Производители коммутаторов многие годы толковали о критически важном трафике, таком как финансовые транзакции, данные телеметрии и передача живого видео, но теперь наконец они получили возможность реализовать схему маркировки, которая позволит коммутаторам распознавать подобный трафик. Ратификация в сентябре прошлого года спецификации IEEE 802.1p, определяющей приоритеты сервисов на втором уровне, дала возможность, опираясь на стандарты, реализовывать составленные из оборудования разных производителей сети, обеспечивающие гарантированное качество обслуживания (quality of service, QoS).
На рынке уже появились коммутаторы, поддерживающие 802.1p, а также еще один стандарт на маркировку - 802.1Q, который необходим для организации виртуальных локальных сетей. Фактически сейчас все реже можно встретить коммутатор, который бы не соответствовалобеим спецификациям.
Однако для организации приоритетного обслуживания в сети вовсе не достаточно установить в ней несколько новых коммутаторов. Хотя 802.1p и 802.1Q предлагают общие принципы, позволяющие разбить полосу пропускания на потоки с различными приоритетами, из-за различного толкования стандартов производители реализуют приоритетное обслуживание трафика далеко не одинаково, что и делает организацию подобной сети не столь простым делом. Поэтому прежде чем устанавливать коммутаторы, поддерживающие стандарты 802.1p и 802.1Q, стоит проанализировать потоки трафика, которые они генерируют.
Концепция приоритизации трафика является ключевой для возможности управлять качеством обслуживания (QoS), то есть на основе набора характеристик, определяющих особенности доставки разных типов сетевого трафика, предоставлять пользователям определенные гарантии. В числе этих характеристик - пропускная способность, время задержки при передаче, нарушение синхронизации, уровень готовности службы, приемлемый уровень ошибок, доля потерянных пакетов.
Приоритизация, обобщающая концепцию QoS, подразумевает наличие средств, с помощью которых определенные кадры получают право на предпочтительную обработку по сравнению с другими. Службы приоритизации позволяют с помощью коммутаторов второго уровня реализовать управление качеством обслуживания, на основе тегов выявляя различия между пакетами и соответственно этому по-разному их обрабатывая.
Спецификация 802.1p дает возможность сетевым устройствам устанавливать приоритет трафика, относя его к одному из восьми предопределенных классов.
Самому высокому приоритету соответствует класс 7, который резервируется для данных управления сетью, таких как информация об обновлении таблиц Routing Information Protocol или Open Shortest Path First. Классы 5 и 6 могут использоваться для особо чувствительного к задержкам трафика, такого как видео или речь. Классы данных с 4 по 1 предназначены для задач разных классов - от потоковых приложений до подобного File Transfer Protocol трафика, способного справиться с возможной потерей. Класс 0 резервируется для "максимально лучшей" доставки и присваивается в тех случаях, когда не специфицирован ни один другой класс.
Стандарт IEEE не содержит требования реализовывать все восемь классов, поэтому в большинстве случаев используется лишь некоторое подмножество определений классов трафика. В результате покупателям необходимо соотнести имеющиеся в их информационной системе классы трафика с возможностями каждого из коммутаторов сети.
Кроме того, хотя спецификация 802.1p предлагает механизм, позволяющий определить приоритет кадрового трафика, в заголовках кадров Ethernet отсутствует поле приоритета. Напомним, что спецификация 802.1Q определяет 32-разрядный заголовок тега, который содержит трехразрядное поле для указания уровня приоритета кадра.
Отсутствие единообразия
Хотя производители коммутаторов сходятся в том, что 802.1p и 802.1Q следует использовать для определения приоритетов и заполнения тегов кадров, единого подхода к реализации механизмов очередей кадров не существует.
Многие коммутаторы поддерживают две или три приоритетные очереди, поскольку производители считают, что столь детальное разбиение трафика на восемь уровней не имеет практического смысла. Некоторые авторитетные специалисты предсказывают, что оконечные коммутаторы будут иметь всего две очереди, а базовые коммутаторы - до четырех очередей.
Именно из-за числа очередей, которые поддерживают коммутаторы, и возникает целый ряд интересных вопросов. К примеру, коммутатор может направлять кадры классов от 0 до 3 в очередь с низким приоритетом, а кадры классов 4-7 - в очередь с высоким приоритетом. По сути, это сокращает число классов с восьми до двух. При таком подходе действительно критически важные кадры класса 7 будут передаваться "вперемешку" с трафиком класса 4.
Коммутаторы, имеющие свыше двух очередей, могут предложить более широкий диапазон классов приоритетов. Весь фокус заключается в том, чтобы понять, как производитель распределил различные классы приоритетов по этим очередям. Например, если два коммутатора поддерживают одно и то же число очередей, один из них может отнести трафик класса 3 к низкоприоритетной очереди, а второй - к очереди с более высоким приоритетом. Эти коммутаторы будут передавать трафик одного и того же типа в существенно различном темпе.
Рассмотрим, что произойдет с потоком трафика, проходящего через несколько коммутаторов, каждый из которых имеет собственную "раскладку" классов приоритетов по очередям. Несмотря на то что приложение может потребовать обслуживания с самым высоким приоритетом, в конце концов может случиться так, что его трафик будет соперничать за полосу пропускания с трафиком, заведомо имеющим более низкий приоритет.
Необходимо точно установить, каким именно образом производители имеющихся коммутаторов реализовали в своих устройствах очереди приоритетов. Более того, особое внимание следует уделить тому, как соотнесена каждая из этих очередей с восемью классами приоритетов, определенных в спецификации 802.1p.
Высший приоритет
Как только пользователи начнут развертывать коммутаторы, соответствующие спецификациям 802.1p и 802.1Q, в своих сетях, имеющиеся инструментальные средства будут модифицироваться с тем, чтобы они могли определять способность коммутаторов обрабатывать приоритизированные потоки данных. Однако такого инструментария пока нет.
Сетевые администраторы испытывают все большую потребность в разносторонних тестовых приложениях, которые в состоянии помочь им установить, каким образом сетевые устройства назначают приоритеты данных и, что более важно, как механизм организации очередей влияет на распространение этих данных.
Без сомнения, службы 802.1p и 802.1Q - долгожданные усовершенствования для локальных сетей. Однако следует помнить о том, что реальная эффективность этих служб будет во многом зависеть от умения сетевого администратора выявлять все нюансы обработки приоритетов, присущие каждому конкретному коммутатору и сетевой плате, которые устанавливают приоритеты и передают кадры.
Тщательное обдумывание вопросов, связанных с 802.1p и 802.1Q, позволит более эффективно управлять использованием доступной полосы пропускания, но при этом вам придется немало потрудиться, чтобы освоить механизм управления, предлагаемый конкретным производителем. Если вы хотите, чтобы обработка приоритетов трафика в организации действительно себя оправдывала, эта задача должна иметь самый высокий приоритет.
Чарльз Бруно - менеджер, а Кевин Толли - президент и генеральный директор компании The Tolly Group. С ними можно связаться по электронной почте по адресам [email protected] и [email protected] соответственно.
Качество звука - это качество обслуживания
Марк ПейсСамый трудный шаг в адаптации сети к передаче голоса по IP-сетям (voice over IP, VoIP) - это обеспечить качество обслуживания (quality of service, QoS), к которому привыкли абоненты, пользуясь обычным телефоном. Для того чтобы по сети можно было пересылать голосовые сообщения с приемлемым качеством обслуживания, придется изменить конфигурацию этой сети.
Маршрутизаторы и коммутаторы необходимо оснастить модернизированным программным обеспечением, которое поддерживает стандарты QoS; концентраторы же придется заменить коммутаторами или ограничиться очень небольшим числом подключений. Чтобы обеспечить требуемое качество обслуживания в рамках всей сети, "из конца в конец", необходимо централизованным образом сформулировать набор правил, обеспечивающих гарантированное качество обслуживания, и установить выделенные серверы для осуществления управления сетью согласно этим правилам.
Желающим передавать по сети голосовые сообщения следует знать основное правило: суммарная задержка на пути следования от отправителя к получателю не должна превышать 300 мс. Эта задержка включает в себя время, которое требуется на формирование пакета VoIP, задержку передачи, определяемую возможностями каналов сети, и время, которое необходимо для обработки и декодирования пакетов VoIP. На создание и декодирование пакета VoIP уходит по 1 мс, на передачу по локальному сегменту - 5 мс, на пересылку по глобальной сети - 80 мс, а на передачу по локальному сегменту на стороне получателя - 5 мс.
Эти 92 мс не учитывают сложность трафика или сети. При отсутствии контроля за качеством обслуживания сообщение электронной почты с большим присоединенным файлом, передаваемое во время трансляции голосового сигнала, вызовет значительные искажения, в силу чего качество полученного сигнала окажется неприемлемым.
Чтобы решить эту проблему, необходимо внести изменения в протоколы уровня 2 и 3. Что касается уровня 2, IEEE разработал стандарт 802.1p, позволяющий присваивать пакетам один из восьми приоритетов, благодаря чему коммутаторы могут выбрать порядок передачи пакетов, гарантируя, что критически важные, чувствительные ко времени данные первыми достигнут своего адресата. К счастью, 802.1p реализуется на уровне программного драйвера, поэтому для использования стандарта достаточно изменить программное обеспечение.
Кроме того, рабочая группа IETF ввела дополнительную информацию в заголовок IP-пакета. IP Precedence/Class-Based Queuing (CBQ) занимает три разряда байта заголовка Type of Service, позволяя устанавливать один из восьми приоритетов. Благодаря такому механизму устройство уровня 3 может легко передавать важные пакеты первыми. В сети, используемой для передачи голоса, необходимо присваивать более высокий приоритет голосовому трафику, чтобы ему отдавалось предпочтение при передаче.
Чтобы обеспечить гарантированное качество обслуживания, необходимо реализовать стратегии CBQ на устройствах уровня 3. Такой подход дает возможность решить, какие протоколы имеют преимущество перед другими, и определить, какую полосу пропускания зарезервировать для каждого из них. Безусловно, без механизма управления эти решения уровня 2 и уровня 3 окажутся бесполезными. Протокол Resource Reservation Protocol (RSVP) дает возможность управлять качеством обслуживания. С помощью RSVP приложение имеет возможность затребовать определенный уровень обслуживания. Устройство на маршруте движения пакетов может затем определить, удовлетворить или не удовлетворить запрос на полосу пропускания исходя из текущего состояния сети. Если запрос удовлетворен, приложению гарантируется необходимая полоса пропускания.
Добиться всего этого можно только при централизованной политике обеспечения качества обслуживания для всех устройств вашей сети. Для этого IETF предлагает использовать службу Common Open Policy Service (COPS), стандарт на реализацию правил QoS в рамках всей сети. COPS позволяет серверу управления на базе правил контролировать устройства в сети, реализуя тем самым принятую политику QoS. Но до тех пор пока IETF не ратифицирует все стандарты QoS, данные системы будут поддерживать только некоторое подмножество общего решения, реализующего сквозное гарантированное качество обслуживания.
Тем, кто намерен использовать в своей организации технологии VoIP, сначала нужно провести экспертизу всех сетевых устройств уровней 2 и 3 и выяснить, какие из них требуют модернизации или замены. Нужно проанализировать архитектуру сети с тем, чтобы выявить узкие места, а затем разработать политику QoS с учетом требований бизнес-процессов конкретного предприятия. На основе этой политики можно будет реализовать стратегии обеспечения необходимого уровня качества обслуживания.
Только факты
Связь по Internet
Рынок шлюзов VOIP (voice-over-IP), по состоянию которого можно судить о положении на рынке систем VOIP в целом, в ближайшие пять лет, как предполагается, будет быстро расти.
Согласно стандарту 802.1p, фрейму можно присвоить код приоритета, который содержится в поле user priority тэга 802.1q. Стандарт 802.1p поддерживает 8 уровней приоритета. Применение приоритетов регламентируется документом IEEE 802.1D.
Ниже перечислены типы трафика, начиная с высоко приоритетного:
Управление сетью (7). Передача данных для поддержания сетевой инфраструктуры. Голос (6). < 10мсек) при интерактивных переговорах.
Видео (5). Трафик критичен по задержке (< 100мсек) при интерактивных видео обменах.
Работа в ситуации некритической по задержке, но критической по потерям.Максимальные усилия (3). Работа в ситуации некритической по задержке, но критической по потерям, в условиях с меньшим приоритетом, чем контролируемая нагрузка.
Наилучшие усилия (2). Обычный трафик LAN.
Фоновый режим (0, Background). Массовые пересылки данных и любая другая активность, не влияющая негативно на работу остальных.
Тип №1 оставлен на будущее.
Таким образом, в каждом из выходных портов коммутатора должно формироваться до 8 очередей. Ключевым моментом является классификация трафика, т.е. определение того, какой фрейм в какую очередь поставить. Например, некоторым портам коммутатора можно присвоить высокий уровень приоритета, в таком случае трафик подключенных к этим портам компьютеров будет попадать в очередь с высоким приоритетом. Также можно осуществлять классификацию трафика в зависимости от MAC-адресов или IP-адресов, или в зависимости от используемых протоколов более высоких уровней. Количество уровней приоритета, способы классификации трафика и поддерживаемые алгоритмы обработки очередей зависят от возможностей коммутатора.
Как правило, приоритет назначается фрейму коммутатором уровня доступа перед отправкой фрейма по магистральному (trunk) соединению. Магистральные коммутаторы могут учитывать приоритет фрейма при принятии решения об отправке фрейма, но магистральным коммутаторам нет необходимости принимать решение об уровне приоритета фрейма, что снижает нагрузку на магистральные коммутаторы.
5.6. Классификация и маркировка трафика.
802.1q, TOS и DSCP позволяют пометить пакет или фрейм определенным значением. Эти значения меток позволяют разграничить разные типы трафика и применить к ним разные алгоритмы обработки очередей. Классификация и маркировка производится на основе анализа следующих параметров:
· параметры канального уровня;
· параметры сетевого уровня (поле TOS, DSCP, IP-адреса отправителя и получателя);
· параметры транспортного уровня (порты TCP или UDP);
· параметры прикладного уровня;
Только после полной идентификации трафика к нему можно применять QoS правила. Рекомендуется идентифицировать и помечать трафик как можно ближе к источнику, на сетевой периферии. Если трафик промаркирован правильно, то промежуточным маршрутизаторам сети не приходится повторно идентифицировать трафик. На этих маршарутизаторах просто выполняются правила QoS, определенные проставленными ранее метками. Такой подход сокращает нагрузку на маршрутизаторы.
5.7. QoS – маршрутизация
Традиционные протоколы маршрутизации создавались без учёта обеспечения QoS. Необходимость передачи трафика с определёнными параметрами QoS требует поиска маршрута, который бы эти параметры обеспечивал. Для этого требуются специальные протоколы маршрутизации. Желательно, чтобы для протокол QoS – маршрутизации позволял определить доступность приёмника, предотвращал образование петель маршрутизации, поддерживал агрегирования адресной информации.
В настоящее время существует версия протокола OSPF, разработанная с учётом поддержки QoS (RFC2676). Также предложены различные алгоритмы QoS маршрутизации, но пока сложно говорить о доминировании какого-либо стандарта.
IEEE 802.1p
Стандарт IEEE 802.1p специфицирует метод указания приоритета кадра, основанный на использовании новых полей, определенных в стандарте IEEE 802.1Q .
К кадру Ethernet добавлены два байта. Эти 16 бит содержат информацию по принадлежности кадра Ethernet к VLAN и о его приоритете. Говоря точнее, тремя битами кодируется до восьми уровней приоритета, 12 бит позволяют различать трафик до 4096 VLAN , а один бит зарезервирован для обозначения кадров сетей других типов (Token ring , FDDI), передаваемых по магистрали Ethernet .
Надо сказать, что добавление двух байтов к максимальному размеру кадра Ethernet ведет к возникновению проблем в работе многих коммутаторов, обрабатывающих кадры Ethernet аппаратно. Чтобы избежать их, группы по стандартизации предложили сократить на два байта максимальный размер полезной нагрузки в кадре.
Спецификация IEEE 802.1p , создаваемая в рамках процесса стандартизации IEEE 802.1Q , определяет метод передачи информации о приоритете сетевого трафика. Стандарт 802.1p специфицирует алгоритм изменения порядка расположения пакетов в очередях, с помощью которого обеспечивается своевременная доставка чувствительного к временным задержкам трафика.
В дополнение к определению приоритетов стандарт 802.1p вводит важный протокол GARP (Generic Attributes Registration Protocol) с двумя специальными его реализациями. Первая из них - протокол GMRP (GARP Multicast Registration Protocol), позволяющий рабочим станциям делать запрос на подключение к домену групповой рассылки сообщений. Поддерживаемую этим протоколом концепцию назвали подсоединением, инициируемым «листьями». Протокол GMRP обеспечивает передачу трафика только в те порты, из которых пришел запрос на групповой трафик, и хорошо согласуется со стандартом IEEE 802.1Q .
Ссылки
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Хлоропреновый каучук
- Гротгер, Артур
Смотреть что такое "IEEE 802.1p" в других словарях:
IEEE 802.11 - is a set of standards for wireless local area network (WLAN) computer communication, developed by the IEEE LAN/MAN Standards Committee (IEEE 802) in the 5 GHz and 2.4 GHz public spectrum bands.General descriptionThe 802.11 family includes over… … Wikipedia
IEEE 802.11 - (auch: Wireless LAN (WLAN), Wi Fi) bezeichnet eine IEEE Norm für Kommunikation in Funknetzwerken. Herausgeber ist das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Die erste Version des Standards wurde 1997 verabschiedet. Sie… … Deutsch Wikipedia
IEEE 802.3
Ieee 802
Ieee 802.3 - est une norme pour les réseaux informatiques édictée par l Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Cette norme est généralement connue sous le nom d Ethernet. C est aussi un sous comité du comité IEEE 802 comprenant plusieurs… … Wikipédia en Français
IEEE 802 - группа стандартов семейства IEEE, касающихся локальных вычислительных сетей (LAN) и сетей мегаполисов (MAN). В частности, стандарты IEEE 802 ограничены сетями с пакетами переменной длины. Число 802 являлось следующим свободным номером для… … Википедия
IEEE 802.15 - is the 15th working group of the IEEE 802 which specializes in Wireless PAN (Personal Area Network) standards. It includes six task groups (numbered from 1 to 6):Task group 1 (WPAN/Bluetooth)IEEE 802.15.1 2002 has derived a Wireless Personal Area … Wikipedia
IEEE 802 - est un comité de l IEEE qui décrit une famille de normes relatives aux réseaux locaux (LAN) et métropolitains (MAN) basés sur la transmission de données numériques par le biais de liaisons filaires ou sans fil. Plus spécifiquement, les normes… … Wikipédia en Français
IEEE 802 - refers to a family of IEEE standards dealing with local area networks and metropolitan area networks.More specifically, the IEEE 802 standards are restricted to networks carrying variable size packets. (By contrast, in cell based networks data is … Wikipedia
IEEE 802.15.4a - (formally called IEEE 802.15.4a 2007) is an amendment to IEEE 802.15.4 (formally called IEEE 802.15.4 20060 specifying that additional physical layers (PHYs) be added to the original standard.OverviewIEEE 802.15.4 2006 specified four different… … Wikipedia
Ieee 802.11 - Exemple d équipement fabriqué sur les recommandations de la norme IEEE 802.11. Ici, un routeur avec switch 4 ports intégré de la marque Linksys. IEEE 802.11 est un terme qui désigne un ensemble de normes concernant les réseaux sans fil qui ont… … Wikipédia en Français
Часть IV
В настоящее время количество приложений, передающих трафик, чувствительный к задержкам, значительно возросло. Причем тенденция роста таких приложений и соответственно их пользователей не только сохраняется, но и набирает обороты. Для решения вопросов передачи указанного трафика было разработано несколько стандартов и спецификаций, о которых и пойдет речь в этой статье.
Стандарты IEEE 802.1Q и IEEE 802.1р
Задача рабочих групп, трудящихся над стандартами p и Q, - дать сетевой отрасли единый метод передачи по сети информации о приоритете кадра и его принадлежности к ВЛВС. Были разработаны две спецификации маркировки пакетов:
- первая, одноуровневая, определяет взаимодействие виртуальных сетей по магистрали Fast Ethernet;
- вторая, двухуровневая, касается маркировки пакетов в смешанных магистралях, включая Token Ring и FDDI.
Первая спецификация с самого начала нуждалась лишь в минимальной доработке, так как она, по сути, представляет собой технологию тэговой коммутации, продвигаемую на рынок усилиями Cisco. Задержки с принятием стандарта 802.1Q объясняются необходимостью детальной проработки куда более сложной «двухуровневой» спецификации.
Стандарт должен был удовлетворять следующим достаточно высоким требованиям:
- масштабируемости на уровне обмена пакетами между коммутаторами;
- преемственности на уровне существующих конечных приложений;
- адаптации на уровне существующих протоколов и таблиц маршрутизации;
- экономичности в плане утилизации высокоскоростных магистралей;
- совместимости с ATM, особенно с эмуляцией ЛВС;
- управляемости процесса маркировки пакетов.
В соответствии со стандартом 802.1Q к кадру Ethernet добавлены четыре байта. Эти 32 бита содержат информацию по принадлежности кадра Ethernet к ВЛВС и о его приоритете. Говоря точнее, тремя битами кодируется до восьми уровней приоритета, 12 бит позволяют различать трафик до 4096 ВЛВС, один бит зарезервирован для обозначения кадров сетей других типов (Token Ring, FDDI), передаваемых по магистрали Ethernet, и т. д.
Поле идентификатора уровня приоритета дает возможность использовать восемь таких уровней, соответствующих системе приоритетов стандарта 802.1p.
В заголовке кадра Ethernet поля 802.1Q размещаются между адресом отправителя и полем с информацией о длине кадра полезной нагрузки 802.3 (кадр Ethernet) или о типе протокола более высокого уровня (кадр Ethernet II).
В настоящее время практически все сетевые фирмы уже создали коммерческие версии продуктов, поддерживающие стандарты 802.1p и 802.1Q. Кроме того, многие производители коммутаторов Ethernet уже реализовали службы приоритезации собственной разработки.
Очевидно, что изменение структуры кадра Ethernet влечет за собой возникновение серьезных проблем - ведь он теряет совместимость со всеми традиционными устройствами Ethernet, ориентированными на старый формат кадра.
В самом деле, из-за того что данные 802.1Q размещаются перед полем с информацией о длине полезной нагрузки (или типе протокола), традиционный сетевой продукт не обнаружит эту информацию на привычном месте и вместо нее «прочитает» число x8100 - значение по умолчанию нового поля «Тэг протокольного идентификатора» (Tag Protocol Identifier) в кадрах 802.1Q.
Источником проблем является не только изменение в размещении полей заголовка кадра Ethernet, но и увеличение максимальной длины данного кадра. Многие сетевые устройства не способны обрабатывать кадры длиннее 1518 байт. Между специалистами возникли споры по поводу того, нужно ли максимальный размер кадра Ethernet удлинять на четыре байта или следует укоротить на четыре байта максимальный размер полезной нагрузки и таким образом компенсировать увеличение заголовка. Спецификация 802.1Q предусматривает оба подхода, поэтому производителям самим предстоит обеспечивать взаимную совместимость своих продуктов.
С технической точки зрения осуществить взаимодействие старого оборудования с 802.1Q-совместимыми современными устройствами несложно, и большинство производителей сумеют реализовать такую возможность в своих продуктах на уровне их портов. Для состыковки 802.1Q-совместимого устройства с прежним коммутатором или сетевой платой потребуется просто отключить поддержку стандарта 802.1Q на нужном порте, и весь трафик будет посылаться в сеть в обычном виде.
Приоритеты и классы обслуживания
Спецификация IEEE 802.1p, создаваемая в рамках процесса стандартизации 802.1Q, определяет метод передачи информации о приоритете сетевого трафика. Хотя в большинстве ЛВС редко случаются длительные перегрузки, отдельные всплески трафика представляют собой обычное явление и могут привести к задержкам передач пакетов. Это абсолютно неприемлемо для работы сетей, предназначенных для передачи голоса и видео. Стандарт 802.1p специфицирует алгоритм изменения порядка расположения пакетов в очередях, с помощью которого обеспечивается своевременная доставка трафика, чувствительного к временным задержкам.
Рабочая группа по стандартизации интегрированного обслуживания в сетях с разными канальными уровнями (ISSLL) определила ряд классов обслуживания в зависимости от того, какое время задержки допустимо для передачи пакета того или иного типа трафика. Представьте себе сеть с разными видами трафика: чувствительного к задержкам порядка 10 мс, не допускающего задержек более 100 мс и почти не чувствительного к задержкам. Для успешной работы такой сети каждый из этих типов трафика должен иметь свой уровень приоритета, обеспечивающий выполнение требований, предъявляемых к величине задержки. Используя концепцию протокола резервирования ресурсов (Resource Reservation Protocol - RSVP) и систему классов обслуживания, можно определить схему управления приоритетами. Протокол RSVP, который будет рассмотрен ниже, поддерживается большинством коммутирующих маршрутизаторов и, в частности, моделями SSR 8000/8600 производства Cabletron.
В дополнение к определению приоритетов стандарт 802.1p вводит важный протокол GARP (Generic Attributes Registration Protocol) с двумя специальными реализациями. Первая из них - протокол GMRP (GARP Multicast Registration Protocol), позволяющий рабочим станциям делать запрос на подключение к домену групповой рассылки сообщений. Поддерживаемую этим протоколом концепцию назвали подсоединением, инициируемым «листьями». Протокол GMRP обеспечивает передачу трафика только в те порты, из которых пришел запрос на групповой трафик, и хорошо согласуется со стандартом 802.1Q.
Второй реализацией GARP является протокол GVRP (GARP VLAN Registration Protocol), похожий на GMRP. Однако, работая по нему, рабочая станция вместо запроса на подключение к домену групповой рассылки сообщений посылает запрос на доступ к определенной ВЛВС. Данный протокол связывает стандарты p и Q.
С принятием предварительных вариантов стандартов 802.1Q и 802.1p появились все возможности для широкого использования средств приоритезации трафика в сетях Ethernet. Задействуя продукты, поддерживающие механизмы приоритезации, сетевые администраторы смогут распоряжаться коммутирующей инфраструктурой своей сети таким образом, чтобы, например, высший уровень приоритета получил трафик офисного пакета Lotus Notes и электронной почты, а аудиопотоки RealAudio - низший уровень. Механизмы приоритезации трафика, основанные на спецификациях 802.1Q и 802.1p, бесспорно, стали еще одним козырем технологии Ethernet.
Но хотя упомянутые спецификации и обеспечивают приоритезацию трафика для наиболее популярных топологий второго уровня, они не гарантируют того, что вся инфраструктура сети (от одной ее конечной точки до другой) будет поддерживать обработку приоритетного трафика. В частности, спецификации 802.1Q и 802.1p бесполезны при управлении приоритетом IP-трафика (трафика третьего уровня), передаваемого через низкоскоростную распределенную сеть или каналы доступа в Интернет, то есть через наиболее вероятные «узкие места» сетевой инфраструктуры.
Чтобы в полной мере управлять трафиком во всей сети, необходимо прежде всего реализовать эффективную приоритезацию IP-трафика. В связи с этим возникает ряд вопросов. Поддерживает ли локальная сеть механизмы такой приоритезации? А оборудование распределенной сети? Поддерживает ли эти механизмы ваш поставщик услуг Интернета? Что в связи с этим можно сказать об инфраструктуре на другом конце соединения? Если хотя бы одно устройство, находящееся между двумя системами, не поддерживает механизмы приоритезации, будет невозможно реализовать передачу приоритетного трафика от одного конечного узла сети до другого.
В отличие от технологии Ethernet, протокол IP уже довольно давно обладает средствами приоритезации сетевого трафика - впервые они были предложены в версии, опубликованной в 1981 году. Каждый IP-пакет имеет восьмибитовое поле «Тип сервиса» (Type of Service, ToS), состоящее из двух подполей (см. структуру заголовка пакета IP):
- трехбитового - для установления уровня приоритета пакета;
- четырехбитового - для указания класса (типа) обслуживания, предпочтительного для данного пакета (оставшийся восьмой бит не используется).
Три первых бита поля ToS позволяют устанавливать для IP-трафика те же восемь уровней приоритета (от 0 до 7), что и спецификации 802.1Q и 802.1p, а также большинство других технологий ЛВС. Поэтому можно взаимно однозначно отображать информацию о приоритетах кадров Ethernet и пакетов IP, а значит, реализовать сквозную обработку приоритетного трафика, передаваемого из одной сети Ethernet в другую через распределенную сеть IP или инфраструктуру поставщика услуг Интернета.
Четыре других используемых бита поля ToS позволяют администратору сети осуществлять индивидуальную маршрутизацию каждого пакета в соответствии с особенностями содержащихся в нем данных. Так, например, пакетам протокола NNTP (Network News Transfer Protocol), транспортирующим новости UseNet, можно установить класс обслуживания с низкой стоимостью («low cost», а пакетам Telnet - класс обслуживания с низкой задержкой «(low latency»).
Изначально стандарт RFC 791 (первоначальный вариант протокола IP) определял только три класса обслуживания, каждому из которых ставился в соответствие отдельный бит, устанавливаемый в «1» или «0» в зависимости от потребностей в том или ином типе обслуживания. С принятием стандарта RFC 1349 был добавлен еще один класс, и теперь ранее разобщенные четыре бита стали рассматриваться как единое целое. Поэтому сегодня с их помощью можно задавать максимум 16 значений (от 0 до 15).
Сетевые администраторы, управляющие сложными сетями с множеством маршрутов, могут использовать биты определения типа обслуживания в сочетании с такими протоколами маршрутизации, как OSPF, для создания специальных служб маршрутизации. Например, пакеты с «отметкой» low latency (низкая задержка) можно посылать не по спутниковому соединению, а по высокоскоростной оптической линии, тогда как «неприхотливый» трафик (класс обслуживания «low cost») направить через Интернет, а не через корпоративную распределенную сеть.
Комбинируя биты установки типа обслуживания с битами приоритета, можно очень точно задавать режимы обработки пакетов с конкретными типами данных, например: определить правила, в соответствии с которыми сетевые фильтры будут присваивать всем пакетам приложения Lotus Notes средний уровень приоритета и назначать класс обслуживания с низкой задержкой. При этом пользователи Notes получат льготное обслуживание по сравнению с пользователями других, менее важных приложений. Можно определить иной набор фильтров, который пометит весь трафик аудиоприложения RealAudio как низкоприоритетный и установит для него класс обслуживания с высокой пропускной способностью (high throughput).
Если вы располагаете собственным сквозным соединением между узлом-отправителем и узлом-получателем, то можете распоряжаться пакетами по своему усмотрению. Но в большинстве сетей поставщиков услуг Интернета пакеты с установленными уровнями приоритета и непомеченные пакеты будут обрабатываться одинаково. Поэтому с точки зрения приоритезации трафика и назначения ему разных классов обслуживания лучшим вариантом является использование частной территориально распределенной сети. При работе через Интернет можно назначить фильтры для поступающего из этой глобальной сети трафика, чтобы по крайней мере контролировать его продвижение по вашей собственной сети.
Однако далеко не все зависит от сетевой инфраструктуры. В настоящее время имеются значительные проблемы, связанные с установкой битов приоритета и типа обслуживания в IP-пакетах. Эти биты могут быть установлены как самим приложением по мере формирования и отправки пакетов, так и сетевым устройством с помощью специальных фильтров. И в том и в другом случае поддержка этих функций всецело зависит от производителей приложений, операционных систем и сетевого оборудования.
Но удивительно, что лишь некоторые операционные системы используют в своих IP-стеках механизмы записи в пакет информации об уровне его приоритета и требуемом для него классе обслуживания. В прикладном программном интерфейсе WINSOCK.DLL, поставляемом вместе с Windows 95 и Windows NT, такие возможности вообще отсутствуют, так что попытки вызвать функцию «setsockopt (IP_TOS)» приводят к выдаче диагностического сообщения «invalid operation» («Недопустимая операция»). В других операционных системах, например в Irix, HP-UX и Solaris, реализована лишь частичная поддержка данных функций.
Среди всех операционных систем мощная поддержка функций ToS реализована только в Linux и Digital UNIX. Причем она имеется как непосредственно в самих системах, так и в наборах их стандартных приложений. Например, обе системы предоставляют клиенты и серверы Telnet, способные устанавливать бит low latency поля ToS - ни одна другая из протестированных нами операционных систем такими важными возможностями не обладает. Клиент и сервер FTP, работающие в среде Linux и Digital UNIX, способны устанавливать бит low latency в пакетах, передаваемых по каналу управления, а бит high throughput - в пакетах, передаваемых по информационному каналу. В итоге такая команда FTP, как abort operation (прервать команду), будет передана на сервер по самому скоростному маршруту и соответственно за минимальное время (оперативно отменив при этом загрузку файла с сервера).
Почему же лишь немногие приложения поддерживают функции байта ToS? Да потому, что большая часть операционных систем, в среде которых они работают, не обеспечивает надлежащую поддержку этих функций. И до тех пор, пока Microsoft не модифицирует программный интерфейс WINSOCK.DLL системы Windows NT, поставщики приложений вроде Lotus Development, Netscape Communications и Oracle не смогут реализовать в своих приложениях механизмы управления приоритетами.
Тем не менее существуют способы, позволяющие обходить те проблемы, которые не спешат решать поставщики операционных систем и приложений. Самый верный из них - реализовать службы приоритезации трафика IP не в приложениях и операционных системах, а в устройствах сетевой инфраструктуры. Администраторы многих крупных и сильно загруженных сетей уже несколько лет осуществляют приоритезацию с помощью фильтров, устанавливаемых в маршрутизаторах отдельно для каждого приложения.
Режимы QoS (Качество обслуживания) направлены на обеспечение надежной передачи пакетов для всех типов услуг, особенно для наиболее требовательных с точки зрения задержки при передаче пакетов, джиттера, потери пакетов и доступности. Режимы QoS применяются, начиная с входящих и заканчивая исходящими данными, и включают в себя: выбор трафика и назначение приоритета, организацию очередности, планирование пакетов и выравнивание трафика.
С целью настроить на устройствах баланс между максимально достижимой пропускной способностью и допустимой потерей пакетов для приоритетных пакетов введены режимы QoS.
Режимы QoS делятся на две категории:
Режимы QoS проводного интерфейса
Ниже приведен перечень и описание режимов QoS проводного интерфейса устройств:
- Классификация в соответствии с 802.1p
Стандарт IEEE 802.1p регламентирует способы реализации режимов QoS на 2-ом уровне (уровень MAC). QoS выполняется с помощью 3 битового поля (PCP), которое является частью заголовка Ethernet, в случае, когда используется 802.1Q VLAN-тегирование. Стандарт 802.1p специфицирует алгоритм изменения порядка расположения пакетов в очередях, с помощью которого обеспечивается своевременная доставка чувствительного к временным задержкам трафика.
Существует восемь уровней приоритета по 802.1p: "0" - обозначает самый низкий уровень, "7" - самый высокий. Устройство способно распознать и назначить приоритет пакетам, полученным по проводному интерфейсу. Каждый пакет в дальнейшем отправляется в определенную очередь приоритетов.
- Четыре очереди
Каждый полученный пакет отправляется в одну из 4 очередей в соответствии с PCP, которая содержит 802.1p приоритет.
Преобразование между 802.1p приоритетами и 4 очередями приведено ниже:
| Приоритет 802.1p | Тип трафика | Очередь приоритетов устройства |
|---|---|---|
| 0 | Background | 1 |
| 1 | Best Effort | |
| 2 | Excellent Effort | 2 |
| 3 | Critical Applications | |
| 4 | Video | 3 |
| 5 | Voice | |
| 6 | Internetwork control | 4 |
| 7 | Network control |
Таблица - Преобразование очереди по приоритетам
- "Strict" или "Weighted Round Robin" режимы планирования пакетов
Ниже представлены режимы планирования пакетов, определяющие то, как пакеты должны будут выходить из очереди:
- "Strict " (Строгая приоритизация) - пакеты из очередей с более низким приоритетом не обрабатывается до тех пор, пока очередь с более высоким приоритетом не станет пустой
- "Weighted Round Robin " (Циклически взвешенная приоритизация) - различные весовые коэффициенты присваиваются каждой исходящей очереди, соответственно различные очереди используются для трафика различных служб с учётом различных весовых коэффициентов.
- Ограничение исходящей скорости для каждого порта
Выравнивание трафика может быть настроено путем ограничения исходящей скорости на выбранном проводном интерфейсе.
Чтобы настроить ограничение исходящей скорости для каждого порта перейдите на страницу меню "Коммутатор" веб-интерфейса и установите параметр "Ограничение исходящего потока " для конкретного проводного интерфейса. В приведенном ниже примере, исходящий трафик интерфейса "ge0 " ограничен до 100 Мбит/с. Следует также отметить, что интерфейс "radio " не обладает возможностью настройки ограничения скорости. Пропускная способность "radio " интерфейса зависит только от текущей модуляции.
Рисунок - Настройка ограничения исходящей скорости для каждого порта
Режимы QoS радиоинтерфейса
Ниже приведен перечень и описание режимов QoS радиоинтерфейса устройств:
- Классификация в соответствии с 802.1p
Пакеты, полученные через радиоинтерфейс с меткой приоритета согласно 802.1p, будут опознаны и отправлены в определенную очередь приоритета.
- Четыре очереди
Действуют те же критерии, что и для проводного интерфейса: каждый полученный пакет отправляется в одну из 4 очередей приоритета в соответствии с PCP, которая содержит 802.1p приоритет.
- "Strict" или "Weighted Round Robin" режимы планирования пакетов
- "Strict " (Строгая приоритизация) - пакеты из очередей с более низким приоритетом не обрабатывается до тех пор, пока очередь с более высоким приоритетом не станет пустой
- "Weighted Round Robin " (Циклически взвешенная приоритизация) - различные весовые коэффициенты присваиваются каждой исходящей очереди, соответственно различные очереди используются для трафика различных служб с учётом различных весовых коэффициентов.
Независимо от того, на какой интерфейс были получены пакеты, один из двух алгоритмов планирования пакетов может быть настроен с целью определения стратегии опустошения очередей приоритета.
Перейдите на страницу меню "Коммутатор" веб-интерфейса и установите параметр "Режим QoS " в секции "Настройки коммутатора". В приведенном ниже примере, "Weighted Round Robin " алгоритм планирования установлен для "ge0 " интерфейса, "Strict " установлен для "radio " интерфейса.