Контроль качества предоставления услуг (SLA) в сетях IP/MPLS

99 Pages·01.107 MB·Russian

by  Ваняшин С. В.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное образовательное
бюджетное учреждение высшего профессионального
образования «Поволжский государственный университет
телекоммуникаций и информатики»

Кафедра автоматической электросвязи

Ваняшин С.В.

«Контроль качества предоставления услуг
(SLA) в сетях IP/MPLS»

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
по направлению подготовки магистра
210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

Самара
2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 621.391

Ваняшин С.В.
Контроль качества предоставления услуг (SLA) в сетях
IP/MPLS. Конспект лекций. – Самара.: ФГОБУ ВПО ПГУТИ,
2013. – 99 с.

Конспект содержит лекционный материал по дисциплине «Кон-
троль качества предоставления услуг (SLA) в сетях IP/MPLS»,
читаемой для студентов очной полной формы обучения по на-
правлению подготовки магистра «210700-
Инфокоммуникационные технологии и системы связи» маги-
стерской программы «Информационные технологии и сервисы в
инфокоммуникациях», в котором рассматриваются целый ряд
технологий обеспечения качества предоставления услуг в IP
ориентированных сетях. Содержание курса обеспечивает слу-
шателей необходимым объемом знаний для анализа и решения
задач обеспечения качества обслуживания в IP-сетях.

Рецензенты:
Карташевский В.Г. – д.т.н., профессор, Декан факультета
«Телекоммуникаций и радиотехники» ФГОБУ ВПО ПГУТИ
Мердеев Э.М. – директор департамента проектирования ООО
«Старт2ком» филиал Самарский

Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Поволжский государственный
университет телекоммуникаций и информатики»
© Ваняшин С.В., 2013
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание – перечень тем и разделов
Список обозначений и сокращений ……………………….. 4
Введение ………………………………………...................... 7
Лекция 1. Основы обеспечения качества обслуживания в
IP-сетях …………………………………………………….. 8
Лекция 2. Механизмы поддержки качества обслуживания
в сетях IP в плоскости контроля и административного
управления …………….......................................................... 23
Лекция 3. Механизмы поддержки качества обслуживания
в сетях IP в плоскости данных …………………………….. 45
Лекция 4. Модели IntServ и DiffServ ……………………… 56
Лекция 5. Технология MPLS ………………………………. 71
Список литературы ………………………………………… 93
Глоссарий …………………………………………………… 95

3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Список обозначений и сокращений
ACL (Access Control List) – список управления доступом
AF (Assured Forwarding) – гарантированная доставка
(Application Programming Interface) – прикладной
API
программный интерфейс
AS (Autonomous System) – автономная система
(asynchronous transfer mode) – асинхронный режим
ATM
передачи
(Border Gateway Protocol) – пограничный протокол
BGP
маршрутизации
(Connection Less Network Protocol) – сетевой протокол
CLNP
без организации соединений
(Common Management Information Protocol) – общий
CMIP
протокол управления информацией
CQ (Custom Queuing) – настраиваемые очереди
(Ethernet Carrier Sense Multiple Access with Collision
CSMA/CD Detection) – множественный доступ к сетям Ethernet с
проверкой несущей и обнаружением конфликтов
(Flow-based WFQ) – основанный на классах режим
CWFQ
WFQ
(Datagram Delivery Protocol) – протокол доставки
DDP
дейтаграмм
(Differentiated Services) – дифференцированное
DiffServ
обслуживание
(Demand Priority Access) – метод доступа по приорите-
DPA
ту
(Demand Priority Queuing) – метод доступа по очереди
DPQ
запросов
(Differentiated Services Code Point) – поле кода
DSCP
дифференцированной услуги
EF (Expedited Forwarding) – быстрое продвижение
FIFO (First In – First Out) – «первым пришел – первым ушел»
FQ (Fair Queuing) – справедливое обслуживание
(File Transfer, Access, and Management) – протокол пе-
FTAM
редачи, доступа и управления файлами
FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов
(Flow-based WFQ) – основанный на потоках режим
FWFQ
WFQ
HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – протокол передачи
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
гипертекста
IntServ (Integrated Services) – интегрированное обслуживание
IP (Internet Protocol) – протокол Интернет
(International Standardization Organization) – Междуна-
ISO
родная организация по стандартам
LAN (Local Area Network) – локальная вычислительная сеть
(Logical Link Control) – управление логическим кана-
LLC
лом осуществляет логический контроль связи
(Link State Advertisement) – извещение о состоянии
LSA
канала
MA (Multiply Access) – режим коллективного доступа
MAC (Media Assess Control) – контроль доступа к среде
(Multiprotocol Label Switching) – многопротокольная
MPLS
коммутация по меткам
NBP (Name Binding Protocol) – протокол связывания имен
(Network Basic Input/Output System) – протокол для
NetBIOS
взаимодействия программ через компьютерную сеть
(Open Systems Interconnection Reference Model) – эта-
OSI лонная модель взаимодействия открытых систем
(ЭМВОС)
(Open Shortest Path First) – протокол, базирующийся на
OSPF
алгоритме поиска наикратчайшего пути
PQ (Priority Queuing) – приоритетное обслуживание
(Per-Hop Behavior) – принятие решения о продвижении
PНВ
пакета данных на каждом переходе
QoS (Quality of Service) – качество обслуживания
(Routing Information Protocol) – протокол
RIP
маршрутизации
(Resource Reservation Protocol) – протокол резервиро-
RSVP
вания ресурсов
SE (Shared Explicit) – явное резервирование
(Service Level Agreement) – соглашение о качестве об-
SLA
служивания
(Serial Line IP) – Протокол последовательной посим-
SLIP
вольной передачи данных
(System Network Architecture) – системная сетевая ар-
SNA
хитектура
(Sequenced Packet eXchange) – последовательный об-
SPX
мен пакетами
SSL (Secure Sockets Layer) – протокол защищённых сокетов
TCP (Transmission Control Protocol) – протокол управления
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
передачей стека TCP/IP
TCP/IP стек протоколов
ToS (Type of Service) – тип обслуживания
(User Datagram Protocol) – пользовательский протокол
UDP
дейтаграмм стека TCP/IP
VPN (Virtual Private Network) – виртуальная частная сеть
(Wide Area Network) – территориально распределенная
WAN
сеть
WF (Wildcard Filter) – групповой фильтр
(Weighted Fair Queuing) – взвешенное справедливое
WFQ
обслуживание
(Weighted Random Early Detection) – взвешенное слу-
WRED
чайное обнаружение
БД база данных
ЛВС локальная вычислительная сеть
МСЭ Международный союз электросвязи
ПК персональный компьютер
ПО программное обеспечение

6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Введение

Телекоммуникационная отрасль является одной из самых
быстроразвивающихся отраслей экономики. Ее бурный и дина-
мический рост обуславливает потребность в высокопрофессио-
нальных специалистах, подготовку которых должны обеспечить
высшие учебные заведения страны. Такие специалисты должны
владеть знаниями технологий обеспечения качества обслужива-
ния в современных телекоммуникационных сетях и навыками
их проектирования.
Настоящий курс лекций является частью учебно-
методического комплекса и предназначен для студентов, обу-
чающихся по программе «Контроль качества предоставления
услуг (SLA) в сетях IP/MPLS» по направлению подготовки ма-
гистра 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы
связи».
Конспект лекций состоит из 5 лекций, предусмотренных
учебной программой ПГУТИ. В лекции 1 приводятся общие
принципы обеспечения качества обслуживания в сетях, постро-
енных на базе IP-ориентированных протоколов и вопросы стан-
дартизации. Лекция 2 посвящена механизмам поддержки каче-
ства обслуживания в сетях IP в плоскости контроля и админист-
ративного управления. В 3-й лекции обсуждаются механизмы
поддержки качества обслуживания в сетях IP в плоскости дан-
ных. Лекция 4 предлагает слушателю обзор моделей предостав-
ления интегрированных и дифференцированных услуг (IntServ и
DiffServ), а в Лекции 5 приводится анализ организации вирту-
альных каналов при помощи меток, включая метки и механизмы
MPLS, а также протоколов распределения меток.
В списке источников даны ссылки на нормативные доку-
менты, статьи и монографии, использованные при написании
курса лекций.

7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 1. ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА
ОБСЛУЖИВАНИЯ В IP-СЕТЯХ
Цели лекции: изучение общих принципов обеспече-
ния качества обслуживания в сетях, построенных на базе
IP-ориентированных протоколов и вопросов стандартиза-
ции.
1.1 Понятие качества обслуживания
Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) опреде-
ляется как мера производительности передающей системы, от-
ражающая качество передачи и доступность услуг.
Качество передачи определяется следующими факторами:
(cid:1) доступность (Availability):
(cid:1) сетевая доступность — диапазон времени сетевой
достижимости между входной и выходной точкой
сети;
(cid:1) доступность сервиса (Service Availability) — диа-
пазон времени, в течение которого этот сервис
доступен между определёнными входной и вы-
ходной точками с параметрами, оговорёнными в
соглашении об уровне обслуживании (Service
Level Agreement — SLA);
(cid:1) потери пакетов (Packet Loss) — отношение правильно
принятых пакетов к общему количеству пакетов, кото-
рые были переданы по сети;
(cid:1) задержка (Delay) — время, которое требуется пакету
для того, чтобы после передачи дойти до пункта назна-
чения:
(cid:1) задержка сериализации (Serialization Delay) —
время, которое требуется устройству для передачи
пакета заданного размера при заданной ширине
полосы пропускания;
(cid:1) задержка распространения (Propagation Delay) —
время, которое требуется переданной в канал еди-
нице информации для достижения принимающего
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
устройства (зависит от расстояния и среды пере-
дачи);
(cid:1) задержка коммутации (Switchiing Delay) — время,
которое требуется устройству, принявшему пакет,
для начала передачи его следующему устройству;
(cid:1) колебания задержки (Packet Jitter) — разница между
сквозным временем задержки, которая возникает при
передаче по сети разных пакетов;
(cid:1) пропускная способность (Bandwidth) — общее количе-
ство данных, которые могут быть переданы в единицу
времени между двумя точками присутствия оператора.
В пакетных сетях в информационном потоке может пере-
даваться разнородный трафик, характеризующийся критичными
и второстепенными для себя параметрами. Для передачи аудио-
и видеоданных требуются разные требования к QoS. Для пере-
дачи видеоданных необходима высокая пропускная способность
и стабильное время задержки при передаче. При этом, чтобы
избежать искажений изображения, необходим стационарный
поток данных. При интерактивной передаче звука требуется
меньше пропускной способности канала, чем при передаче ви-
део, но необходима малая задержка прохождения пакетов через
сеть, иначе возникает «эхо». Передача файлов требует высокой
пропускной способности, но, в отличие от большинства других
видов сетевого трафика, наименее чувствительна к длительным
и непостоянным задержкам в сети.
Качество обслуживания использует распределение по ка-
тегориям и назначение приоритетов трафикам, что позволяет
гарантировать трафику с большим приоритетом лучшие условия
передачи через сетевую магистраль, вне зависимости от требо-
ваний к пропускной способности трафика менее важных прило-
жений.
1.2 Работы МСЭ по стандартизации качества
обслуживания в сетях IP
Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) является
предметом активных исследований и стандартизации на протя-
жении всей истории развития телекоммуникаций. Существен-
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ный вклад в развитие различных аспектов концепции QoS внес
Международный союз электросвязи, включая, в том числе, раз-
работку норм и требований к показателям качества обслужива-
ния, стандартизацию сетевых механизмов, обеспечивающих не-
обходимые показатели QoS, а также формулировку основопола-
гающих определений.
Среди стандартов, посвященных качеству обслуживания в
электросвязи, одно из центральных мест занимает Рекомендация
МСЭ Е.800. В ней качество обслуживания определяется как
"суммарный эффект рабочих характеристик обслуживания, ко-
торый определяет степень удовлетворенности пользователя
данной службой". Расширяя концепцию качества обслуживания,
отвечающую Рекомендации Е.800, Рекомендация МСЭ G.1000
разделяет рабочие характеристики обслуживания на функцио-
нальные компоненты и связывает их с сетевыми характеристи-
ками, определенными в ряде рекомендаций МСЭ – таких как
I.350, Y.1540 и Y.1541.
В дополнение к Рекомендации МСЭ G.1000, определяю-
щей структуру связей между рабочими характеристиками (про-
изводительностью, надежностью, потерями, задержкой и др.) и
характеристиками сети, Рекомендация МСЭ G.1010 содержит
спецификации требований со стороны приложений, ориентиро-
ванных на конечного пользователя.
Исторически, первые системы оценок и механизмов под-
держки качества обслуживания были разработаны для традици-
онных видов электросвязи – телеграфии и телефонии. Понятно,
что сегодня при широком применении сетей передачи данных,
быстром внедрении широкополосных технологий и замене теле-
грамм на сообщения электронной почты параметры качества
обслуживания и механизмы их поддержки в телеграфных сетях
становятся все менее актуальными. При построении и эксплуа-
тации ТфОП задача обеспечения гарантированного качества об-
служивания состоит в том, чтобы обслуживание телефонного
вызова осуществлялось с соблюдением всех установленных
норм, в том числе, и заданных показателей качества передачи
речи. Совокупность этих норм и соответствующих численных
значений базируется на документах МСЭ и ETSI.
10