Построить сеть, которая гарантированно пропускала бы весь трафик в случае активной сетевой работы всех пользователей, практически нереально. Параметры пропускной способности рассчитываются по неким усредненным показателям с учетом предположений о характере использования сети (типы задач, наличие голосового и мультимедийного трафика и т. п.). В большинстве сетей малых и средних предприятий пропускная способность сети используется менее чем на 10%, и ограничения в передаче данных из-за исчерпания полосы пропускания кажутся маловероятными. Но все каналы связи имеют свои пределы. С увеличением интенсивности использования сетевых приложений вероятность кратковременной перегрузки сети будет только повышаться. Сама сеть не гарантирует доставку информации. Если пакет с данными не может быть передан, он удаляется и, естественно, теряется. Большинство приложений корректно обработает факты потери части передаваемых данных и запросит их повторно. Однако есть задачи, для которых любая потеря пакетов недопустима. Например, при передаче голоса подобная ситуация приведет к возникновению "провалов". В этом случае можно решить проблему, если предоставить передаче голоса более привилегированные условия, чем, например, протоколу пересылки почтовых сообщений. Задача приоритезации трафика решается путем присвоения передаваемым по сети пакетам определенного класса обслуживания и обеспечения для них соответствующего качества обслуживания. Часто для простоты все эти технологии называют QoS — Quality of Service. В общем случае данная задача является весьма сложной2 и решается по-разному для локальной и магистральных сетей. Мы опишем основные подходы, используемые для ее решения.
Варианты приоритезации: QoS, ToS, DiffServ
Существует несколько возможностей определения необходимого качества обслуживания. На уровне кадров Ethernet (второй уровень модели OSI) существует возможность включения поля TAG, значение которого определяет требуемый уровень обслуживания. Поскольку протокол IP работает не только в сетях Ethernet, но и в сетях WAN, которые не обязательно основаны на кадре Ethernet, то и в IP-пакете было предусмотрено специальное поле ToS, принимающее данные о требуемом уровне обслуживания. Впоследствии был разработан новый протокол Differtiated Services (DS или DiffServ), который и используется в настоящее время для маркировки IP-пакетов в соответствии с уровнем обслуживания. Коммутаторы, используемые на малых и средних предприятиях, а также коммутаторы уровня доступа в больших сетях обычно используют для при-оритезации только поле QoS Ethernet-кадра. Коммутаторы уровня предприятия могут приоритезировать трафик с учетом всех действующих стандартов. Пакеты данных в соответствии с протоколом 802.1 р имеют специальное поле приоритета из трех битов. Таким образом, данные в локальной сети могут быть промаркированы одним из восьми классов обслуживания. Приоритет пакету должна "ставить" программа, создающая данный трафик, но его значение может быть изменено по пути следования (например, на некоторых моделях коммутаторов). В DiffServ на описание приоритета выделено 6 бит, что позволяет иметь до 64 возможных классификаций приоритезации. Реально используется существенно меньше уровней сервиса. В таблице приведены основные применяемые на практике уровни сервиса DiffServ.
Существуют и различные программы, позволяющие менять параметры качества обслуживания и назначать данным желаемые классы (приоритеты). Так, в состав пакета Resource Kit для сервера Windows входит программа Traffic Control, позволяющая назначать классы обслуживания на основе совещенных фильтров и переопределять параметры качества обслуживания.
Классификация, маркировка, приоритезация
Для настройки приоритезации трафика необходимо выполнить несколько шагов. Во-первых, следует создать правила, по которым можно выделить часть трафика, требующую особых условий при передаче. Этот процесс называется классификацией. Например, вы хотите предоставить льготные условия для передачи данных какому-то приложению. Если оно работает по какому-либо протоколу, не используемому другими приложениями, то достаточно создать правило классификации на основе протокола. Можно определить правило, которое будет выделять трафик, отправленный устройством А устройству Б с 8 часов утра до 12 часов дня каждый понедельник (возможности классификации зависят, в первую очередь, от используемого оборудования) и т. д. После того как данные классифицированы, передаваемый пакет следует маркировать. Поскольку по стандарту Ethernet реально существует восемь приоритетов, то вам необходимо составить правила, которые поставят в соответствие различные типы трафика существующим уровням. Промаркированный пакет готов к применению правил приоритезации. Классификацию с последующей маркировкой пакетов можно проводить на любом коммутаторе, поддерживающем управление приоритезацией. В том числе допускается и выполнение перемаркировки трафика, т. е. повторного назначения приоритетов на основании других правил. Однако более рационален иной подход: маркировку трафика следует выполнять там, где такой трафик создается, иными словами — на коммутаторах уровня доступа. Коммутаторы уровня распределения и ядра используют уже назначенную маркировку и производят на основании ее приоритезацию трафика по заданным на них правилам. Это оптимизирует нагрузку на активное оборудование сети, разгружая центральные коммутаторы от дополнительной работы по анализу трафика. После того как выполнены классификация и маркировка, необходимо применить правила приоретизации. Стандарт предусматривает восемь уровней приоритета, но не описывает правила, которые могут быть применены к каждому из них. В этом отношении имеются только общие рекомендации, поэтому вам придется сформировать правила приоритезации самостоятельно. Например, вы можете создать правило, которое будет блокировать весь трафик, соответствующий определенному классу. Реально процессы обеспечения различного уровня качества передачи реализуются путем направления пакетов на различные очереди в коммутаторе.
Как работает приоритезация: очереди
Процесс приоретизированной передачи пакетов реализуется следующим образом. На коммутаторе создаются буферы для временного хранения пакетов на каждом порте. Их принято называть очередью. Количество буферов— это количество очередей, которые поддерживает коммутатор. В идеале количество очередей должно быть равно количеству уровней приоритезации, а именно восьми. Меньшее их количество не позволит использовать все возможности протокола, большее — не имеет смысла за пределами данного коммутатора, хотя и позволяет более точно приоритези ровать передачу трафика в конкретном коммутаторе. Размеры буфера обычнс не одинаковы для разных очередей: чем выше приоритет очереди, тем больше памяти отводится для хранения ее пакетов. Если канал связи свободен, то пакет данных сразу же передается по назначению. Если такой возможности нет, то коммутатор помещает пакет на временное хранение в очередь, определяемую по заданным правилам. Как толькс линия связи освободится, коммутатор начнет передачу пакетов из очередей Существует несколько алгоритмов передачи данных (администратор может выбирать алгоритмы и настраивать их параметры). Наиболее популярны два алгоритма: Strict Priority Queuing (SPQ) и Weighted Round Robin (WRR). При использовании SPQ сначала передаются пакеты из очереди, имеющее максимальный приоритет, и только когда она полностью освободится, коммутатор начнет передачу данных из следующей по приоритету. Данный алгоритм обеспечивает практически гарантированную доставку пакетов максимального приоритета, однако при существенном объеме высокоприоритетной информации другие пакеты могут теряться (коммутатор вообще не сможет приступить к обслуживанию очереди с низким приоритетом). Алгоритм WRR использует специальные взвешенные процедуры для отправки пакетов. Каждой очереди выделяется определенный лимит для передачи; чем выше приоритет очереди, тем больше пакетов из нее передается, но е любом случае будут опрошены все очереди в порядке снижения приоритета: после истечения выделенного периода обслуживания одной очереди коммутатор перейдет к обработке пакетов очереди, следующей по приоритету Данный алгоритм обеспечивает передачу всех типов пакетов. Иногда используют смешанные алгоритмы. Например, самые критичные очереди (обычно имеющие приоритет 1 или 2) обслуживают на основе алгоритма SPQ, а для всех остальных применяют вариант WRR.
Ограничение полосы пропускания трафика (Traffic shaping)
Коммутаторы, на которых реализована возможность приоритезации трафика, часто имеют возможность ограничивать полосу пропускания для того или иного типа данных. Например, можно ограничить выделяемую полосу для загрузки данных по протоколу FTP или для протоколов видеопросмотра в рабочее время значением, обеспечивающим достаточный свободный объем для основных производственных приложений. Данная настрйка выполняется в соответствии с правилами конфигурирования конкретной модели коммутатора
