Mechanizmy QoS w sieciach pakietowych
Istnieją trzy typy mechanizmów QoS w sieciach pakietowych.
- Mechanizmy płaszczyzny sterującej
- Mechanizmy płaszczyzny danych
- Jego kompromisy
Mechanizmy płaszczyzny sterującej
Takie mechanizmy obejmują zarządzanie polityką QoS, sygnalizację i kontrolę dostępu. Zarządzanie polityką QoS polega na definiowaniu i udostępnianiu różnych poziomów i typów usług QoS, a także zarządzaniu tym, który użytkownik i aplikacja otrzyma jaką jakość QoS. Rysunek przedstawia uogólniony system zarządzania zasadami opisany przez IETF, który może być używany do zarządzania zasadami QoS.
Elementy systemu obejmują
(1) repozytorium zasad, które zazwyczaj jest katalogiem zawierającym dane zasad, takie jak nazwa użytkownika, aplikacje i zasoby sieciowe, do których są one uprawnione.
(2) punkty decyzji politycznych (PDP), które przekładają dane polityki wyższego poziomu na określone informacje konfiguracyjne dla poszczególnych węzłów sieci.
(3) punkty egzekwowania polityki (PEP), które są węzłami ścieżki danych, które działają na podstawie decyzji podejmowanych przez PDP.
(4) protokoły komunikacji pomiędzy magazynem danych, PDP i PEP. Przykłady tych protokołów obejmują LDAP (lekki protokół dostępu do katalogów) [30] do komunikacji między źródłem danych a PDP oraz COPS (wspólne usługi otwartego protokołu) do komunikacji między PDP a PEP Sygnalizacja dotyczy sposobu, w jaki użytkownik komunikuje wymagania dotyczące QoS w sieci. Mechanizmy sygnalizacyjne mogą być statyczne lub dynamiczne. W przypadku statycznym PDP pobiera informacje o zasadach wysokiego poziomu z danych zasad i tworzy informacje konfiguracyjne, które są przesyłane do każdego PEP, który egzekwuje zasady. Dane zasad są zwykle tworzone na podstawie umów o poziomie usług (SLA) pomiędzy użytkownikiem a dostawcą sieci. W przypadku dynamicznym wymagania dotyczące QoS są sygnalizowane przez użytkownika lub aplikację w razie potrzeby tuż przed przepływem danych. RSVP (protokół rezerwacji zasobów) to protokół używany do takiej sygnalizacji.
Kiedy żądanie określonej QoS dociera do PEP, sprawdza on u PDP zatwierdzenie i, jeśli zostanie zaakceptowane, przydziela niezbędne zasoby do dostarczenia żądanej QoS. Kontrola dostępu, kolejna ważna funkcja płaszczyzny sterowania, to zdolność sieci do kontrolowania dostępu do nowego ruchu,
w oparciu o dostępność zasobów. Kontrola wstępu jest konieczna, aby zapewnić dopuszczenie nowego ruchu do sieci tylko wtedy, gdy nie wpłynie to negatywnie na wydajność istniejącego ruchu. Kontrola dostępu może być prowadzona w każdym węźle w oparciu o przeskok, tylko w węźle krawędziowym wejściowym lub za pomocą scentralizowanego systemu posiadającego wiedzę o warunkach sieci typu end-to-end.
Mechanizmy płaszczyzny danych
Te metody wymuszają uzgodnioną jakość usług poprzez klasyfikację przychodzących pakietów w kilka kolejek i przydzielanie odpowiednich zasobów do każdej kolejki. Klasyfikacja odbywa się poprzez sprawdzenie nagłówków przychodzących pakietów; alokacja zasobów odbywa się przy użyciu odpowiednich algorytmów planowania i technik zarządzania buforami do przechowywania i przekazywania pakietów w każdej kolejce. Istnieją zasadniczo dwa różne podejścia do definiowania tych kolejek. Pierwsze podejście, zwane obsługą poszczególnych przepływów, polega na posiadaniu oddzielnej kolejki dla każdej indywidualnej sesji lub przepływu. W takim przypadku pakiety należące do danej sesji lub przepływu muszą być jednoznacznie identyfikowane.
W przypadku ruchu IP jest to zazwyczaj pięć pól w nagłówku IP: źródłowy i docelowy adres IP, źródłowy i docelowy adres portu oraz pola protokołu warstwy transportowej. Metody IntServ zdefiniowane przez IETF wykorzystują obsługę pakietów IP na przepływ. Z punktu widzenia użytkownika końcowego obsługa poszczególnych przepływów zwykle poprawia jakość, ponieważ danej sesji przyznawane są zasoby niezależne od innych sesji. Obsługa przepływu wymaga jednak, aby każdy węzeł sieci utrzymywał stan poszczególnych sesji i stosował niezależne przetwarzanie, co staje się bardzo trudne lub niepraktyczne, gdy liczba przepływów staje się bardzo duża, szczególnie w rdzeniu sieci.
Drugie podejście polega na sklasyfikowaniu pakietów na kilka różnych klas ogólnych i umieszczeniu każdej klasy w innej kolejce. Takie podejście nazywa się obsługą agregacyjną, ponieważ kolejki będą składać się z pakietów z wielu sesji lub przepływów. W tym przypadku również pewna forma identyfikacji w nagłówku pakietu służy do określenia, do której klasy zbiorczej należy pakiet. DiffServ i 802.1p to przykłady mechanizmów obsługi zagregowanego ruchu odpowiednio dla pakietów IP i Ethernet. Obsługa agregatów zmniejsza obciążenie związane z utrzymaniem stanu i przetwarzaniem w węzłach sieci i jest znacznie bardziej skalowalna niż metody per-flow. Jakość odczuwana przez użytkownika może jednak zostać nieco obniżona, ponieważ wpływa na nią ruch od innych osób.
Kompromisy
Zarówno mechanizmy płaszczyzny sterowania, jak i płaszczyzny danych wymagają kompromisów. Większa złożoność w obu przypadkach może zapewnić lepszą gwarancję QoS. Na przykład w płaszczyźnie sterowania decyzje dotyczące kontroli dostępu i efektywność alokacji zasobów można poprawić, jeśli użytkownik bardziej szczegółowo zasygnalizuje sieci wymagania. Zwiększa to jednak obciążenie sygnalizacji. Egzekwowanie szczegółowych wymagań dotyczących QoS zwiększa złożoność mechanizmów płaszczyzny danych, takich jak planowanie i zarządzanie buforami. Projektanci sieci muszą dążyć do ograniczenia niepotrzebnej złożoności, zapewniając jednocześnie znaczącą jakość usług QoS.