QoS (Quality of Service) - Uvod - I. dio

[The MasteR]

U području informacijskih tehnologija, u dijelu koji se bavi telekomunikacijskim mrežama, pojam Quality of Service (QoS - kvaliteta usluge) se odnosi na mehanizam za kontrolu rezervacije mrežnih resursa (npr., propusnosti mreže). Quality of Service predstavlja mogućnost dodjeljivanja različitih prioriteta različitim aplikacijama, korisnicima i tokovima podataka ili osiguranja određenog nivoa usluge za neki tok podataka.

Pod kvalitetom usluge (QoS) još podrazumijevamo sposobnost mreže u pružanju kvalitetnijih servisa u mrežnom prometu koristeći razne tehnologije kao što su:

• Frame Relay
• Asynchronous Transfer Mode ( ATM )
• Ethernet i 802.1 mrežu
• SONET (eng. Synchronous Optical NETwork )

Glavni cilj QoS-a je:

• pružanje prioriteta propusnosti mreže (eng. bandwidth - norma pod kojom se promet prenosi po mreži )
• kontroli  varijacije u latenciji (eng.  jitter) i latencije (važno za osjetljiviji promet u stvarnom vremenu i interaktivni promet - video i voice promet)

Pored navedenog, zadaća QoS-a je i pružanje prioriteta prilikom izbora jednoga ili više protoka podataka (eng. flow), tako da ostali protoci podataka trpe propuste, to jest pruža im se smanjena propusnost.

Protok se odnosi na kombinaciju:

• source i destination adrese
• source i destination port-a
• identifikatora  razdoblja razmjene podataka ( session identifier )

QoS mehanizmi

Reguliranje prometa (eng. Traffic policing) je mehanizam kojim se sav prekoračeni promet u protocima podataka, definirane najveće norme, odbacuje  (eng. drop) ili re-markira. Reguliranje prometa ne uključuje kašnjenje koje je u granicama politike prometa. Sljedeći primjer ilustrira uobičajenu aplikaciju reguliranja prometa na točki zagušenja, gdje se značajke QoS-a općenito primjenjuju.
 

Oblikovanje prometa (eng. Traffic shaping) se odnosi na postavljenje prekoračenog prometa/paketa u redove čekanja (eng. queue). Sav prekoračeni promet/paketi postavljaju se u memorijski buffer mrežnog uređaja. Metoda oblikovanja prometa uvijek se konfigurira samo u izlaznom smjeru sučelja, gdje se sav prekoračeni promet/paketi smješta u redove čekanja i oblikuje prema postavljenoj politici.

Metoda oblikovanja prometa radi planiranje (scheduling) zakašnjelog paketa za njihov daljnji prijenos. Funkcija scheduling-a omogućava organiziranje oblikovanja prometa u različite redove čekanja (queue), npr. Class Based Weighted Fair Queuing (CBWFQ) i Low Latency Queuing (LLQ).

Sljedeći primjer ilustrira kako politika QoS sortira promet u klase i postavlja pakete u redove čekanja koji prekoračuju konfiguriranu normu oblikovanja. Glavna razlika oblikovanja i reguliranja je da se u oblikovanju prekoračeni paketi ne dropaju, već se postavljaju u redove čekanja.

Token Bucket

Token bucket algoritam pruža korisnicima tri mogućnosti za svaki dolazni paket. Dolazni paketi se postavljaju u jednu od ovih kategorija, te korisnik odlučuje o tretmanu paketa:

• dolazni paketi koji su u definiranim granicama (Bc - committed burst): nad njima se izvršava conform action
• za pakete koji prekoračuju granicu (Bc) izvršava se prekoračena akcija (exceed action) sa smanjenim prioritetom ili drop paketa kod policing-a
• nad paketima koji prelaze obje granice (Bc i Be - burst exceeded ) se radi violate-action (najčešće se dropaju)

Primjer algoritma single token bucketa

Glavna razlika između oblikovanja i reguliranja je mjera po kojoj se „žetoni u kanti" ponovno pune. I oblikovanje i reguliranje prometa koriste metaforu kante žetona.

Metoda kante žetona radi na slijedeći način:

• žetoni se postavljaju u kantu po određenoj mjeri, odnosno izračunu
• svaki žeton je dozvola izvoru za slanje određenog broja bitova u mrežu
• za slanje paketa prometni regulator mora biti u mogućnosti maknuti broj žetona (Byte-a) iz kante koji je jednak veličini paketa
• ukoliko nema dovoljno žetona u kanti za slanje paketa, paket čeka dok kanta ne zaprimi dovoljan broj žetona (u primjeru traffic shaping-a ) ili se paketi dropaju/remarkiraju (u primjeru traffic policing-a)
• kanta ima postavljene kapacitete (Bc i Be); ukoliko kanta pređe kapacitete novi žetoni/bajti se odbacuju (eng. discard) tako da nisu dostupni za buduće pakete. U svako vrijeme najveći nalet bitova (burst) koji izvor može poslati u mrežu proporcionalan je veličini kante. Kanta žetona dopušta nalete bitova, ali ih i ograničava.

Traffic shaping povećava kantu žetona u vremenskim intervalima koristeći vrijednosti bita po sekundama (bps) po formuli:

Tc = Bc / CIR [u sekundama]

Tc (committed time interval)- vremenski interval u kojem se šalju Bc žetoni [s]
Bc (burst committed) - normalna veličina naleta bitova ( burst ) [b]
CIR (committed information rate) - prosječna norma prijenosa [bps]

U ovoj jednadžbi Bc (committed burst) predstavlja normalnu veličini naleta bitova, a CIR (committed information rate) prosječnu normu definiranu u bitovima po sekundi (bps). Vrijednost Tc definira vremenski interval kojim se šalju Bc bitovi kako bi se održavala prosječna norma CIR-a u sekundama.

Raspon vremenskog intervala Tc je između 10 - 125 ms. Na Cisco 7500 serijama najmanja vrijednost vremenskog intervala je 4 ms sa distribuiranim prometnim oblikovanjem (DTS - Distributed Traffic Shaping). Router interno izračunava ovu vrijednost baziranu na vrijednostima CIR-a i Bc-a. Ukoliko je Bc/CIR manji od 125 ms, koristi se Tc izračunat po gornjoj jednadžbi, a ukoliko je Bc/CIR veći ili jednak 125 ms koristi se interna vrijednost Tc, ukoliko Cisco IOS odluči kako će prometni protok biti stabilniji u manjim vremenskim intervalima.

Kada je prekoračeni burst (Be) definiran vrijednošću većoj od 0, shaper dopušta spremanje žetona u kantu skroz do maksimalne definirane vrijednosti (Bc) svi žetoni koji prekoračuju tu vrijednost se dropaju.