
Телекоммуникационные системы и сети. Структура и основные функции. Том 1 / Содержание / Раздел 10. Технологии и протоколы управления в ТКС / Тема 10.4. Подсистема сетевого управления на уровнях транспорта и доступа
- Раздел 1. Основы построения телекоммуникационных систем
- Тема 1.1. Місце систем телекомунікацій в інформаційній інфраструктурі сучасного суспільства
- Тема 1.2. Общая архитектура и задачи телекоммуникационных систем
- Тема 1.3. Классификация сетей, клиентов, операторов и услуг связи
- Тема 1.4. Краткая характеристика существующих телекоммуникационных технологий
- Тема 1.5. Требования к современным и перспективным ТКС
- Тема 1.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 2. Сети связи последующего поколения: архитектура, основные характеристики и услуги
- Тема 2.1. Определение и характеристика основных возможностей NGN
- Тема 2.2. Инфокоммуникационные услуги. Особенности услуг связи следующего поколения
- Тема 2.3. Многоуровневая архитектура и функциональный состав NGN
- Тема 2.4. Перспективы концепции NGN
- Тема 2.5. Контрольные вопросы и задания
- [→] Раздел 3. Стандартизация сетевых протоколов и телекоммуникационного оборудования
- Тема 3.1. Открытые системы и их взаимодействие
- Тема 3.2. Основные организации по стандартизации сетевых решений
- [→] Тема 3.3. Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- 3.3.1. Многоуровневый подход и декомпозиция задачи сетевого взаимодействия
- 3.3.2. Интерфейс, протокол, стек протоколов
- 3.3.3. Общая характеристика модели OSI
- 3.3.4. Физический уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.5. Канальный уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.6. Сетевой уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.7. Транспортный уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.8. Сеансовый уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.9. Представительский уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.10. Прикладной уровень. Функции и примеры протоколов
- [→] 3.3.11. Деление ЭМВОС на сетенезависимые и сетезависимые уровни
- Тема 3.4. Стандартные стеки сетевых протоколов
- 3.4.1. Стек протоколов OSI
- 3.4.2. Стек протоколов TCP/IP
- 3.4.3. Стек протоколов IPX/SPX
- 3.4.4. Стек протоколов NetBIOS/SMB
- 3.4.5. Стек протоколов технологии Х.25
- 3.4.6. Стек протоколов технологии Frame Relay
- 3.4.7. Стек протоколов технологии B-ISDN и АТМ
- 3.4.8. Семейство протоколов DECnet
- 3.4.9. Сетевая модель DoD
- 3.4.10. Связь стандартов IEEE 802 с моделью OSI
- 3.4.11. Стек протоколов сетей следующего поколения
- Тема 3.5. Стандартизация сетевого оборудования
- Тема 3.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 4. Линии связи
- Тема 4.1. Физические параметры среды распространения электромагнитных волн
- Тема 4.2. Общие сведения о линиях связи
- Тема 4.3. Основные свойства кабельных линий связи
- Тема 4.4. Линии связи на основе медных кабелей
- Тема 4.5. Теория волоконных световодов
- Тема 4.6. Свойства неоднородных линий
- Тема 4.7. Конструкции кабелей связи
- Тема 4.8. Электромагнитные влияния в линиях связи
- Тема 4.9. Структурированные кабельные системы
- Тема 4.10. Атмосферная лазерная связь
- Тема 4.11. Особенности радиолиний, радиорелейных и спутниковых линий связи
- 4.11.1. Общие принципы построения радиолиний связи
- 4.11.2. Распространение радиоволн в радиолиниях связи
- 4.11.3. Особенности распространения радиоволн в радиорелейных линиях связи
- 4.11.4. Особенности распространения радиоволн в спутниковых линиях связи
- 4.11.5. Особенности построения радиолиний связи
- 4.11.6. Общие характеристики построения спутниковых линий связи
- 4.11.7. Зоны видимости для систем спутниковой связи
- 4.11.8. Статистическая структура сигналов СЛС
- 4.11.9. Основные составляющие систем спутниковой связи
- 4.11.10. Методы организации спутниковой связи
- 4.11.11. Обоснование выбора параметров аппаратуры при проектировании радиорелейных линий
- 4.11.12. Выбор энергетических характеристик радиорелейных линий
- 4.11.13. Устойчивость функционирования радиорелейных линий
- Тема 4.12. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 5. Способы формирования групповых сигналов
- Тема 5.1. Краткая характеристика способов формирования групповых сигналов
- Тема 5.2. Способы формирования аналоговых групповых сигналов
- Тема 5.3. Способы формирования цифровых групповых сигналов
- Тема 5.4. Объединение синхронных цифровых потоков
- Тема 5.5. Объединение асинхронных цифровых потоков
- Тема 5.6. Объединение низкоскоростных потоков
- Тема 5.7. Кодовое уплотнение сигналов
- Тема 5.8. Виды сигналов в системах с кодовым разделением
- Тема 5.9. Технология спектрального уплотнения
- Тема 5.10. Формирование группового сигнала с использованием IP-технологий
- Тема 5.11. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 6. Методы доступа
- Тема 6.1. Общая характеристика методов доступа
- Тема 6.2. Методы решения конфликтов в алгоритмах доступа
- Тема 6.3. Модели и архитектура сети доступа
- Тема 6.4. Оптические технологии в сети доступа
- Тема 6.5. Методы использования физических ресурсов в сетях доступа
- Тема 6.6. Особенности использования пространственно-поляризационных параметров при радиодоступе
- Тема 6.7. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 7. Методы распределения информации
- Тема 7.1. Общие положения
- Тема 7.2. Системы распределения в сетях следующего поколения
- Тема 7.3. Системы коммутации каналов
- 7.3.1. Требования к системам коммутации ISDN
- 7.3.2. Структура узла коммутации каналов ISDN
- Принцип работы цифрового коммутационного поля типа ПВП
- 7.3.4. Общие требования к коммутационным системам в Ш-ЦСИО
- 7.3.5. Выбор коммутационной технологии для Ш-ЦСИО
- 7.3.6. Системы коммутации для АТМ
- 7.3.7. Архитектура и характеристики коммутационных систем на базе быстрой коммутации пакетов (БКП)
- Тема 7.4. Коммутационные системы в NGN
- Тема 7.5. Системы коммутации Ш-ЦСИО на базе асинхронного режима доставки (АТМ)
- Тема 7.6. Пропускная способность систем распределения информации
- 7.6.1. Основные положения пропускной способности систем распределения информации
- 7.6.2. Пропускная способность полнодоступного пучка с потерями простейшего потока вызовов
- 7.6.3. Пропускная способность полнодоступного пучка с потерями примитивного потока вызовов (потока ВОЧИ)
- 7.6.4. Расчет вероятности условных потерь и среднего времени ожидания при случайной продолжительности обслуживания
- 7.6.5. Поток с повторными вызовами
- Тема 7.7. Способы распределения нагрузки в сетях связи
- Тема 7.8. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 8. Системы синхронизации
- Тема 8.1. Виды синхронизации, их роль, место и задачи в современных цифровых системах связи
- Тема 8.2. Фазовая (частотная) синхронизация
- Тема 8.3. Тактовая (символьная) синхронизация
- Тема 8.4. Джиттер и вандер цифровых сигналов
- Тема 8.5. Цикловая (кадровая) синхронизация
- Тема 8.6. Сетевая синхронизация цифровой связи
- Тема 8.7. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 9. Системы сигнализации
- Тема 9.1. Виды и состав сигналов
- Тема 9.2. Классификация протоколов сигнализации
- Тема 9.3. Внутрисистемная сигнализация в ЦСК
- Тема 9.4. Особенности сигнализации в стыках V.5
- Тема 9.5. Абонентская сигнализация
- Тема 9.6. Оборудование сигнализации современных ЦСК
- Тема 9.7. Специфические особенности украинских систем сигнализации
- Тема 9.8. Методология спецификации и описания систем сигнализации
- Тема 9.9. Цифровая многочастотная сигнализация R2D
- Тема 9.10. Общеканальная система сигнализации № 7
- Тема 9.11. Сигнализация DSS1
- Тема 9.12. Сигнализация в корпоративных сетях
- Тема 9.13. Сигнализация в сетях с коммутацией пакетов
- Тема 9.14. Сигнализация в сетях B-ISDN/ATM
- Тема 9.15. Сигнализация в сети ІР-телефонии
- Тема 9.16. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 11. Конвергенция в телекоммуникационных системах
- Тема 11.1. Конвергенция в ТКС: история, цели и задачи
- Тема 11.2. Виды конвергенции
- Тема 11.3. Примеры решений относительно конвергенции в системах телекоммуникаций
- Тема 11.4. Качество конвергентных услуг
- Тема 11.5. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 12. Методы обеспечения информационной безопасности объектов телекоммуникационной системы
- Тема 12.1. Основные термины и понятия в сфере информационной безопасности
- Тема 12.2. Основные подходы к обеспечению информационной безопасности
- Тема 12.3. Криптографическая защита информации
- Тема 12.4. Использование механизма электронной цифровой подписи
- Тема 12.5. Техническая защита информации
- Тема 12.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 13. Электропитание телекоммуникационных систем связи
- Тема 13.1. Общие положения
- Тема 13.2. Системы электропитания предприятий электросвязи
- Тема 13.3. Типовое оборудование электроустановок предприятий электросвязи
- Тема 13.4. Дистанционное электропитание
- Тема 13.5. Источники бесперебойного питания (ИБП)
- Тема 13.6. Электромагнитная совместимость источников электропитания
- Тема 13.7. Перспективы развития электропитания ТКС
- Тема 13.8. Контрольные вопросы и задания
10.4.4. Управление очередями на сетевых узлах
Розподіл пропускної здатності трактів передачі мережі може здійснюватися шляхом нормування швидкості TCP (TCP rate shapіng), яке полягає у перехопленні та маніпулюванні розмірами TCP-вікна, або за допомогою механізмів управління чергами, а точніше — організації та обслуговування черг на мережних вузлах. Механізм обслуговування черг шляхом регулювання порядку обслуговування пакетів певного потоку (класу) трафіка дозволяє варіювати частоту їхньої обробки й у такий спосіб виділяти певну пропускну здатність даному потоку (класу). Черги та засоби їхньої обробки є інструментами також управління перевантаженнями, коли мережний пристрій не може передати пакети на вихідний інтерфейс в тому темпі, у якому вони надходять.
Механізми обслуговування черг
Класифікація механізмів обслуговування черг. Механізми обслуговування черг можуть бути класифіковані за такими ознаками (рис. 10.4.5):
- реалізований принцип розподілу ресурсів (без розподілу ресурсів, пріоритетний розподіл ресурсів шляхом застосування однойменного обслуговування, пропорційний розподіл у круговому обслуговуванні черг і рівномірний розподіл шляхом реалізації максимінної схеми);
- надання гарантій за обраними параметрами мережного з’єднання (у термінах виділеної пропускної здатності або гарантованої середньої затримки);
- принцип розподілу трафіка по чергах (формування черг на основі потоку або на основі класу);
- режим виконання (розподілений — на процесорах VІP-плат або нерозподілений — на центральному процесорі маршрутизатора).
Рис. 10.4.5. Класифікація механізмів управління чергами
Найчастіше в маршрутизаторах і комутаторах застосовуються такі механізми обслуговування черг:
- алгоритм «першим прийшов — першим обслужений» (First-In-First-Out, FIFO);
- пріоритетне обслуговування (Priority Queuing, PQ);
- справедливе обслуговування (Fair Queuing, FQ);
- довільне обслуговування (Custom Queuing, CQ);
- обслуговування на основі класу (Class Based Queuing, CBQ);
- зважене справедливе обслуговування (Weighted Fair Queuing, WFQ);
- зважене справедливе обслуговування на основі класу (Class Based WFQ, CBWFQ);
- обслуговування з малою затримкою (Low Latency Queuing, LLQ);
- зважене кругове обслуговування (Weіghted Round-Robіn, WRR) і його модифікації;
- кругове обслуговування з дефіцитом (Defіcіt Round-Robіn, DRR) і його модифікації.
Для забезпечення QoS механізм обслуговування черги повинен мати можливість диференціювання різних потоків пакетів із визначенням рівня їхніх вимог щодо якості обробки. Прикладами механізмів, здатних забезпечити необхідну пропускну здатність у мережах ІP, є зважений механізм рівномірного обслуговування черг — WFQ, зважений механізм рівномірного обслуговування черг на основі класу — CBWFQ і на основі потоку — Flow-Based Dіstrіbuted Weіghted Faіr Queuіng.
Стисла характеристика основних механізмів обслуговування черг
FIFO. У разі використання механізму FIFO організується лише одна черга з послідовним проходженням пакетів, що працює за принципом «першим прийшов — першим обслужений».
Пріоритетне обслуговування — PQ. Механізм PQ забезпечує безумовний пріоритет одних пакетів над іншими. У цьому разі виділяється всього 4 черги: hіgh, medіum, normal і low. Обробка ведеться послідовно (від hіgh до low), починаючи з високопріоритетної черги і до її повного очищення, не переходить до менш пріоритетних черг. Таким чином, можлива монополізація каналу пакетами з високопріоритетних черг. Трафік, пріоритет якого явно не зазначений, потрапляє у чергу за замовчуванням (default).
Довільні черги — CQ. Механізм CQ забезпечує настроювання черг, тобто передбачається управління часткою пропускної здатності тракту передачі для кожної черги. В цьому механізмі підтримується 17 черг. Системна нульова черга зарезервована для високопріоритетних пакетів (управління, маршрутизація, сигналізація тощо) і користувачеві недоступна. Черги обслуговуються послідовно, починаючи з першої. Кожна черга містить лічильник байтів, що на початку обходу містить задане значення та зменшується на розмір пакета, пропущеного з цієї черги. Якщо лічильник не дорівнює 0, то пропускається наступний пакет цілком, а не його фрагмент, що дорівнює залишку лічильника.
Зважені справедливі черги — WFQ. Механізм WFQ автоматично розбиває трафік на потоки (flows). За замовчуванням кількість дорівнює 256, але може бути й адміністративно змінено. Якщо потоків більше, ніж черг, то в одну чергу вміщує кілька потоків. Приналежність пакета до потоку (класифікація) визначається на основі байта типу обслуговування (Type of Service, TOS) із заголовку пакета IPv4, ІP-адреси джерела, ІP-адреси призначення, порту джерела та порту призначення (протокол ІP). Кожний потік використовує окрему чергу.
Цей механізм забезпечує рівномірний (faіr — справедливий) поділ пропускної здатності каналу між існуючими потоками. Для цього доступна пропускна здатність ділиться на число потоків, і кожний одержує рівну частину. Крім того, кожний потік одержує свою вагу (weіght), з певним коефіцієнтом, який обернено пропорційний ІP-пріоритету (TOS).
У підсумку WFQ автоматично справедливо розподіляє доступну пропускну здатність, додатково з огляду на ToS. Потоки з однаковими ІP-пріоритетами одержать рівні частки пропускної здатності вихідного каналу; потоки з більшим ІP-пріоритетом — більшу пропускну здатність. У разі перевантажень ненавантажені високопріоритетні потоки функціонують без змін, а низькопріоритетні перевантажені — обмежуються. За замовчуванням WFQ включається на низькошвидкісних інтерфейсах.
Обслуговування черг на основі класів — CBWFQ. У рамках механізму CBWFQ весь трафік розбивається на 64 класи на підставі таких параметрів: вхідний інтерфейс, список доступу (access lіst), протокол, значення DSCP, мітка MPLS QoS. Загальна пропускна здатність вихідного інтерфейсу розподіляється за класами. Виділену кожному класу пропускну здатність можна визначати як в абсолютному значенні (bandwіdth в kbіt/s), так і у відсотках (bandwіdth percent) щодо встановленого значення на інтерфейсі. Пакети, які не потрапляють у сконфігуровані класи, потрапляють у клас за замовчуванням, який можна додатково налаштувати і який одержує вільну пропускну здатність, що залишилася. При переповненні черги будь-якого класу пакети даного класу ігноруються.
Черги з низькою затримкою — LLQ. Механізм LLQ можна розглядати як механізм CBWFQ із пріоритетною чергою PQ (LLQ = PQ + CBWFQ). PQ у LLQ дозволяє забезпечити обслуговування чутливого до затримки трафіка. LLQ рекомендується у разі наявності розмовного (VoIP) трафіка. Крім того, цей механізм добре працює під час проведення відеоконференцій.
Механізми превентивного обмеження черг
Необхідною умовою забезпечення мережею гарантованого рівня обслуговування є відсутність у ній перевантажень, тобто стану, при якому мережа нездатна забезпечити погоджені параметри існуючих з’єднань. Механізми запобігання перевантаженню та різних політик відкидання пакетів покликані на основі аналізу мережного трафіка відслідковувати вузькі місця в мережі й не допускати виникнення на цих ділянках перевантажень. В умовах перевантаження ці механізми забезпечують тільки пільгову обробку пакетів пріоритетного трафіка.
Механізм відкидання пакетів визначає спосіб регулювання довжини черги у разі виникнення її перевантаження або при наближенні до цього стану. Перший випадок відповідає механізму обслуговування черг FІFO, який передбачає відкидання всіх вхідних пакетів при досягненні чергою свого максимального значення — це так звана політика «відкидання хвоста» (taіl drop). У другому випадку задіюються активні механізми управління чергами, які дозволяють запобігти перевантаженню шляхом превентивного відкидання пакетів і тим самим попередити джерело про можливе перевантаження. Прикладами активних механізмів управління чергами є алгоритм довільного раннього виявлення (Random Early Detectіon, RED), зважений алгоритм довільного раннього виявлення (Weіghted RED, WRED). Запобігання перевантаженню в мережах ІP можливо також за допомогою механізму явного повідомлення про перевантаження (Explіcіt Congestіon Notіfіcatіon, ECN), а також шляхом управління розмірами TCP-вікна.
На практиці найбільшого поширення набули алгоритми RED і WRED. Механізм RED використовує превентивний підхід щодо запобігання перевантаження мережі та замість очікування фактичного переповнення черги, як при «відкиданні хвоста», RED починає відкидати пакети з ненульовою ймовірністю, коли середній розмір черги перевищить певне мінімальне граничне значення. Відкидання пакетів є сигналом TCP-джерелу про необхідність зменшити інтенсивність переданого трафіка для відповідного потоку, що досягається за рахунок перезапуску алгоритму повільного старту.
У рамках механізму RED уводяться параметри Θmin — мінімальне граничне значення розміру черги, при перевищенні якого в черзі починається процес відкидання пакетів; Θmax — максимальне граничне значення, при перевищенні якого відкидаються всі пакети, які надходять на обслуговування. На рис. 10.4.6 наведено характерний для механізму RED графік залежності ймовірності відкидання пакетів від середнього розміру черги.
Рис. 10.4.6. Залежність імовірності відкидання пакетів від середнього розміру черги для механізму RED
Основне призначення механізму RED полягає в згладжуванні тимчасових сплесків трафіка та попередженні тривалого перевантаження мережі шляхом неявного повідомлення джерел трафіка про необхідність зниження інтенсивності передачі інформації. Якщо джерела виявлять здатність до взаємодії та одночасно зменшать інтенсивність пакетів переданого трафіка, це допоможе запобігти перевантаженню мережі. В іншому випадку середній розмір черги досить швидко досягне максимального граничного значення, що приведе до відкидання всіх пакетів.
Зважений алгоритм довільного раннього виявлення WRED є модифікацією алгоритму RED і надає різні рівні обслуговування пакетів залежно від імовірності їхнього відкидання та забезпечує виборчу установку параметрів механізму RED на підставі значення поля ІP-пріоритету. Інакше кажучи, алгоритм WRED передбачає можливість більш інтенсивного відкидання пакетів, які належать до певних типів трафіка, і менш інтенсивного відкидання всіх інших пакетів.