Тщательное обдумывание вопросов, связанных с 802.1p и 802.1Q, позволит более эффективно управлять использованием доступной полосы пропускания
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 cbruno@tolly.com и ktolly@tolly.com соответственно.

Качество звука - это качество обслуживания

Марк Пейс

Самый 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.

 Объем рынка (в млн. долл.)Объем рынка (в млн. портов)
1999290322
200318106033

Источник: International Data Corp.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями