Трафик сети NGN

связи следующего поколения (NGN)

NGN сети можно разделить его на четыре класса:

- трафик

реального времени (неэластичный трафик).
- потоковый трафик.
- трафик передачи данных (эластичный трафик).
- сигнальный трафик.

способный приспосабливаться к изменениям задержки и пропускной способности, продолжая удовлетворять

потребности приложения. Приложения, создающие подобный трафик, в качестве транспортного протокола, как правило, используют протокол TCP или UDP.
Неэластичный трафик - плохо приспосабливается к изменениям задержки и пропускной способности сети. Пример – realtime приложения. Используют протокол RTP/RTCP.
Потоковый трафик - трафик, похожий на трафик реального времени, но имеющий многократно большие требования к пропускной способности и меньшие требования к величине задержки.
Сигнальный трафик - поток отдельных вызовов (интерактивный). Может передаваться с помощью различных протоколов, основные из которых SIP, H.323, MGCP, H.248/MEGACO, SIGTRAN и др. Характеризуется небольшой чувствительностью к параметрам QoS, однако перегрузки в сети могут привести к значительному увеличению времени установления соединения или даже к невозможности его установить.

информации через сеть определяют сетевые службы. Ни одна сеть не

может удовлетворить любым требованиям службы. Сеть обладает свойствами семантической и временнóй прозрачности.

Под семантической прозрачностью принято понимать способность сети обеспечивать доставку информации от источника до адресата с приемлемым для данной службы уровнем ошибок. Семантическую прозрачность принято оценивать двумя показателями :
1. Коэффициент двоич­ных ошибок (Bit Error Rate, BER).
2. Коэффициент потерь пакетов (Packet Error Rate, PER).

Под временнóй прозрачностью сети принято понимать её свойство поддерживать значение времени задержки и джиттера (разброса) задержки, при которых обеспечивается требуемое качество обслуживания. Временную прозрачность принято оценивать двумя показателями:
Время задержки.
Джиттер задержки.

две группы скоростей передачи информации, доступной пользователю:
- постоянная

скорость передачи (ПСП);
- изменяющаяся скорость передачи (ИСП).

Конкретную службу характеризуют:
- пиковая скорость.
- средняя скорость.
- коэффициент пачечности источников.

Если источник генерирует информацию с ИСП, то скорость передачи может характеризоваться пиковой (Vп) и средней (Vс) величинами.
Источники, генерирующие информацию с изменяющейся скоростью, характеризуют коэффициентом пачечности Кп=Vп/Vс и средней длительностью пика Tп.

Если канал использует источник некоторой службы, генерирующий информацию с изменяющейся скоростью, то в моменты, когда скорость источника V(t) превышает скорость канала Vmax, качество обслуживания снижается.

"Классические" методы сетевых расчетов и моделирования основаны на пуассоновских

моделях - все поступившие в исследуемую систему вызовы взаимно независимы и интервалы времени между приходом двух последующих вызовов распределены согласно экспоненциальному закону.

Трафик мультисервисных сетей - это самоподобный трафик. Одно из важных свойств самоподобия трафика - сохранение своей структуры в разные масштабы времени. Из-за таких свойств самоподобного трафика традиционные методы расчета характеристик функционирования сетей дают слишком оптимистические результаты и приводят к недооценке реальной нагрузки.

сетевого (самоподобного) трафика (слева) и традиционной “не самоподобной” (пуассоновской) модели

телетрафика (справа) при различных масштабах временной оси.
Сверху вниз масштаб временной оси укрупняется

и производительность процессора маршрутизатора, а также - пропускная способность линий

передачи. Полный маршрут потока пакетов, в рамках конкретной прикладной задачи, или пакетов одного конкретного соединения через сеть, может быть представлен цепочкой мультиплексоров и линий передачи.












Эти потоки конкурируют между собой за ресурсы сети – емкость буферов, очередность обслуживания, и пропускную способность линий передачи.

сети требует мер управления сетевым трафиком, целью которых являются:
-

предупреждение резкого падения производительности сети;
- обеспечение требуемого приложением уровня качества обслуживания (Quality of Service, QoS) генерируемого им потока.
 
Обеспечение качества обслуживания (QoS) – комплексная задача и в ее решении принимают участие все уровневые протоколы. Качество обслуживания описывается системой параметров, специфической для каждого уровня.

Параметры качества обслуживания для уровня сети:
- полное время доставки (delay);
- неравномерность задержки доставки пакетов (jitter);
- уровень потерь пакетов (packet loss).

требует наличия:
- механизмов регулирования нагрузки, которые могут применяться к

линиям и коммутационным устройствам в сети;
- механизмов формирования (профилирования) потоков на входе в сеть;
- механизмов справедливого распределения ресурсов сети, выделяемых для обслуживания разных потоков;
- средств реализации сетевых политик (набора административных правил доступа к ресурсам сети).

Базовыми элементами реализации перечисленных механизмов являются
- алгоритмы обслуживания очередей пакетов;
- алгоритмы управления средней и пиковой скоростью передачи потоков.

рабочих характеристик обслуживания, который определяет степень удовлетворенности пользователя этой службой»

(E.800).

Задача: обеспечить заданное качество обслуживания в сквозном соединении (end-to-end) для различных видов трафика.

Условие: заданное качество обслуживания должны поддерживать все сетевые устройства на всем сквозном соединении.

Предоставление услуги подразумевает:
− строгое соблюдение утвержденного качества предоставления услуги;
− наблюдение за адекватной реализацией качества услуги;
− корректировку процесса предоставления услуги, если возникают отступления.

Оценка пользователем является конечной мерой качества услуг.

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

Standardizations Institute - Европейский институт по стандартизации телекоммуникаций

IETF: Internet

Engineering Task Force – Инженерная группа по решению задач Internet

MMCF: Multimedia Communications Forum - Форум по мультимедийным коммуникациям

EURESCOM: European Institute for Research and Strategic Studies in Telecommunications - Европейский институт по исследованиям и стратегическому планированию в телекоммуникациях

Организации, стандартизирующие модели обеспечения качества обслуживания

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

сети;
− доступность соединения;
− целостность (непрерывность) установленного соединения;
−

качество передачи сигнала по соединительному тракту (например, затухание тракта связи);
− готовность к обслуживанию;
− правильность начисления платы за услугу;
− секретность предоставления услуги − тайна содержания разговора.

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

приема номера вызываемого абонента в течение определенного промежутка времени.
Доступность соединения

− свойство сети предоставлять соединение с показателями качества передачи в пределах определенных допусков после получения достаточного количества знаков номера.
Непрерывность установленного соединения − свойство сети сохранять целостность установленного соединения в течение сеанса связи.
Качество передачи сигнала по соединительному тракту − свойство сети обеспечивать выполнение требований к характеристикам каналов и трактов сети доступа, магистральной, внутризоновой первичных сетей и систем передачи.

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости или в сочетании этих свойств.
Правильность

начисления платы за услугу − свойство служб сети правильно начислять плату за услугу в соответствии с установленным и известным абоненту тарифом.
Секретность предоставления услуги − свойство сети (или службы) сохранять тайну содержания разговора или данных пользователя.

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

их формирования
Очереди в узлах
Перегрузки в узлах
Влияние сети
Влияние оконечного
устройства
Задержка
распространения
Ошибки в

канале

Алгоритм
кодирования/декодирования

Механизм пакетизации

Задержка джиттер-буфера

Алгоритм
нивелирования потерь

Превышение допустимой
задержки

ЗАДЕРЖКИ

ПОТЕРИ

Показатели QoS

Механизмы медленного
старта и квитирования

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

времени, чувствительные к джиттеру, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (VoIP, видеоконференции)
Класс

1: Приложения реального времени, чувствительные к джиттеру, интерактивные (VoIP, видеоконференции)
Класс 2: Транзакции данных, характеризуемые высоким уровнем интерактивности (например, сигнализация)
Класс 3: Транзакции данных, интерактивные приложения
Класс 4: Приложения, допускающие низкий уровень потерь (короткие транзакции, массивы данных, потоковое видео)
Класс 5: Традиционные применения сетей IP

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

обслуживания, модель ITU-T
Примечание. Н - не нормировано. Значения параметров представляют

собой верхние
границы для средних задержек, джиттера, потерь и ошибок пакетов.

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

без дополнительных усилий (FIFO, drop tail)
Мягкий QoS – сервис

с предпочтениями. Приоритетное обслуживание, значения параметров QoS зависят от характеристик трафика.
Жесткий QoS – гарантированный сервис. Основан на предварительном резервировании ресурсов для каждого потока.

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

перегрузок
Управление буфером
Классификация
трафика
Маркировка пакетов
Управление
характеристиками
трафика
Организация

и
планирование
очередей

Измерения

Восстановление
трафика

Соглашение
об уровне
обслуживания

Плоскость
менеджмента

Плоскость
данных

Контрольная
плоскость

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

дополнительных возможностей, используется в best effort.
PQ (Priority Queuing) – приоритетные

очереди, вводится приоритет трафика (1-8).
CQ (Custom Queuing) – настраиваемые очереди, используется при резервировании ресурсов.
WFQ (Weighting Fair Queuing) – взвешенное справедливое обслуживание, позволяет динамически управлять ресурсами.

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

очередей FIFO и поддерживается отдельная очередь. Когда прибывает новый пакет

и направляется к выходному порту, он помещается в конец очереди. Пока очередь не опустеет, маршрутизатор передает пакеты из очереди, выбирая из нее самый старый пакет.

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

принадлежащим потокам с более высоким приоритетом или потокам, в большей

степени чувствительным к задержке, не предоставляется специального обслуживания. Если несколько пакетов из различных потоков готовы к передаче, они посылаются строго в порядке FIFO, то есть в том же порядке, в котором они поступили в очередь.
Если несколько меньших по размеру пакетов стоят в очереди позади больших пакетов, тогда результат применения схемы FIFO будет выражаться в большей средней задержке пакета, чем в случае, если бы более короткие пакеты передавались прежде больших пакетов. В целом получается, что потоки из пакетов большего размера получают лучшее обслуживание.
Более эгоистичное TCP-соединение может вытеснить более альтруистичес­кие TCP-соединения. Если возникает перегрузка и одно из ТСР-соединений по какой-то причине не снизит скорость передачи данных, тогда другим TCP-соединениям придется пойти на большие уступки, чем в случае, если бы все TCP-соединения снизили свои скорости.

очередей для каждого выходного порта. При этом можно поддерживать по

одной очереди для каждого источника или по одной очереди для каждого потока.
Каждый входящий пакет помещается в соответствующую очередь. Очереди обслуживаются в порядке, соответствующем приоритету очереди. То есть сначала пропускаются пакеты более приоритетных очередей, и только при их опустошении начинают пропускать пакеты из менее приоритетных очередей. При появлении пакетов в более приоритетных очередях, право передачи снова возвращается к ним. Пустые очереди пропускаются.

2013
САЛИФОВ Ильнур Илдарович

заставшие буфер полным. Используется в best effort.
RED – случайное раннее

обнаружение: при угрозе перегрузки пакеты из буфера отбрасываются с ненулевой вероятностью. Первая часть алгоритма (вычисление средней длины очереди) определяет допустимый уровень неравномерности трафика, а вторая часть алгоритма — частоту отбрасывания пакетов при данном уровне перегрузки.





Дырявое ведро – отбрасываются пакеты, не обслужившиеся за установленный период.

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

на случайный интервал времени, затем возобновляется с той же интенсивностью.
Использование

динамического окна: размер окна (количество пакетов, посылаемых источником за период) изменяется в зависимости от загрузки буфера.
Медленный старт: в случае перегрузки источники трафика прекращают передачу, затем посылают пакеты, постепенно увеличивая размер окна.

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

услуг (IntServ)
RFC-2205, 1994-1997 г.
Модель предоставления дифференцированных услуг (DiffServ)
RFC 2475,

1998 г.
MPLS (Multi-Protocol Label Switching)

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

2211, RFC 2212
Цель: предоставление приложениям возможности запрашивать сквозные требования по

ресурсам.
Недостатки: проблемы масштабирования.
Основной механизм: протокол резервирования ресурсов RSVP, в узлах используется WFQ.

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

сеть информацию о требованиях QoS для каждого потока. Работает совместно

с IP.
Резервирование проводится по адресу получателя. В случает отказа маршрута резервирование происходит заново.
Работает с двумя видами сообщений:
PATH: запрос на резервирование. Содержит:
скорость передачи данных;
максимально допустимый размер пульсации трафика.
RESV: запрос резервирования. Содержит:
скорость передачи данных;
максимально допустимый размер пульсации трафика.
QoS

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

Ильнур Илдарович

прописывает в своей памяти адрес предыдущего и посылает свой адрес

в PATH-запросе.
Получатель в ответ на PATH генерирует RESV и отправляет по прописанному в PATH пути. Т.о. резервирование происходит в обратном порядке, от получателя к отправителю.
Маршрутизаторы обрабатывают RESV-запросы, пытаясь предоставить требуемые ресурсы. В случае невозможности предоставления ресурсов резервирование начинается сначала.
Путь считается установленным, когда отправитель получает RESV. После этого начинается сеанс.

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

RFC 2597, RFC 2598
Цель: поддержка легко масштабируемых дифференцируемых услуг

в Internet
Недостатки: отсутствие гарантированного QoS
Основной механизм: маркировка трафика с использованием бита ToS (Type of Service). Поддерживает политики поведения сетевого узла: AF-phb и EF-phb (Per-Hop Behavior)

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

доставки – средство, позволяющее обеспечить несколько различных уровней надежности доставки

IP-пакетов.
Механизмы: эффективное управление полосой пропускания за счет организации собственной очереди для каждого типа трафика; 3 уровня приоритетов пакетов; RED.
EF-phb (Expedited Forwarding): политика немедленной доставки – обеспечение сквозного QoS для приложений реального времени.
Механизмы: приоритезация трафика; WFQ; распределение ресурсов; RED.

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

2547
Цель: отделение процесса маршрутизации пакета от необходимости анализа IP-адресов в

его заголовке, что существенно уменьшает время пребывания пакетов в маршрутизаторе и обеспечивает требуемые показатели QoS для трафика реального времени.
Недостатки: ориентирован на топологию
Основной механизм: коммутация по меткам, туннелирование

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович

в универсальном способе договоренности с пользователем о качестве предоставляемых услуг

– соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement, SLA).
Система управления должна использовать набор показателей для контроля производительности мультисервисной NGN сети и ее объектов (коммутаторов, маршрутизаторов, шлюзов, серверов приложений и др.).
Показатели, используемые для описания качества услуги:
- задержка установления соединения (establishment delay);
- задержка доставки данных «из конца в конец» (end-to-end delay);
- джиттер (jitter);
- задержка разъединения соединения (release delay);
- пиковая скорость передачи пакетов (Peak-rate throughput) - максимальное число пакетов, которое приложение может передавать в единицу времени;
- средняя скорость пакетов в единицу времени (Statistical throughput);
- коэффициент потерь (Loss ratio) - отношение числа потерянных пакетов к количеству переданных;
- приоритет - определяет очередность обслуживания запросов;
- стоимость - определяет максимальную допустимую стоимость сетевого соединения.

УрТИСИ, 2013

САЛИФОВ Ильнур Илдарович