Попробуем разобраться, что такое QoS (Quality of Service), какие стандарты и определения к ней относятся. Поговорим о Best Effort Service, IntServ, DiffServ, PHB, ToS, CoS, IP Precedence (IPP), DSCP, AF, EF, Default PHB.

Давайте первым делом определимся, что же такое Quality of Service. Существует множество определений QoS, мне больше всего нравится вот это:

Под QoS (Quality of Service) следует понимать способность сети (сетевой инфраструктуры) обеспечить необходимый (требуемый) уровень сервиса заданному сетевуму трафику при использование различных технологий.

Под сервисом понимается множество параметров при передачи данных. Рассмотрим основные из них:

1. Bandwidth - ширина полосы пропускания. 2. End-to-end delay - задержка при передаче пакета. 3. Jitter - изменение задержки во времени при передаче пакетов. 4. Packet Loss – потеря (отбрасывание) пакетов при передачи данных.

Сервисные модели Quality of Service.

Существуют 3 различные сервисные моделей QoS.

1. Best Effort Service. Негарантированная доставка.

По сути, в этой модели отсутствуют какие-либо механизмы QoS. Используются все доступные ресурсы сети. Отсуствуют механизмы управления трафиком. Для улучшения QoS используется расширение полосы пропускания в узких местах, однако это не всегда даёт нужный эффект т.к. существуют типы трафика, чувствительные к задержкам и джиттеру (например VoIP).

2. Integrated Service (IntServ). Интегрированное обслуживание.

Обеспечивает сквозное (End-to-End) качество обслуживания, т.е. происходит резервирование ресурсов на всем пути прохождения трафиика. Для резирвирования ресурсов (Resource reservation) используется протокол RSVP, гарантируя необходимую пропускную способность. Существенным недостатком является постоянное резервирование ресурса, даже в том случае, если он не используется или используется не полностью.

3. Differentiated Service (DiffServ). Дифференцированное обслуживание.

Для обеспечения QoS используется ряд специальных компонентов, таких как классификаторы и формирователи трафика на границе сети, также применяются функции распределения ресурсов в ядре сети.

DiffServ выпоняет две функции:

1. Формирование трафика на границах сети - функции классификации, маркировки пакетов и управление интенсивностью. 2. Политика пошагового обслуживания PHB (Per-Hop Behavior) включает функции распределения ресурсов и отбрасывания пакетов.

QoS Классификация и маркировка пакетов.

Начнем с определений:

Классификация пакетов (Packet Classification) - отнесение пакета к определенному классу.

Маркировка пакетов (Packet Marking) - установка требуемого приоритета.

Следует отметить, что классификация и маркировка пакетов отличаются в зависимости от уровня OSI, на котором работает устройство. Как правило, все коммутаторы работают на уровне L2, а именно с Ethernet кадрами. Маршутизаторы работают на уровне L3 и уже не с кадрами, а пакетами.

Классификация и маркировка пакетов на уровне L2

В протоколе Ethernet отсуствует возможность классификации и маркировки пакетов. Классификация возможна лишь по номеру входящего порта (что в большинстве случаев не представляет никакого интереса), а маркировка вообще невозможна.

Однако не все так плохо. Появился стандарт IEEE 802.1Q, описывающий технологию виртуальных локальных сетей VLAN, вместе с которым был разработан стандарт 802.1P для обеспечения QoS в сетях Ethernet (классификации и маркировки Ethernet кадров).

В стандарте 802.1P предусмотрено поле User Priority или второе более позднее название CoS (Class of Service), состоящее из 3-х бит в заголовке 802.1Q, т.е. CoS может принимать значения от 0 до 7.

Формат Ethernet кадра 802.1Q.

Ниже в таблицы собраны рекомендации по классификации и маркировке траффика согласно стандарту IEEE 802.1P.

Классы трафика согласно стандарту IEEE 802.1P.

Классификация и маркировка пакетов на уровне L3

На L3 мы имеем дело с протоколом IP (Internet Protocol). При разработке протокола IP для целей QoS было специально предусмотрено поле ToS (Type of Service) размером один байт.

Поле ToS может быть заполнен классификатором IP Precedence или DSCP в зависимости от задачи.

IP precedence (IPP) имеет размерность 3 бита, может принимать значения 0-7, т.е. можно говорить о 8-ми классах обслуживания. Изначально использовался классификатор IPP, но со временем появилась необходимость разделять трафиик на большее чем 8 классов обслуживания, следствием чего явилась разработка классификатора DSCP.

DSCP состоит из 6 бит (значения 0-63). Использование дополнительных 3-х бит позволяют ввести большее количество классов. DSCP обратно совместим с IPP. Важно понимать, что оборудование должно поддерживать обработку поля ToS заполненого классификатором DSCP, на старом оборудование с этим могут возникнуть проблемы.

Сравнение IPP и DSCP.

Per-Hop Behaviors (PHB)

Разберем более подробно понятие PHB.

Per-Hop Behaviors (PHB) - это политика пошагового обслуживания, иными словами, это некий алгоритм действий по обработки пакетов, выполняемый на каждом узле. PHB определяет, к какой из очередей отнести пакет, а также сброс пакетов в очереди в случае перегрузок.

Существуют 4 стандартизованных PHB.

1.Default PHB

Применяется для передачи Best-Efforts (негарантированая доставка) трафика, т.е. нет никакой маркировки, а точнее биты DSCP с 5 по 7 равны 000. Используется для совместимости с сетевыми устройствами, не поддерживающими маркировку или если она не используется.

Распределение бит DSCP в Default PHB.

2.Expedited Forwarding PHB (EF)

Используется для передачи трафика, чувствительного к задержкам. Биты DSCP с 5 по 7 равны 101. Пакеты, помеченные как EF, передаются с наименьшей задержкой в очереди.

Распределение бит DSCP в EF PHB.

3.Assured Forwarding PHB (AF)

Используется для гарантированной доставки. Значение бит DSCP с 5 по 7 может принимать 4 значения (001, 010, 011, 100), следовательно получается четыре стандартных класса AF (AF1, AF2, AF3, AF4), а внутри каждого класса может существует три уровня сбросса пакетов (low, medium, high).

Распределение бит DSCP в AF PHB.

aaa - номер класс обслуживания.
dd - вероятность сброса пакета.

4.Class Selector PHB (CS)

Значение бит DSCP со 2 по 4 равны 000, что дает обратную совместимось с полем ToS, заполненым классификатором IPP.

Распределение бит DSCP в Class Selector PHB.

Ниже приведу таблицу сравнения DSCP и IP Precedence.

Сравнительная таблица DSCP и IPP.

Вот и все. Я попытался коротко рассказать о QoS и понятиях, входящих в него, таких как Best Effort Service, IntServ, DiffServ, PHB, ToS, CoS, IPP, DSCP, AF, EF, Default PHB.

Попробуем разобраться, что такое QoS (Quality of Service), какие стандарты и определения к ней относятся. Поговорим о Best Effort Service, IntServ, DiffServ, PHB, ToS, CoS, IP Precedence (IPP), DSCP, AF, EF, Default PHB.

---

Давайте первым делом определимся, что же такое Quality of Service. Существует множество определений QoS, мне больше всего нравится вот это:

Под QoS (Quality of Service) следует понимать способность сети (сетевой инфраструктуры) обеспечить необходимый (требуемый) уровень сервиса заданному сетевуму трафику при использование различных технологий.

Под сервисом понимается множество параметров при передачи данных. Рассмотрим основные из них:

1. Bandwidth - ширина полосы пропускания. 2. End-to-end delay - задержка при передаче пакета. 3. Jitter - изменение задержки во времени при передаче пакетов. 4. Packet Loss – потеря (отбрасывание) пакетов при передачи данных.

Сервисные модели Quality of Service.

Существуют 3 различные сервисные моделей QoS.

1. Best Effort Service. Негарантированная доставка.

По сути, в этой модели отсутствуют какие-либо механизмы QoS. Используются все доступные ресурсы сети. Отсуствуют механизмы управления трафиком. Для улучшения QoS используется расширение полосы пропускания в узких местах, однако это не всегда даёт нужный эффект т.к. существуют типы трафика, чувствительные к задержкам и джиттеру (например VoIP).

2. Integrated Service (IntServ). Интегрированное обслуживание.

Обеспечивает сквозное (End-to-End) качество обслуживания, т.е. происходит резервирование ресурсов на всем пути прохождения трафиика. Для резирвирования ресурсов (Resource reservation) используется протокол RSVP, гарантируя необходимую пропускную способность. Существенным недостатком является постоянное резервирование ресурса, даже в том случае, если он не используется или используется не полностью.

3. Differentiated Service (DiffServ). Дифференцированное обслуживание.

Для обеспечения QoS используется ряд специальных компонентов, таких как классификаторы и формирователи трафика на границе сети, также применяются функции распределения ресурсов в ядре сети.

DiffServ выпоняет две функции:

1. Формирование трафика на границах сети - функции классификации, маркировки пакетов и управление интенсивностью. 2. Политика пошагового обслуживания PHB (Per-Hop Behavior) включает функции распределения ресурсов и отбрасывания пакетов.

QoS Классификация и маркировка пакетов.

Начнем с определений:

Классификация пакетов (Packet Classification) - отнесение пакета к определенному классу.

Маркировка пакетов (Packet Marking) - установка требуемого приоритета.

Следует отметить, что классификация и маркировка пакетов отличаются в зависимости от уровня OSI, на котором работает устройство. Как правило, все коммутаторы работают на уровне L2, а именно с Ethernet кадрами. Маршутизаторы работают на уровне L3 и уже не с кадрами, а пакетами.

Классификация и маркировка пакетов на уровне L2

В протоколе Ethernet отсуствует возможность классификации и маркировки пакетов. Классификация возможна лишь по номеру входящего порта (что в большинстве случаев не представляет никакого интереса), а маркировка вообще невозможна.

Однако не все так плохо. Появился стандарт IEEE 802.1Q, описывающий технологию виртуальных локальных сетей VLAN, вместе с которым был разработан стандарт 802.1P для обеспечения QoS в сетях Ethernet (классификации и маркировки Ethernet кадров).

В стандарте 802.1P предусмотрено поле User Priority или второе более позднее название CoS (Class of Service), состоящее из 3-х бит в заголовке 802.1Q, т.е. CoS может принимать значения от 0 до 7.

Формат Ethernet кадра 802.1Q.

Ниже в таблицы собраны рекомендации по классификации и маркировке траффика согласно стандарту IEEE 802.1P.

Классы трафика согласно стандарту IEEE 802.1P.

Классификация и маркировка пакетов на уровне L3

На L3 мы имеем дело с протоколом IP (Internet Protocol). При разработке протокола IP для целей QoS было специально предусмотрено поле ToS (Type of Service) размером один байт.

Поле ToS может быть заполнен классификатором IP Precedence или DSCP в зависимости от задачи.

IP precedence (IPP) имеет размерность 3 бита, может принимать значения 0-7, т.е. можно говорить о 8-ми классах обслуживания. Изначально использовался классификатор IPP, но со временем появилась необходимость разделять трафиик на большее чем 8 классов обслуживания, следствием чего явилась разработка классификатора DSCP.

DSCP состоит из 6 бит (значения 0-63). Использование дополнительных 3-х бит позволяют ввести большее количество классов. DSCP обратно совместим с IPP. Важно понимать, что оборудование должно поддерживать обработку поля ToS заполненого классификатором DSCP, на старом оборудование с этим могут возникнуть проблемы.

Сравнение IPP и DSCP.

Per-Hop Behaviors (PHB)

Разберем более подробно понятие PHB.

Per-Hop Behaviors (PHB) - это политика пошагового обслуживания, иными словами, это некий алгоритм действий по обработки пакетов, выполняемый на каждом узле. PHB определяет, к какой из очередей отнести пакет, а также сброс пакетов в очереди в случае перегрузок.

Существуют 4 стандартизованных PHB.

1.Default PHB

Применяется для передачи Best-Efforts (негарантированая доставка) трафика, т.е. нет никакой маркировки, а точнее биты DSCP с 5 по 7 равны 000. Используется для совместимости с сетевыми устройствами, не поддерживающими маркировку или если она не используется.

Распределение бит DSCP в Default PHB.

2.Expedited Forwarding PHB (EF)

Используется для передачи трафика, чувствительного к задержкам. Биты DSCP с 5 по 7 равны 101. Пакеты, помеченные как EF, передаются с наименьшей задержкой в очереди.

Распределение бит DSCP в EF PHB.

3.Assured Forwarding PHB (AF)

Используется для гарантированной доставки. Значение бит DSCP с 5 по 7 может принимать 4 значения (001, 010, 011, 100), следовательно получается четыре стандартных класса AF (AF1, AF2, AF3, AF4), а внутри каждого класса может существует три уровня сбросса пакетов (low, medium, high).

Распределение бит DSCP в AF PHB.

aaa - номер класс обслуживания.
dd - вероятность сброса пакета.

4.Class Selector PHB (CS)

Значение бит DSCP со 2 по 4 равны 000, что дает обратную совместимось с полем ToS, заполненым классификатором IPP.

Распределение бит DSCP в Class Selector PHB.

Ниже приведу таблицу сравнения DSCP и IP Precedence.

Сравнительная таблица DSCP и IPP.

Вот и все. Я попытался коротко рассказать о QoS и понятиях, входящих в него, таких как Best Effort Service, IntServ, DiffServ, PHB, ToS, CoS, IPP, DSCP, AF, EF, Default PHB.