Влияние оконечного оборудования и сети на показатели качества речи

Общее качество передачи речи определяется факторами, зависящими как от сети, так и от оконечного оборудования.

Основные параметры, влияющие на качество передачи речи из конца в конец, и их отношение к терминальному оборудованию и/или сети приведены в следующей таблице.

Таблица 4.2. Основные параметры качества передачи речи и их связь с терминальным оборудованием и/или сетью
Параметр	Связан с
терминальным оборудованием	сетью
Тип кодека	Да	Нет
Потери пакетов	Нет ¹	Да
Задержка	Да ²	Да ³
Вариации задержки	Нет ⁴	Да ⁵

Примечания.

1. Предполагается достаточно большая емкость буфера компенсации джиттера, позволяющая избежать потерь пакетов.

2. Обусловлена кодированием/пакетизацией речи и компенсацией джиттера.

3. Обусловлена маршрутизацией/распространением в сети.

4. Предполагается, что вся вариация задержки включена в задержку в терминале.

5. Вариация задержки вносится сетью, но компенсируются терминалом.

Функции качества обслуживания

Классификация и маркировка пакетов

Маршрутизаторы, расположенные на границе сети, используют функцию классификации для распознавания пакетов, принадлежащих различным классам трафика, в зависимости от значения одного или нескольких полей в заголовке TCP/IP. Функция маркировки пакетов используется для разметки классифицированного трафика путем установки значения поля IP-приоритета или поля кода дифференцированного обслуживания (Differentiated Services Code Point – DSCP).

Управление интенсивностью трафика

Поставщики услуг используют ограничивающую функцию для приведения параметров поступающего в сеть клиентского трафика в соответствии с его профилем. В то же время корпорации используют выравнивающую функцию для дозирования поступающего в сеть поставщика услуг трафика и выравнивания его интенсивности в соответствии с заданным профилем.

Распределение ресурсов

Наиболее распространенным механизмом обслуживания очередей в маршрутизаторах и коммутаторах современной Internet является ставший уже традиционным механизм " первым пришел, первым вышел" (first-in, first-out – FIFO). Несмотря на простоту реализации, для механизма FIFO характерно несколько фундаментальных проблем, затрудняющих выполнение функций качества обслуживания. Так, механизм FIFO не предусматривает приоритетной обработки чувствительного к задержке трафика путем его перемещения во главу очереди. Весь трафик обрабатывается одинаково, без учета принадлежности потоков к различным классам с разными требованиями к обслуживанию.

Минимальное требование, предъявляемое к поддерживающему функции QoS алгоритму обслуживания очередей, – способность дифференцировать и определять требования к обработке различных пакетов. В соответствии с этими параметрами алгоритм обслуживания должен планировать порядок передачи поставленных в очередь пакетов. Частота обслуживания пакетов одного и того же потока трафика определяет выделенную этому потоку полосу пропускания.

Предотвращение перегрузки и политика отбрасывания пакетов

Традиционный механизм обслуживания очередей FIFO предусматривает отбрасывание всех входящих пакетов после достижения максимального значения длины очереди. Подобный способ управления очередью получил название " отбрасывание хвоста" (tail drop) и характеризуется тем, что сигнал о перегрузке поступает лишь в момент фактического переполнения очереди. К сожалению, механизм FIFO не предусматривает проведения каких-либо активных действий по предотвращению перегрузки или по уменьшению размера очереди с целью снижения времени задержки. Активный алгоритм управления очередями позволяет маршрутизатору предвидеть перегрузку еще до переполнения очереди.

Маршрутизация

Традиционная маршрутизация осуществляется на основании адреса назначения пакета и предполагает выбор наименее короткого маршрута, хранящегося в таблице маршрутизации. К сожалению, подобный механизм является недостаточно гибким для некоторых сетевых сценариев. Маршрутизация на основе политики – это функция качества обслуживания, позволяющая заменить традиционный механизм маршрутизации пакетов механизмом, учитывающим всевозможные настраиваемые пользователем параметры.

Современные протоколы маршрутизации, работающие по методу выбора наименее короткого пути, позволяют учитывать такие значения метрики, как административное расстояние, вес или число переходов. Маршрутизация пакетов осуществляется на основании хранящейся в таблице маршрутизации информации без учета требований потока трафика к качеству обслуживания или доступности сетевых ресурсов на всем протяжении маршрута. QoS -маршрутизация представляет собой механизм маршрутизации пакетов, учитывающий требования потоков трафика к качеству обслуживания и осуществляющий выбор маршрута в зависимости от наличия сетевых ресурсов.

Более подробно маршрутизация на основе политики рассматривается в приложении в следующих главах.

Совокупность контролируемых параметров информационного потока гарантирует соответствие между реальными параметрами качества и заданными. Заданные параметры определяют допустимые алгоритмы его маршрутизации и необходимый объем сетевых ресурсов. Оператор может использовать различные механизмы управления сетевыми ресурсами, обеспечивающие необходимый уровень QoS. Эти механизмы зависят от концепции построения системы управления мультисервисной сети и особенностей оборудования, используемого в узлах коммутации магистральной сети.

Механизмы обеспечения качества абонентского обслуживания по транспортировке трафика в мультисервисной сети QoS могут реализовываться как на канальном (2-й уровень сетевой модели), так и на сетевом (3-й уровень модели) уровне модели ISO/OSI:

· механизмы QoS канального уровня ATM;

· механизмы QoS канального уровня коммутируемой сети Ethernet, основанные на классификации и приоритезации информационных потоков;

· технология MPLS (MultiProtocol Label Switching), повышающая эффективность прохождения трафика за счет упрощения процессов маршрутизации. Механизм MPLS может быть применен для обеспечения QoS как в среде Ethernet, так и в среде ATM.

Методы обеспечения качества обслуживания: DiffServ и IntServ

Подробно рассмотрены методы обеспечения QoS, формирование трафика на границе сети, политика PHB, протокол RSVP.

Архитектура интегрированных услуг (IntServ)

Integrated Service (IntServ, RFC 1633) – модель интегрированного обслуживания: может обеспечить сквозное (End-to-End) качество обслуживания, гарантируя необходимую пропускную способность. IntServ использует для своих целей протокол сигнализации RSVP, позволяет приложениям выражать сквозные требования к ресурсам и содержит механизмы обеспечения данных требований. IntServ можно кратко охарактеризовать как резервирование ресурсов (Resource reservation).

Протокол RSVP

Данный протокол позволяет приложениям посылать сигналы в сеть о своих QoS -требованиях для каждого потока. Чтобы определить количественные характеристики этих требований с целью управления доступом, используются служебные параметры.

Протокол RSVP применяется в приложениях с групповой рассылкой, таких как приложения аудио- и видеоконференций. Несмотря на то, что изначально протокол RSVP был ориентирован на мультимедийный трафик, с его помощью легко можно резервировать полосу пропускания для однонаправленного трафика, например для трафика сетевой файловой системы (Network File System – NFS) и управляющего трафика виртуальных частных сетей (Virtual Private Networks – VPN).

Протокол RSVP сигнализирует о запросах резервирования ресурсов по доступному маршрутизируемому пути в сети. При этом RSVP не производит собственную маршрутизацию; напротив, этот протокол был разработан для использования других, более мощных протоколов маршрутизации. Как и любой другой IР-трафик, при определении пути для данных и управляющего трафика RSVP полагается на применяемый в сети протокол маршрутизации.

Работа протокола RSVP

Конечные системы используют протокол RSVP для запрашивания у сети определенного уровня QoS от имени потока данных приложения. RSVP -запросы передаются по сети при прохождении каждого узла, который применяется для передачи потока. Протокол RSVP пытается зарезервировать ресурсы для потока данных на каждом из этих узлов.

RSVP -совместимые маршрутизаторы помогают доставить нужные потоки данных в нужную точку назначения. На рис. 4.2 изображены основные модули, информация о потоке данных и информация об управляющих потоках клиента и маршрутизатора, поддерживающих протокол RSVP

Рис. 4.2. Основные модули RSVP

Перед тем как зарезервировать ресурсы, RSVP -демон маршрутизатора соединяется с двумя локальными модулями принятия решения – модулем управления доступом (admission control) и модулем управления политикой (policy control). Модуль управления доступом определяет, имеет ли узел достаточно свободных ресурсов для обеспечения запрошенного уровня QoS. Модуль управления политикой определяет, есть ли у пользователя права для того, чтобы произвести резервирование. Если какая-либо из проверок не прошла, RSVP -демон отправляет сообщение об ошибке процессу приложения, которое создало запрос. Если обе проверки прошли нормально, RSVP -демон устанавливает параметры классификатора пакетов (packet classifier) и планировщика пакетов (packet scheduler) для получения нужного уровня QoS. Классификатор пакетов определяет класс QoS для каждого пакета, а планировщик пакетов управляет передачей пакетов, основываясь на их классе QoS. Взвешенный алгоритм равномерного обслуживания очередей (Weighted Fair Queuing – WFQ) и взвешенный алгоритм произвольного раннего обнаружения (Weighted Random Early Detection – WRED) обеспечивают поддержку QoS на уровне планировщика. Алгоритмы WFQ и WRED рассмотрены ниже.

Во время процесса принятия решения модулем управления доступом резервирование затребованной полосы пропускания производится только в том случае, если для запрашиваемого класса трафика достаточно оставшейся части. В противном случае запрос на доступ отклоняется, но трафик все равно передается с качеством обслуживания, определенным по умолчанию для данного класса трафика. Во многих случаях, даже если запрос на доступ отклонен на одном или нескольких маршрутизаторах, модуль все еще может реализовать приемлемое качество обслуживания, установив резервирование на перегруженных маршрутизаторах. Это возможно из-за того, что другие потоки данных могут не полностью использовать заказанную ими полосу пропускания.

Резервирование всегда должно следовать по одному и тому же одноадресному пути или по многоадресному дереву. В случае выхода из строя линии связи маршрутизатор должен сообщить об этом RSVP -демону, чтобы генерируемые им RSVP -сообщения передавались по новому пути.

Процесс установки резервирования можно разбить на пять отдельных шагов.

1. Отправители данных посылают управляющие сообщения RSVP PATH по тому же пути, по которому они отправляют обычный трафик с данными. В этих сообщениях описываются данные, которые уже отправляются или только будут отправляться.

2. Каждый RSVP -маршрутизатор перехватывает РАТН-сообщения, сохраняет IP-адрес предыдущей точки назначения, записывает вместо него свой собственный адрес и отправляет обновленное сообщение дальше по тому же пути, по которому передаются данные приложения.

3. Станции-получатели выбирают подмножество сеансов, для которых они получили РАТН-информацию и с помощью RSVP RESV-сообщения запрашивают RSVP -резервирование ресурсов у предыдущего маршрутизатора. RSVP RESV -сообщения идут от получателя к отправителю в противоположном направлении по маршруту, пройденному RSVP РАТН -сообщениями.

4. RSVP -маршрутизаторы определяют, могут ли они удовлетворить эти RESV-запросы. Если нет, они отказывают в резервировании. Если да, то они объединяют полученные запросы на резервирование и отсылают запрос предыдущему маршрутизатору.

5. Отправители, получив запросы на резервирование ресурсов от соответствующих маршрутизаторов, считают резервирование ресурсов состоявшимся. Т.е реальное резервирование ресурсов осуществляется RESV-сообщениями.

Механизм RSVP -резервирования схематически показан на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Механизм RSVP-резервирования ресурсов

RSVP-компоненты

RSVP -компоненты выполняют следующие функции:

RSVP -отправитель ( RSVP sender) – это приложение, инициирующее отправку трафика в RSVP -сеансе. Ниже перечислены спецификации потока, которые RSVP -отправители могут передавать по RSVP -сети: средняя скорость передачи данных; максимальный размер всплеска.

По сети, состоящей из RSVP -совместимых маршрутизаторов ( RSVP -enabled router network), прокладывается путь между RSVP -отправителями и RSVP -получателями.

RSVP -получатель ( RSVP -receiver) – это приложение, которое получает трафик в RSVP -сеансе. Во время конференций или при передаче голоса по протоколу IP (Voice over IP – VoIP) приложение может играть роль и RSVP -отправителя, и RSVP -получателя. Ниже перечислены спецификации потока, который RSVP -получатели могут передавать по RSVP -сети:

· средняя скорость передачи данных;

· максимальный размер всплеска;

QoS, включая: гарантированное обслуживание – в РАТН-сообщениях также описываются максимально возможные задержки в сети; обслуживание с управляемой нагрузкой – маршрутизаторы гарантируют только то, что сетевые задержки будут минимальными.

Стили резервирования

RSVP-резервирование ресурсов для потока можно разбить на два главных типа: индивидуальное и общее.

⇐ Предыдущая 9 10 11 12 131415 16 17 18 Следующая ⇒