QoS-Mechanismen in Paketnetzwerken
Es gibt drei Arten von QoS-Mechanismen in Paketnetzwerken.
- Mechanismen der Kontrollebene
- Data-Plane-Mechanismen
- Seine Kompromisse
Mechanismen der Kontrollebene
Zu diesen Mechanismen gehören QoS-Richtlinienverwaltung, Signalisierung und Zugangskontrolle. Beim QoS-Richtlinienmanagement geht es um die Definition und Bereitstellung der verschiedenen Ebenen und Typen von QoS-Diensten sowie um die Verwaltung, welcher Benutzer und welche Anwendung welche QoS erhält. Abbildung zeigt ein allgemeines Richtlinienverwaltungssystem, wie es von der IETF beschrieben wird und zur Verwaltung von QoS-Richtlinien verwendet werden kann.
Zu den Komponenten des Systems gehören
(1) ein Richtlinien-Repository, bei dem es sich normalerweise um ein Verzeichnis handelt, das die Richtliniendaten wie Benutzernamen, Anwendungen und die Netzwerkressourcen enthält, auf die diese Anspruch haben.
(2) Policy Decision Points (PDP), die die übergeordneten Policy-Daten in spezifische Konfigurationsinformationen für einzelne Netzwerkknoten übersetzen.
(3) Policy Enforcement Points (PEP), das sind die Datenpfadknoten, die auf die vom PDP getroffenen Entscheidungen reagieren.
(4) Protokolle für die Kommunikation zwischen Datenspeicher, PDP und PEP. Beispiele für diese Protokolle sind LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) [30] für die Kommunikation zwischen Datenquelle und PDP und COPS (Common Open Protocol Services) für die Kommunikation zwischen PDP und PEP. Bei der Signalisierung geht es darum, wie ein Benutzer einem Netzwerk QoS-Anforderungen mitteilt. Signalisierungsmechanismen können entweder statisch oder dynamisch sein. Im statischen Fall übernimmt der PDP die Richtlinieninformationen auf hoher Ebene in den Richtliniendaten und erstellt Konfigurationsinformationen, die an jeden PEP weitergeleitet werden, der die Richtlinien durchsetzt. Richtliniendaten werden normalerweise auf der Grundlage von Service-Level-Agreements (SLA) zwischen dem Benutzer und dem Netzwerkanbieter erstellt. Im dynamischen Fall werden QoS-Anforderungen vom Benutzer oder der Anwendung nach Bedarf unmittelbar vor dem Datenfluss signalisiert. RSVP (Ressourcenreservierungsprotokoll) ist ein Protokoll, das für eine solche Signalisierung verwendet wird.
Wenn eine Anfrage für eine bestimmte QoS beim PEP eintrifft, überprüft dieser die Genehmigung beim PDP und weist bei Annahme die erforderlichen Ressourcen für die Bereitstellung der angeforderten QoS zu. Die Zugangskontrolle, die andere wichtige Funktion der Kontrollebene, ist die Fähigkeit eines Netzwerks, den Zugang zu neuem Datenverkehr zu kontrollieren.
basierend auf der Ressourcenverfügbarkeit. Eine Zulassungskontrolle ist erforderlich, um sicherzustellen, dass neuer Datenverkehr nur dann in das Netzwerk aufgenommen wird, wenn eine solche Zulassung die Leistung des vorhandenen Datenverkehrs nicht beeinträchtigt. Die Zugangskontrolle kann entweder an jedem Knoten pro Hop erfolgen, nur am Eingangsknoten, oder durch ein zentralisiertes System, das die End-to-End-Netzwerkbedingungen kennt.
Data-Plane-Mechanismen
Diese Methoden erzwingen die vereinbarte QoS, indem sie die eingehenden Pakete in mehrere Warteschlangen einteilen und jeder Warteschlange entsprechende Ressourcen zuweisen. Die Klassifizierung erfolgt durch Überprüfung der Header eingehender Pakete; Die Ressourcenzuteilung erfolgt durch die Verwendung geeigneter Planungsalgorithmen und Pufferverwaltungstechniken zum Speichern und Weiterleiten von Paketen in jeder Warteschlange. Grundsätzlich gibt es zwei unterschiedliche Ansätze zur Definition dieser Warteschlangen. Der erste Ansatz, der als Pro-Flow-Handling bezeichnet wird, besteht darin, für jede einzelne Sitzung oder jeden einzelnen Flow eine separate Warteschlange zu haben. In diesem Fall müssen Pakete, die zu einer bestimmten Sitzung oder einem bestimmten Fluss gehören, eindeutig identifiziert werden.
Für IP-Verkehr sind dies normalerweise die fünf Felder im IP-Header: Quell- und Ziel-IP-Adressen, Quell- und Ziel-Portadressen und Transportschichtprotokollfelder. Die von der IETF definierten IntServ-Methoden verwenden die Verarbeitung von IP-Paketen pro Fluss. Aus Sicht des Endbenutzers verbessert die Verarbeitung pro Flow tendenziell die erlebte Qualität, da einer bestimmten Sitzung Ressourcen unabhängig von anderen Sitzungen gewährt werden. Die Perflow-Verarbeitung erfordert jedoch, dass jeder Netzwerkknoten den Status einzelner Sitzungen behält und eine unabhängige Verarbeitung anwendet, was sehr schwierig oder unpraktisch wird, wenn die Anzahl der Flows sehr groß wird, insbesondere im Kern des Netzwerks.
Der zweite Ansatz besteht darin, Pakete in einige verschiedene generische Klassen zu klassifizieren und jede Klasse in eine andere Warteschlange zu stellen. Dieser Ansatz wird als aggregierte Handhabung bezeichnet, da die Warteschlangen hier aus Paketen aus mehreren Sitzungen oder Flüssen bestehen. Auch hier wird eine Form der Identifizierung im Paket-Header verwendet, um zu bestimmen, zu welcher Aggregatklasse das Paket gehört. DiffServ und 802.1p sind Beispiele für aggregierte Verkehrsverarbeitungsmechanismen für IP- bzw. Ethernet-Pakete. Die aggregierte Handhabung reduziert den Zustandswartungs- und Verarbeitungsaufwand für Netzwerkknoten und ist viel skalierbarer als Pro-Flow-Methoden. Die vom Benutzer erlebte Qualität kann jedoch etwas beeinträchtigt sein, da sie durch den Datenverkehr anderer beeinträchtigt wird.
Kompromisse
Sowohl Mechanismen auf der Kontrollebene als auch auf der Datenebene beinhalten Kompromisse. Eine höhere Komplexität kann in beiden Fällen bessere QoS-Garantien bieten. Auf der Kontrollebene können beispielsweise Zugangskontrollentscheidungen und die Effizienz der Ressourcenzuweisung verbessert werden, wenn der Benutzer die Anforderungen detaillierter an das Netzwerk übermittelt. Dies erhöht jedoch die Signalbelastung. Die Durchsetzung feinkörniger QoS-Anforderungen erhöht die Komplexität der Datenebenenmechanismen, wie z. B. Planung und Pufferverwaltung. Netzwerkdesigner müssen danach streben, unnötige Komplexität zu reduzieren und gleichzeitig eine sinnvolle QoS bereitzustellen.