннен кетіп қала алмайды. Және керісінше, жетондардың сәйкес санын шығындап, пакеттер тобы бірден түйінді тастап кете алады.

Трафикті өңдеу ережелері (Traffic policing). Бұл блок транзиттік түйіннен транзиттік түйінге келіп түсетін трафик алдын ала келісілген өңдеу ережелеріне немесе шарттарға сәйкес келеді ме, келмейді ме, сол туралы шешім қабылдайды. Әдетте сәйкес келмейтін пакеттер лақтырып тасталады. Жіберушілер лақтырып тасталған пакеттер мен анықталған себептер туралы, сонымен қатар SLA келісімдерімен айтулы келешекте сәйкестікті сақтау туралы хабардар едыбысуі мүмкін.

Трафиктің жіктелуі (Traffic classification). Трафикті жіктеу ағындық немесе пакеттік деңгейде жүргізілуі мүмкін. Желіге кіру кезінде қолжетімділік түйінінде (шектік маршрутизаторда) қызмет көрсету сапасына жалпы талаптармен сипатталатын бір ағын пакеттерін шығару үшін пакеттер жіктеледі. Содан кейін трафик қалыптандыру рәсіміне ұшырайды (Traffic Conditioning механизмі). Трафикті қалыптандыру оның параметрлерін өлшеуді және қызмет көрсету деңгейі туралы келісім ретінде белгілі трафик бойынша шартта айтылған параметрлермен нәтижелерді салыстыруды болжайды (Service Level Agreement, SLA). Егер SLA шарттары бұзылса, онда пакеттердің бір бөлігі лақтырылып тасталуы мүмкін. Желі ядросын құрайтын магистральдық маршрутизаторлар QoS талап едыбысетін деңгейіне сәйкес пакеттердің жіберілуін қамтамасыз етеді.