Как провайдеры, так и предприятия все чаще выбирают недорогую инфраструктуру глобальной сети на базе пакетов. По таким сетям передается все большее количество чувствительных к задержкам и вариациям задержки потоков данных. Принятого в Internet подхода к передаче данных по мере возможности уже недостаточно. Провайдеры вынуждены обеспечивать качество услуг для каналов Ethernet и DSL посредством классификации пакетов и формирования трафика.

Пока еще молодое поколение приложений — передача голоса (Voice over IP, VoIP) и проведение видеоконференций по IP, а также интерактивные игры — предъявляет высокие требования к качеству соединения в глобальных сетях как на уровне предприятий, так и в случае частных пользователей. Эти приложения реального времени используют пакетные механизмы передачи, однако им недостаточно традиционного принципа обслуживания по мере возможности, который звучит примерно следующим образом: «Не стоит беспокоиться, рано или поздно пакет дойдет».

РИСКИ КАЧЕСТВА

Потеря пакетов при пересылке почты или в трафике Internet неприятна, но не представляет собой серьезную проблему. В случае же передачи голосовых сообщений и видеоданных по IP, напротив, уже небольшое нарушение во времени задержки или изменение скорости передачи (вариация задержки) может привести к искажениям звука или картинки. Некоторые бизнес-приложения не оптимизированы для подключений через Internet и не терпят задержек во время сеансов.

Очевидно, что требуется разработка механизмов для обеспечения качества услуг (Quality of Service, QoS). Дело затрудняется тем, что при этом задействуется множество маршрутов передачи и транспортных протоколов: к классическим выделенным линиям ATM и frame relay добавляются восходящие каналы Ethernet и виртуальные частные сети IP/MPLS, асимметричные и симметричные линии DSL, а также подключения по беспроводным локальным сетям (Wireless Local Area Network, WLAN) и мобильным телефонам (GPRS, в будущем — UMTS).

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

Те предприятия, где прежде филиалы подключались к сети посредством выделенных линий АТМ или frame relay, привыкли к высокому качеству услуг: арендуемая линия обеспечивает выделенное подключение к сети доступа провайдера, в которой развитые функции обеспечения качества услуг АТМ регулируют восходящий и нисходящий трафик. Однако этот тип подключения требует применения дорогостоящих маршрутизаторов для осуществления преобразований на стыке локальной и глобальной сетей и тем самым увеличивает стоимость выделенного канала. Для того чтобы в узких местах каналов глобальных сетей обеспечить первоочередное обслуживание важных и срочных приложений, за маршрутизатором устанавливаются специализированные устройства формирования трафика, к примеру Packeteer, Allot или Peribit. Они оптимизируют нагрузку на канал, однако в локальной сети появляется еще одна группа устройств, которыми необходимо управлять.

Для подключения к глобальным сетям предприятия рассматривают альтернативные варианты. В случае крупных филиалов можно использовать каналы Ethernet, что, правда, предполагает наличие оптического волокна. Недавно компания T-Com с вводом DDV-M Ethernet 100 стала предлагать по всей Германии быструю службу Ethernet. Она использует платформу синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) и оптическую магистраль T-Com и предоставляет то же привычное качество, что и SDH. Соединительное оборудование предоставила Lucent Technologies.

Цельность и защищенность передачи трафика IP обеспечивают виртуальные частные сети MPLS. Система регулирования трафика MPLS (Traffic Engeneering, TE) управляет приоритетами для того или иного класса трафика — магистральные маршрутизаторы отображают биты классификации на индекс сервиса (code point) с целью определения класса продвижения данных и разрешенного уровня потерь пакетов. Механизмами классификации служат индексы сервиса DiffServ в случае IP DiffServ, биты приоритетов IP, биты MPLS EXP или биты класса услуг (Class of Service, CoS) в соответствии со стандартом IEEE 802.1p. Проблема заключается в том, что функции систем регулировки трафика специфичны для каждого отдельного оператора, взаимодействие между сетями MPLS различных провайдеров пока еще находится в стадии становления.

ПРОБЛЕМНЫЙ ВОПРОС DSL

При подключении небольших предприятий или филиалов DSL все чаще предпочитают в качестве недорогой альтернативы выделенной линии (см. врезку «Internet для бизнеса в Европе»). Однако за выигрыш в цене предприятиям приходится расплачиваться снижением качества услуг: DSL является технологией по мере возможности, она не рассчитана на чувствительные или работающие в реальном времени приложения, как, например, VoIP. Учитывая неширокое пока распространение VoIP, проблема стоит еще не слишком остро, однако в скором будущем ситуация может измениться.

Значимость поддержки качества услуг для трафика IP растет не только благодаря новым требовательным приложениям, но и вследствие конкуренции между провайдерами. Во-первых, большинство из них превышают пропускную способность своих сетей доступа: поскольку на первой миле каждому клиенту предоставляется отдельная пара проводов (шлейф), то канал между узлом доступа и пограничным маршрутизатором быстро оказывается слишком узким. Во-вторых, возможность взаимодействия с Internet — особенно в области DSL — стала достаточно заурядным предложением в Европе, на котором провайдер зарабатывает не так уж и много денег. Поэтому операторы сети стараются предоставить более дорогие (дифференцированные) услуги и тем самым получить большую прибыль. В корпоративной области эти услуги представлены прежде всего функциями обеспечения безопасности — в данном случае имеются в виду виртуальные частные сети IP и управляемые брандмауэры или управляемое обнаружение вторжений. Пользователям DSL некоторые провайдеры предлагают «турбокнопку», позволяющую при необходимости увеличить максимальную пропускную способность канала DSL.

Однако такое расширение пропускной способности вовсе не гарантирует автоматического повышения качества услуг, а предполагает, как и прежде, всего лишь обслуживание по мере возможности, но с более широким каналом доступа. В корпоративном сегменте этого уже недостаточно. А потому в обоих случаях — при доступе через Ethernet/IP и через DSL — для обеспечения необходимого качества сервиса IP и гибкого предложения дорогостоящих услуг провайдеру нужны маршрутизаторы.

ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ УСЛУГ

Практике привлечения большего числа абонентов, чем сеть способна обслуживать одновременно, предприятия противопоставляют требование получения гарантированной пропускной способности с четко регулируемым — посредством соглашения об уровне сервиса (Service Level Agreement, SLA) — качеством услуг. Для этого на стороне провайдера должна быть реализована возможность классификации трафика (и Ethernet, и DSL) по отправителю, IP-адресу и приложению. Каждый поток получает определенный приоритет, а также фиксированную или переменную пропускную способность (формирование трафика). Для сквозного трафика применяются от трех до четырех классов услуг:

  • очередь с минимальными значениями времени задержки и вариации для передачи голосовых и видеоданных;
  • иногда используемая очередь с минимальной задержкой (для потокового видео);
  • очередь с приоритетной обработкой корпоративных приложений;
  • очередь с обслуживанием по мере возможности для Internet, электронной почты и т. п.
Риcунок 1. Пограничные маршрутизаторы от компании Juniper предлагают трехступенчатое распределение по очередям.

Различные алгоритмы организации очереди, в частности взвешенное циклическое формирование очередей (Weighted Round Robin, WRR) или формирование очередей с четкими приоритетами (Strict Priority Queuing, SPQ), могут применяться к физическому порту, уровню субпортов, например постоянному виртуальному каналу АТМ, или IP-адресу (см. Рисунок 1). При этом важно, чтобы пограничный маршрутизатор провайдера мог осуществлять классификацию, назначение приоритетов и формирование трафика как на входящих, так и на исходящих портах с необходимой скоростью, в противном же случае он сам окажется узким местом канала в глобальную сеть.

ПОГРАНИЧНЫЕ МАРШРУТИЗАТОРЫ И BRAS

Современные пограничные устройства от Cisco, Juniper, Laurel и Redback имеют соответствующую (реализованную, как правило, аппаратно) функциональность. Интеграция серверов широкополосного удаленного доступа (Broadband Remote Access Server, BRAS) дает пограничным маршрутизаторам возможность принимать также соединения DSL. Соответствующие устройства были разработаны компанией Unisphere. Последнюю не так давно приобрела Juniper и предлагает теперь ее продукцию под названием E-Series в качестве дополнения к своим пограничным маршрутизаторам серии M-Series. Laurel и Redback с прошлого лета также реализовали функциональность BRAS в своих пограничных маршрутизаторах: Laurel в качестве дополнительного свойства ST-200, а Redback — на базе той же аппаратной базы, что и у маршрутизаторов Smartedge 400 и 800, назвав ее Service Gateway (см. Рисунок 2). Cisco, напротив, предлагает BRAS на двух различных платформах: для сетей АТМ вместе с сервисным пограничным маршрутизатором (Edge Service Router, ESR) серии 10000 с Performance Routing Engine 2 и для инфраструктур Ethernet в виде многопроцессорного прикладного модуля для глобальных сетей (Multiprocessor WAN Application Module, MWAM) с маршрутизаторами серий 7600, 7301 и 7200.

Рисунок 2. Пограничный маршрутизатор Smartedge 800 от Redback доступен также с функциональностью BRAS.

В случае многочисленных подключений DSL пограничный маршрутизатор должен обрабатывать десятки тысяч приоритетных очередей. По данным производителей, наибольшую нагрузку несут выходные модули и внутренняя шина, поэтому они не должны стать, в свою очередь, причиной затора трафика. В этой связи специализирующаяся на BRAS компания Copper Mountain делает ставку на альтернативный подход к инфраструктуре BRAS на базе пограничных маршрутизаторов: она предлагает перенести затрагивающую пользователей и сервис функциональность поддержки качества услуг на специальные устройства доступа BRAS собственной серии Vantedge. Они должны быть установлены как можно ближе к узлу доступа или мультиплексору доступа DSL (DSL Access Multiplexer, DSLAM). Цель — освобождение узлов в городской сети от функций QoS и перемещение функциональности сетевого уровня на край сети доступа. Тем самым Copper Mountain обещает достижение больших преимуществ в области QoS и масштабируемости. Однако при такой архитектуре не обойтись без переоснащения значительного количества узлов доступа и управления ими.

КАЧЕСТВО УСЛУГ IP И DSL

Необходимостью обеспечения качества обслуживания для сервисов IP поверх DSL озаботился Форум DSL: на базе рабочих документов WT-080 и WT-081 отраслевой консорциум в сентябре 2003 г. опубликовал технический отчет TR-059 под названием «Эволюция DSL». В нем содержатся указания относительно разработки архитектуры для поддержки служб IP по DSL с обеспечением QoS. Тем самым форум DSL сокращает путь к высококачественным службам DSL: широковещательным видео и аудио, видео по требованию и интерактивным играм.

TR-059 описывает методологию введения качества обслуживания для IP поверх DSL и определяет требования к построению сети и интерфейсам. Эталонная архитектура TR-059 предполагает расширение традиционных коммутаторов АТМ на участке между сетями доступа и региональными сетями за счет функциональности BRAS. В результате за управление качеством обслуживания будет отвечать BRAS, а не DSLAM. От пользователей архитектура требует наличия соответствующего конечного оборудования (Customer-Premises Equipment, CPE), способного учитывать заданные и устанавливать собственные приоритеты.

Введение поддержки QoS для IP в базирующуюся пока преимущественно на АТМ инфраструктуру DSL — достаточно сложный процесс, поэтому «эволюционный подход» форума DSL предполагает следующую последовательность действий: на первом этапе провайдеры вводят в свои сети элементы с поддержкой IP, чтобы те вместе с терминальным оборудованием АТМ проводили потоки IP через не поддерживающие IP-устройства. За назначение приоритетов и формирование трафика отвечает DiffServ. Здесь пока нет необходимости в крупных дополнительных инвестициях или массовой модернизации со стороны провайдера. Лишь второй этап предусматривает перевод регулирования трафика на базу IP. Введение качества услуг для IP на базе правил должно будет обеспечить индивидуальную сквозную обработку потоков данных в зависимости от приложений и пользователей. Второй этап потребует достаточно больших вложений от провайдеров.

КАЧЕСТВО УСЛУГ ПО ТРЕБОВАНИЮ

Если качество обслуживания рассматривается в контексте каналов глобальных сетей, то, как правило, имеются в виду службы, для которых QoS определено с самого начала и закреплено между провайдером и корпоративным клиентом посредством соглашений об уровне сервиса. Фактор непостоянства вносит только использование QoS на базе сеансов: пограничный маршрутизатор провайдера автоматически распознает для каждого отдельного сеанса, о каком типе трафика идет речь, и автоматически назначает соответствующее качество услуг.

Взамен жесткой фиксации предприятиям желательно получить гибкую модель QoS, т. е. QoS по требованию. При этом если, например, организация использует линию DSL большей частью для доступа в Internet, то оно могло бы заказать услугу с более низким качеством. Если же время от времени возникает потребность в проведении видеоконференции, то качество обслуживания для соединения можно было бы поднять на определенный срок до необходимого уровня. В таком случае предприятие оплачивало бы дополнительную дорогостоящую услугу только за тот период, на протяжении которого она действительно оказывалась.

Качество обслуживания по требованию предполагает, что управление уровнями QoS доступно не только провайдеру, но и пользователю: последний должен иметь возможность самостоятельно задавать необходимое качество услуг посредством защищенного доступа к сервисному порталу провайдера. В будущем предложения подобного рода могут пополнить список дифференцированных услуг, причем наиболее интересны они для предприятий среднего размера. Технически качество услуг по требованию возможно реализовать уже сегодня. Однако до сих пор этого не может предложить ни один провайдер, поскольку оператору придется немало потратиться на интеграцию.

ПРЕПЯТСТВИЯ ДЛЯ ПЕРЕХОДА

Штефан Фогельзанг, один из основателей и вице-президент компании Laurel Networks, утверждает, что реализация даже статичных методов QoS представляется технически сложной задачей. Внедрение же динамических подходов к QoS обернется для провайдеров дополнительными проблемами с масштабируемостью и планированием. Поэтому, по мнению Фогельзанга, будущее все же, скорее, за статичным, чем за меняющимся по требованию качеством обслуживания в зависимости от приложения.

Еще радикальнее сложившуюся с QoS ситуацию оценивает Энди Либузер, технический директор европейского филиала Sprint. Компания недавно объявила о 100-процентной компенсации в случае нарушения соглашения об уровне сервиса в рамках своего предложения Sprintlink для услуг IP. Кроме того, Sprint предлагает специальные соглашения об уровне сервиса для вариации задержки. Причина таких действий в следующем: оператор, использующий на краю своих сетей устройства от Cosine, не превышает пропускную способность сети, а загружает ее менее чем на 50%. «В глобальных сетях, — утверждает Энди Либузер, — это наиболее дешевый способ достижения качества услуг, потому что задачи мониторинга лишь повышают стоимость эксплуатации. Кроме того, у нас не возникает проблем с масштабируемостью сети».

Тем не менее Кевин Митчел, главный эксперт Infonetics Research по сетям провайдеров и услугам следующего поколения, утверждает обратное: «QoS по требованию и QoS для каждого отдельного сеанса — важные функции на краю провайдерской сети. Такими свойствами будет обладать новое поколение сетей IP. Именно в это направление провайдеры должны вкладывать деньги».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Качество услуг на краю сетей провайдеров — и в этом вопросе провайдеры и производители устройств сходятся — является сегодня «абсолютно доминирующей темой», как выразился Марко Вандерс из компании Redback. В случае пакетного трафика качество услуг должно обеспечиваться и для Ethernet, и для DSL, а в будущем — для беспроводных сетей, чтобы удовлетворять требованиям корпоративных пользователей. При этом в каждом сеансе QoS должно самостоятельно адаптироваться к выбранному приложению.


Internet для бизнеса в Европе

Аналитики из компании IDC, по данным исследования в сентябре 2003 г., считают, что количество корпоративных широкополосных подключений в Европе резко возрастет: с 2,8 млн подключений в конце 2002 г. до более чем 12 млн в 2007 г. Это соответствует среднему годовому приросту в 34%. Использование же коммутируемых соединений соответствующим образом снизится, прежде всего со стороны средних и крупных предприятий. Рынок подключения к Internet посредством выделенной линии будет расти на 4% в год.

Вильгельм Грайнер — редактор LANline. С ним можно связаться по адресу: wg@lanline.awi.de.


? AWi Verlag

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями