МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ В МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЯХ М.Ю. Будько
Научный руководитель — кандидат технических наук, доцент Г.П. Жигулин
Рассматриваются методы управления качеством обслуживания в компьютерных сетях. Определяются области их применения, достоинства и недостатки. Предлагается метод, позволяющий обеспечить требуемое качество обслуживания в сетях, не поддерживающих специальных механизмов резервирования ресурсов.
Введение
Контроль качества является актуальной задачей в вычислительных сетях. Современные информационные технологии все больше ориентируются на передачу потоков мультимедийных данных реального времени. Это заставляет владельцев компьютерных сетей внедрять технологии, обеспечивающие качество обслуживания. Следовательно, производители сетевых устройств стремятся закладывать в них соответствующие возможности. Сложность применяемых технических решений влияет на стоимость оборудования и услуг, которые на нем предоставляются. Под мультисервисными сетями в настоящей работе понимаются сети, одновременно использующиеся для передачи данных, не предъявляющих требований к полосе пропускания, и трафика, критичного к задержкам.
При передаче на большое расстояние важной является поддержка сквозного качества обслуживания на протяжении всего маршрута. Задача усложняется, когда потоковые данные проходят через сети, принадлежащие разным провайдерам. Операторы могут применять несовместимые механизмы качества обслуживания или вообще их не поддерживать. Таким образом, возникает необходимость анализа достоинств, недостатков, области применения методов контроля качества обслуживания.
Обзор методов контроля качества обслуживания
Методы контроля качества обслуживания предназначены для управления такими сетевыми параметрами, как:
1) задержка (delay), т.е. время, необходимое пакетам для прохождения от источника к получателю;
2) джиттер (jitter) — время, на которое изменяется значение задержки;
3) пропускная способность (throughput) — скорость передачи пакетов;
4) уровень потери пакетов (packet loss rate).
Организация IETF (Internet Engineering Task Force), отвечающая за спецификацию протоколов и архитектуры сети Internet, выделяет две группы услуг, в зависимости от требуемого качества обслуживания:
1) дифференцированные услуги (differentiated services);
2) интегрированные услуги (integrated services).
В первом случае потоки информации обслуживаются в соответствии с тем приоритетом, который они имеют. При этом не гарантируется выполнение каких-либо требований к значениям сетевых параметров. Во втором случае предлагается механизм, позволяющий резервировать ресурсы на всем протяжении маршрута. Благодаря этому обеспечивается необходимое качество обслуживания.
Ограничениями дифференцированного подхода является то, что, несмотря на высокий приоритет, данные все равно могут быть подвержены непредсказуемым задержкам при перегрузках в сети. Преимущества состоят в том, что не требуется сложного и дорогого оборудования для построения сети. При интегрированном подходе обеспечи-
вается предварительное планирование и резервирование ресурсов. Это влияет на стоимость оборудования, однако гарантирует качество услуг.
В ГР-сетях, изначально работающих по принципу наибольших усилий, возможно предоставление качественных услуг для передачи аудио, видео и другого чувствительного трафика. Но не вся сетевая инфраструктура поддерживает соответствующие механизмы. Следовательно, актуальной является задача разработки способов, позволяющих с минимальными затратами и на существующей технической базе предоставлять сравнимые по качеству услуги. В предлагается, ав и подробно описывается метод статистического анализа состояний вызовов. Его использование в сетях ГР-телефонии позволяет реализовать подход, при котором качество услуги повышается не за счет изменения инфраструктуры, а за счет улучшенного управления. Следовательно, можно пробовать распространить этот подход и на другие виды услуг.
Метод управления качеством от источника
На рис. 1 представлена наиболее распространенная схема работы пользователя в сети Интернет.
Рис. 1. Типичная схема сети
Под сервером данных понимается любой источник информации, не предъявляющий особых требований к задержкам и другим сетевым параметрам, а под медиа-сервером — источник потоков информации, чувствительной к состоянию сети. Будем считать, что ни один из участников обмена трафиком не поддерживает возможности резервирования ресурсов, но поддерживает дифференцированное обслуживание по приоритетам. В контексте настоящей работы основное внимание будет уделяться мультимедийным потокам информации, поэтому схема передачи обычных данных анализироваться не будет.
Участки, на которых возможны перегрузки, представлены на рис. 2 пунктирной линией.
Рис. 2. Узкие места в сети при передаче мультимедиа потоков
Рассмотрим причину возникновения перегрузок на участке (1). Предположим, что медиа-сервер передает потоки мультимедиа, каждый из которых занимает определен-
ную полосу пропускания. Тогда график загрузки линии (1) будет выглядеть как на рис. 3.
Загрузка линии
Кол-во потоков
Рис. 3. Загрузка линии (1)
При этом делается предположение, что один поток передается с интенсивностью 1 Мбит/с, а общая пропускная способность канала связи — 100 Мбит/с. В результате на одной подобной линии связи возможна передача приблизительно 100 потоков. При необходимости сгенерировать большее количество потоков возникнут ошибки на уровне приложений.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Увеличение количества потоков возможно только за счет использования сжатия или увеличения степени сжатия, если оно уже применялось. Наиболее приемлемой является ситуация, когда приложение-сервер способно самостоятельно оценивать загрузку линии связи и динамически изменять степень сжатия. В этом случае график загрузки линии будет похож на рис. 4.
Загрузка линии
Кол-во потоков
Рис. 4. Увеличение числа потоков за счет применения сжатия
При достижении некоторого уровня загрузки канала скорости потоков уменьшаются. Это позволяет повысить количество передаваемых потоков. Основные проблемы, возникающие при таком подходе:
1) правильная оценка ситуации в сети;
2) наличие механизмов, позволяющих динамически увеличивать или уменьшать степень сжатия данных.
На участке (2) перегрузки будут возникать, если объемы информации, поступающие от серверов, будут превышать возможности линии связи, идущей к пользователям. Однако при наличии механизмов оценки ситуации в сети и использовании дифференцированного обслуживания возможно снижение загрузки за счет повышения степени сжатия. Для этого необходимо использовать дополнительные программные средства мониторинга состояния сети и качества предоставляемой услуги, как показано на рис. 5.
КОДЕК (сервер) СЕТЬ — КОДЕК (клиент)
^- —
МОНИТОР (сервер) МОНИТОР (клиент)
^-
Рис. 5. Схема взаимодействия
Их задача состоит в определении не только качества работы сети путем измерения параметров ее функционирования, но и влияния этих параметров на потребительские свойства предоставляемой мультимедиа-услуги. Это возможно с помощью измерения таких параметров, как:
1) количество поврежденных (восстановленных) пакетов на стороне клиента,
2) количество пропущенных кадров при воспроизведении,
3) реальная частота кадров.
Заключение
Можно сделать вывод, что сети, не приспособленные для передачи мультимедиа-потоков, также возможно использовать для предоставления сервиса с достаточно высоким качеством. Однако это потребует внедрения специальных способов управления сетью.
Литература
2. Будько М.Ю. Оценка качества передачи голоса в сетях 1Р-телефонии // Труды II конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО. СПб: СПбГУ ИТМО, 2005.
4. Столингс В. Современные компьютерные сети. 2-е изд. СПб: Питер, 2003.
5. Шринивас В. Качество обслуживания в сетях !Р. М.: Вильяме, 2003.