Качество обслуживания (QoS)

Контроль полосы пропускания

Современные коммутаторы позволяют регулировать интенсивность трафика на своих портах с целью обеспечения функций качества обслуживания. Для этого они используют механизмы, называемые Traffic Policing (ограничение трафика) и Traffic Shaping (выравнивание трафика).

Рис. 15.8. Механизмы Traffic Policing и Traffic Shaping

Механизм Traffic Policing служит для ограничения скорости трафика, получаемого или отправляемого с интерфейса коммутатора. Когда эта функция активна, администратор может устанавливать различные пороговые значения скорости передачи на каждом из выходных портов коммутатора. Трафик, скорость которого меньше или равна пороговому значению, будет передаваться; трафик, скорость которого превышает пороговое значение, будет обрабатываться в соответствии с настроенной политикой, например, отбрасываться или маркироваться новым значением приоритета.

Основным средством, используемым для ограничения трафика, является хорошо известный алгоритм "корзина маркеров" (token bucket). Этот алгоритм предполагает наличие следующих параметров:

• согласованная скорость передачи (Committed Information Rate, CIR) -средняя скорость передачи трафика через интерфейс коммутатора/маршрутизатора. Этот параметр также определяет скорость помещения маркеров в корзину;
• согласованный размер всплеска (Committed Burst Size, CBS) — это объем трафика (в битах), на который может быть превышен размер корзины маркеров в отдельно взятый момент всплеска;
• расширенный размер всплеска (Extended Burst Size, EBS) — это объем трафика (в битах), на который может быть превышен размер корзины маркеров в экстренном случае.

На рис. 15.9 показана схема реализации алгоритма "корзина маркеров" в рамках механизма Traffic Policing.

Размер стандартной корзины маркеров (максимальное число маркеров, которое она может вместить) равен согласованному размеру всплеска (CBS). Маркеры генерируются и помещаются в корзину с определенной скоростью (CIR). Если корзина полна, то поступающие избыточные маркеры отбрасываются. Для того чтобы передать пакет из корзины вынимается число маркеров, равное размеру пакета в битах. Если маркеров в корзине достаточно, то пакет передается. Если размер пакета оказался больше, чем маркеров в корзине, то маркеры из корзины не извлекаются, а пакет рассматривается как не удовлетворяющий (non-conform) заданному профилю или избыточный. Для избыточных пакетов могут применяться различные способы обработки: они могут отбрасываться или перемаркировываться.

Рис. 15.9. Алгоритм "корзина маркеров" в рамках механизма Traffic Policing

Стандартная корзина маркеров не поддерживает экстренное увеличение размера всплеска, поэтому в такой реализации расширенный размер всплеска (EBS) равен согласованному размеру всплеска (CBS).

В корзине маркеров с возможностью экстренного увеличения размера всплеска расширенный размер всплеска (EBS) больше согласованного размера всплеска (CBS). Объем трафика (в битах), на который может быть превышен размер корзины, рассчитывается по формуле:

CBS = 1,5 х CIR/8
EBS = 2 х CBS

При такой реализации корзины маркеров, в случае нехватки маркеров, необходимых для передачи пакета, учитывается расширенный размер всплеска.

Механизм Traffic Shaping служит для сглаживания исходящего с интерфейсов коммутатора трафика. В отличие от механизма Traffic Policing, который в случае превышения скорости трафика заданного порогового значения может отбрасывать пакеты, механизм Traffic Shaping помещает избыточные пакеты в буфер.

Рис. 15.10. Алгоритм "корзина маркеров" в рамках механизма Traffic Shaping

В качестве средства выравнивания трафика механизм Traffic Shaping также использует алгоритм "корзина маркеров". В соответствии с механизмом Traffic Shaping из корзины вынимается число маркеров, равное размеру пакета в битах. Если в корзине имелось достаточное количество маркеров, то пакет передается. В противном случае пакет маркируется как неудовлетворяющий заданному профилю и ставится в очередь (буферизируется) для последующей передачи. Как только в корзине накопится количество маркеров, достаточное для передачи пакета, он будет передан.

Следует отметить, что механизм Traffic Shaping вносит задержку в передачу трафика, что критично для приложений, чувствительных к задержкам, таким как IP-телефония, потоковое видео и т.д. Однако этот механизм более дружествен к ТСР-потокам, т.к. благодаря буферизации уменьшается количество отбрасываемых пакетов и число их повторных передач.

Для управления полосой пропускания входящего и исходящего трафика на портах Ethernet коммутаторы D-Link поддерживают функцию Bandwidth control, которая использует для ограничения скорости механизм Traffic Policing. Администратор может вручную устанавливать требуемую скорость соединения на порте в диапазоне от 64 Кбит/с до максимально поддерживаемой скорости интерфейса с шагом 64 Кбит/с.

В качестве примера приведем настройку ограничения скорости до 128 Кбит/с для трафика, передаваемого с интерфейса 5 коммутатора.

config bandwidth_control 5 tx_rate 128

Более гибким решением ограничения полосы пропускания является функция per-flow Bandwidth control, реализованная на старших моделях управляемых коммутаторов D-Link. Эта функция позволяет ограничивать полосу пропускания не всему трафику, получаемому или передаваемому с интерфейса коммутатора, а конкретным потокам данных, определенным администратором сети.

Функция per-flow Bandwidth control использует механизм списков управления доступом для просмотра определенного типа трафика и ограничения для него полосы пропускания. Весь этот процесс происходит на микросхемах портов ASIC. Таким образом, это не влияет на загрузку ЦПУ, соответственно, не снижает производительности коммутатора.

Пример настройки QoS

На рис. 15.11 приведена схема локальной сети, в которой пользователи 1 и 3 используют приложения IP-телефонии. Голосовому трафику пользователей 1 и 3 требуется обеспечить наивысшее качество обслуживания по сравнению с трафиком других приложений, выполняемых на компьютерах остальных пользователей сети.

Рис. 15.11. Пример настройки QoS

Настройка коммутатора 1

• Для того чтобы внутри коммутатора могла обрабатываться информация о приоритетах 802.1р, состояние портов коммутатора, к которым подключены пользователи, необходимо перевести из "немаркированные" в "маркированные".

  config vlan default add tagged 1-6
  
• Изменить приоритет порта 18, к которому подключен пользователь 3, использующий приложения IP-телефонии, с 0 (установлено по умолчанию) на 7. Пакеты с приоритетом 7 будут помещаться в очередь Q6, которая имеет наивысший приоритет обработки.

  config 802.1p default_priority 18 7
  

Настройка коммутатора 2

• Изменить состояния портов с "немаркированные" на "маркированные"

  config vlan default add tagged 1-6
  
• Изменить приоритет порта 16, к которому подключен пользователь 1, использующий приложения IP-телефонии, с 0 (установлено по умолчанию) на 7. Пакеты с приоритетом 7 будут помещаться в очередь Q6, которая имеет наивысший приоритет обработки.

  config 802.1p default_priority 16 7
  

Карта привязки приоритетов 802.1р к очередям и механизм обслуживания очередей не изменяются и используют параметры, настроенные по умолчанию.