Компьютерные сети. 6-е изд.

Первые четыре приложения на илл. 5.27 предъявляют высокие требования к потерям, так как для них (в отличие от аудио и видео) важен каждый бит информации. Обычно потерянные пакеты передаются транспортным уровнем повторно. Однако это неэффективно; было бы лучше, если бы сеть отвергала те пакеты, которые, скорее всего, будут утеряны. Для аудио- и видеоприложений потеря пакета не всегда требует повторной передачи: короткие паузы и пропущенные фреймы могут остаться незамеченными.

Чтобы удовлетворить требования различных приложений, сеть может предлагать разные категории QoS. Яркий пример — сети ATM, которые когда-то считались перспективными, но впоследствии стали нишевой технологией. Они поддерживают:

1. Постоянную битовую скорость (например, телефония).

2. Переменную битовую скорость в реальном времени (например, передача сжатых видеоданных во время видеоконференций).

3. Переменную битовую скорость не в реальном времени (например, просмотр фильмов по запросу).

4. Доступную битовую скорость (например, передача файлов).

Такое разбиение по категориям может пригодиться для иных целей и в других сетях. Постоянная битовая скорость — это попытка имитации проводной сети путем предоставления фиксированной пропускной способности и равномерной задержки. Битовая скорость может быть переменной, к примеру, при передаче сжатого видео, когда одни фреймы сжимаются в большей степени, чем другие. Для передачи видеокадра, содержащего множество деталей, может потребоваться много битов, тогда как видеокадр, запечатлевший белую стену, сожмется очень хорошо. Фильмы по запросу на самом деле проигрываются не в реальном времени: часто несколько секунд видеозаписи буферизуется на стороне получателя. Поэтому джиттер всего лишь приводит к колебаниям полученного объема видео, но не мешает его просмотру. Доступная битовая скорость подходит для электронной почты и других подобных приложений; они нечувствительны к задержкам и джиттеру и используют столько пропускной способности, сколько возможно.

5.4.2. Избыточное обеспечение

Существует простой способ предоставления QoS высокого уровня — создание сети с пропускной способностью, позволяющей передавать любой трафик. Этот метод называется избыточным обеспечением (overprovisioning). Такая сеть сможет передавать трафик приложений без особых потерь, а при хорошей схеме маршрутизации пакеты будут доставляться с низкой задержкой. Этим ограничиваются преимущества такого алгоритма с точки зрения производительности. В какой-то мере телефонная сеть является системой с избыточным обеспечением. Ситуация, когда абонент поднимает трубку и не слышит гудка, маловероятна. Дело в том, что в систему заложена настолько большая пропускная способность, что превысить ее тяжело.

Единственная проблема — такой способ обходится очень дорого. Конечно, ее можно решить путем крупных финансовых вливаний. Но с тем же успехом сеть с более низкой пропускной способностью может удовлетворить требования приложений при меньших затратах благодаря механизмам QoS. Более того, избыточное обеспечение основывается на данных об ожидаемом трафике. Ситуация кардинально меняется, если схема трафика слишком сильно отличается от предполагаемой. С помощью QoS сеть может выполнить свои обязательства даже при резком увеличении объема трафика за счет отклонения некоторых запросов.

Чтобы обеспечить QoS, необходимо ответить на следующие вопросы.

1. Что приложениям нужно от сети?

2. Как регулировать трафик, поступающий в сеть?

3. Как зарезервировать ресурсы на маршрутизаторах, необходимые для обеспечения производительности?

4. Может ли сеть принять больший объем трафика?

Ни один подход не в состоянии эффективно решить все эти проблемы. Поэтому для сетевого (и транспортного) уровня разработано множество различных методов. На практике для обеспечения QoS используются комбинации методов. Мы рассмотрим два варианта QoS для интернета: комплексное и дифференцированное обслуживание.

5.4.3. Планирование пакетов

Возможность регулировать форму предлагаемого трафика — это хорошее начало. Но чтобы предоставлять клиенту гарантии производительности, необходимо резервировать достаточное количество ресурсов. Будем считать, что все пакеты в потоке следуют по одному и тому же пути. При случайном распределении пакетов между маршрутизаторами сложно что-либо гарантировать. Следовательно, между источником и получателем должно быть установлено нечто вроде виртуального канала, и все пакеты данного потока должны следовать по указанному маршруту.

Механизмы, распределяющие ресурсы маршрутизаторов между пакетами одного потока или между конкурирующими потоками, называются алгоритмами планирования пакетов (packet scheduling algorithm). Для разных потоков могут резервироваться три типа ресурсов:

1. Пропускная способность.

2. Буферное пространство.

3. Время центрального процессора (CPU).