QoS-mechanismen in pakketnetwerken
Er zijn drie soorten QoS-mechanismen in pakketnetwerken.
- Besturingsvlakmechanismen
- Datavlakmechanismen
- Zijn afwegingen
Besturingsvlakmechanismen
Dergelijke mechanismen omvatten QoS-beleidsbeheer, signalering en toegangscontrole. QoS-beleidsbeheer gaat over het definiëren en leveren van de verschillende niveaus en typen QoS-services, en over het beheren van welke gebruiker en applicatie welke QoS krijgt. Figuur toont een gegeneraliseerd beleidsbeheersysteem zoals beschreven door IETF dat kan worden gebruikt voor het beheren van QoS-beleid.
De componenten van het systeem omvatten
(1) een beleidsrepository, doorgaans een map die de beleidsgegevens bevat, zoals gebruikersnaam, applicaties en de netwerkbronnen waar deze recht op hebben.
(1)
(2) beleidsbeslissingspunten (PDP), die de beleidsgegevens op een hoger niveau vertalen naar specifieke configuratie-informatie voor individuele netwerkknooppunten.
(3) beleidshandhavingspunten (PEP), dit zijn de gegevenspadknooppunten die reageren op de beslissingen die door de PDP worden genomen.
(4) protocollen voor communicatie tussen de gegevensopslag, PDP en PEP. Voorbeelden van deze protocollen zijn onder meer LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) [30] voor communicatie tussen gegevensbron en PDP, en COPS (Common Open Protocol Services) voor communicatie tussen PDP en PEP. Signalering gaat over hoe een gebruiker QoS-vereisten communiceert met een netwerk. Signaleringsmechanismen kunnen statisch of dynamisch zijn. In het statische geval neemt de PDP de beleidsinformatie op hoog niveau uit de beleidsgegevens en creëert configuratie-informatie die naar elke PEP wordt doorgestuurd die het beleid afdwingt. Beleidsgegevens worden doorgaans aangemaakt op basis van service-level-overeenkomsten (SLA) tussen de gebruiker en de netwerkaanbieder. In het dynamische geval worden de QoS-vereisten vlak voor de datastroom naar behoefte door de gebruiker of applicatie gesignaleerd. RSVP (Resource Reservation Protocol) is een protocol dat voor dergelijke signalering wordt gebruikt.
Wanneer een verzoek om een bepaalde QoS bij de PEP binnenkomt, neemt deze contact op met de PDP voor goedkeuring en wijst, indien geaccepteerd, de benodigde middelen toe voor het leveren van de gevraagde QoS. Toegangscontrole, de andere belangrijke functie van het controlevlak, is het vermogen van een netwerk om de toegang tot nieuw verkeer te controleren.
gebaseerd op de beschikbaarheid van hulpbronnen. Toelatingscontrole is nodig om ervoor te zorgen dat nieuw verkeer alleen tot het netwerk wordt toegelaten als deze toegang de prestaties van bestaand verkeer niet in gevaar brengt. Toegangscontrole kan worden uitgevoerd bij elk knooppunt per hop, alleen bij het ingangsrandknooppunt, of door een gecentraliseerd systeem dat kennis heeft van de end-to-end netwerkomstandigheden.
Datavlakmechanismen
Deze methoden dwingen de overeengekomen QoS af door de binnenkomende pakketten in verschillende wachtrijen te classificeren en aan elke wachtrij de juiste bronnen toe te wijzen. Classificatie gebeurt door de headers van binnenkomende pakketten te inspecteren; Toewijzing van bronnen gebeurt door gebruik te maken van geschikte planningsalgoritmen en bufferbeheertechnieken voor het opslaan en doorsturen van pakketten in elke wachtrij. Er zijn fundamenteel twee verschillende benaderingen voor de manier waarop deze wachtrijen worden gedefinieerd. De eerste benadering, genaamd afhandeling per stroom, is het hebben van een aparte wachtrij voor elke individuele sessie of stroom. In dit geval moeten pakketten die tot een bepaalde sessie of stroom behoren, uniek worden geïdentificeerd.
Voor IP-verkeer zijn dit doorgaans de vijf velden in de IP-header: bron- en bestemmings-IP-adressen, bron- en bestemmingspoortadressen en transportlaagprotocolvelden. De IntServ-methoden die door de IETF zijn gedefinieerd, maken gebruik van de verwerking per stroom van IP-pakketten. Vanuit het perspectief van de eindgebruiker heeft de afhandeling per stroom de neiging om de ervaren kwaliteit te verbeteren, omdat aan een bepaalde sessie middelen worden toegekend die onafhankelijk zijn van andere sessies. Perflow-afhandeling vereist echter dat elk netwerkknooppunt de status van individuele sessies bijhoudt en onafhankelijke verwerking toepast, wat erg moeilijk of onpraktisch wordt wanneer het aantal stromen erg groot wordt, vooral in de kern van het netwerk.
De tweede benadering is om pakketten in een paar verschillende generieke klassen te classificeren en elke klasse in een andere wachtrij te plaatsen. Deze aanpak wordt geaggregeerde afhandeling genoemd, omdat wachtrijen hier bestaan uit pakketten van meerdere sessies of stromen. Ook hier wordt een vorm van identificatie in de pakketkop gebruikt om te bepalen tot welke aggregatieklasse het pakket behoort. DiffServ en 802.1p zijn voorbeelden van mechanismen voor geaggregeerde verkeersafhandeling voor respectievelijk IP- en Ethernet-pakketten. Geaggregeerde afhandeling vermindert de statusonderhouds- en verwerkingslast op netwerkknooppunten en is veel schaalbaarder dan methoden per stroom. De kwaliteit van de gebruikerservaring kan echter enigszins in het gedrang komen, omdat deze wordt beïnvloed door verkeer van anderen.
Afwegingen
Zowel de mechanismen op het controlevlak als op het datavlak brengen afwegingen met zich mee. Een hogere complexiteit kan in beide gevallen betere QoS-garanties bieden. Op het besturingsvlak kunnen bijvoorbeeld beslissingen over toegangscontrole en de efficiëntie van de toewijzing van middelen worden verbeterd als de gebruiker de vereisten gedetailleerder aan het netwerk meldt. Dit verhoogt echter de signaalbelasting. Het afdwingen van fijnmazige QoS-vereisten verhoogt de complexiteit van de datavlakmechanismen, zoals planning en bufferbeheer. Netwerkontwerpers moeten ernaar streven onnodige complexiteit te verminderen en tegelijkertijd betekenisvolle QoS te leveren.