Модели обеспечения качества обслуживания

1.

LOGO
“ Add your company slogan ”
Анализ и синтез пакетных
сетей по показателям
качества
Занятие № 18:
Модели обеспечения качества
обслуживания
Вид занятия: практическое

2.

Цели занятия
1. Изучение методов обеспечения качества
обслуживания.
2. Аналитическое моделирование справедливого
обслуживания.
3. Оценивание инженерно-технических решений,
используемых при построении сетей связи и синтез
их структур, оптимальных по параметрам качества
функционирования, обслуживания и восприятия.

3.

Межпредметные связи
Основа
Применение
Основы построения
систем связи
Теория телетрафика
Телекоммуникационные
технологии
Дипломное
проектирование
Качество в
телекоммуникациях
Учебнопроизводственная
практика

4.

Литература
1. Таненбаум Э. Компьютерные сети / Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл. – 5-е изд. –
СПб. : Питер, 2012. – 960 с. С. 436–454.
2. Олифер, В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы : учебник
для вузов. / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. – 3-е изд. – С.-Пб. : Питер, 2009. – 958 с.
С. 184–205.
3. Hawa M. M/G/FQ: Stochastic Analysis of Fair Queuing Systems / Mohammed Hawa
and David W. Petr. – 14 p.
4. Dekeris B. Packet Delay Evaluation Using M/G/WFQ Model / Brunonas Dekeris,
Lina Narbutaite, Tomas Adomkus. – 6 p.
5. Клеинрок Л. Вычислительные системы с очередями / Л. Клеинрок ; пер. с англ.
под ред. Б. С. Цыбакова. – М. : Мир, 1979. – 600 с. С. 129–152.

5.

Учебные вопросы
1
Методы обеспечения качества обслуживания
2
Аналитическая модель справедливого
обслуживания

6.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
Методы QoS направлены на
• улучшение характеристик производительности и надежности сети;
эти методы позволяют уменьшить задержки, вариации задержек, а
также потери пакетов в периоды перегрузки сети, создавая тем
самым необходимые условия для удовлетворительного
обслуживания сетью трафика приложений.
Компоненты обеспечения качества обслуживания (QoS):
1. Учет требований приложений.
2. Формирование трафика.
3. Диспетчеризация пакетов.
4. Управление доступом.

7.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
Требования приложений
Качество обслуживания
(QoS Quality of Service)
пропускная
способность
Приложение
Электронная почта
Передача файлов
Веб-доступ
Удаленный доступ
Аудио по заказу
Видео по заказу
Телефония
Видеоконференции
задержка
Пропускная
способность
(bandwidth)
Низкая
Высокая
Средняя
Низкая
Низкая
Высокая
Низкая
Высокая
флуктуация
потери
Задержка
(delay)
Флуктуации
(jitter)
Потери
(loss)
Низкая
Низкая
Средняя
Средняя
Низкая
Низкая
Высокая
Высокая
Слабая
Слабая
Слабая
Средняя
Сильная
Сильная
Сильная
Сильная
Средняя
Средняя
Средняя
Средняя
Низкая
Низкая
Низкая
Низкая

8.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
Формирование трафика
Причины неравномерности трафика
непостоянная скорость трафика
взаимодействие пользователя и
приложения
переключение компьютера между
задачами
при видеоконференциях со
сжатием
просмотр новой веб-страницы
возникновение неотложных
заданий
traffic policing
traffic shaping
политика трафика
формирование трафика
наблюдение за потоком
трафика
способ регулировки средней
скорости и равномерности
потока входных данных

9.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
Алгоритмы дырявого и маркерного ведра:
а — формирование пакетов;
б — дырявое ведро;
в — маркерное ведро.

10.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
Схема: а — трафик,
передаваемый хостом;
б – исходящий
трафик,
сформированный с
помощью маркерного
ведра со скоростью
200 Мбит/с и
емкостью 9600 Кбайт;
в — 0 Кбайт;
г — уровень
маркерного ведра при
формировании
трафика со скоростью
200 Мбит/с и
емкостью 16 000
Кбайт,
д — 9600 Кбайт;
в – 0 Кбайт

11.

Методы обеспечения качества
обслуживания
1
Дано:
длительность пачки S с,
емкость маркерного ведра В байт,
скорость появления маркеров R байт/с
максимальная выходная скорость M байт/с
Характеристики
• максимальное количество переданных байтов в пачке – В + RS байт.
• количество байтов, переданных в пачке с максимальной скоростью, - MS.
B + RS = MS
• решение: S = В/(М –R).
Пример
• В = 9600 Кбайт,
• M = 125 Мбайт/с
• R = 25 Мбайт/с
Ответ
• длительность пачки около 94 мс.

12.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
алгоритм
диспетчеризации
пакетов
(packet scheduling
algorithm)
алгоритм
распределения
ресурсов
маршрутизатора
между пакетами
потока и конкурирующими
потоками
Диспетчеризация пакетов
Резервируемые
ресурсы:
Пропускная
способность
Буферное
пространство
Время центрального
процессора
поток 1
1
2
классификатор
поток 2
поток n
управление
буфером
планировщик

13.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
Алгоритмы
диспетчеризации
пакетов
FIFO
First-in-first-out
Queuing
Отправка пакетов в том же
порядке, в котором они
пришли
FQ
Fair Queuing
Справедливое обслуживание
WFQ
Weighted Fair
Queuing
Взвешенное справедливое
обслуживание
WRR
Weighted Round
Robin Queuing
Взвешенное циклическое
обслуживание
DWRR
Deficit Weighted
Round Robin
Queuing
Взвешенное циклическое
обслуживание с дефицитом

14.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
FIFO
поток 2
поток 3
поток 4
поток 5
поток 6
поток 7
поток 8
мультиплексор
поток 1
очередь
порт
Каждый маршрутизатор помещает
пакеты в очередь (отдельную для
каждой исходящей линии), где пакеты
ждут отправки.
При этом отправка пакетов происходит в
том же порядке, в котором они пришли.

15.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
PQ
поток 2
поток 3
поток 4
поток 5
поток 6
поток 7
классификатор
поток 1
поток 8
Обработка ведется последовательно,
начинается с высокоприоритетной
очереди и до ее полной очистки не
переходит к менее приоритетным
очередям.
Обеспечивает безусловный приоритет
одних пакетов над другими.
высокий приоритет
планировщик
порт
средний приоритет
низкий приоритет
Возможна монополизация канала
высокоприоритетными очередями.
Трафик, приоритет которого явно не
указан, попадет в очередь по
умолчанию (default).

16.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
FQ
поток 2
поток 3
поток 4
поток 5
поток 6
поток 7
классификатор
поток 1
планировщик
порт
поток 8
Маршрутизаторы организуют отдельные очереди для каждой исходящей линии,
по одной для каждого потока.
Как только линия освобождается, маршрутизатор начинает циклически
сканировать очереди, выбирая первый пакет следующей очереди.

17.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
WFQ
поток 1
очередь 2 (25 %)
поток 2
очередь 3 (25 %)
поток 3
планировщик
очередь 1 (50 %)
порт
Доступная полоса делится на число
потоков и каждый получает равную
часть.
Кроме того, каждый поток получает
свой вес (weight), который учитывается
обработчиком.

18.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
WRR
РВ
поток 2
поток 3
поток 4
поток 5
поток 6
поток 7
поток 8
классификатор
поток 1
реального времени (25 %)
планировщик
интерактивное (25 %)
реальное
время
передача
файла
передача файла (50 %)
передача
файла
интерактивное
порт

19.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
DWRR
Очередь 1
50 %, Quntum1=1000
Очередь 2
25 %, Quntum2=500
планировщик
Q1
порт
Очередь 3
25 %, Quntum3=500
Q3
Q2

20.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
DWRR
1
2
3
4

21.

1
Методы обеспечения качества
обслуживания
Управление доступом
Спецификация потока
Параметр
Скорость маркерного ведра
Размер маркерного ведра
Пиковая скорость передачи данных
Минимальный размер пакета
Максимальный размер пакета
Единицы измерения
байт/с
байт
байт/с
байт
байт
Гарантии пропускной способности и задержки с использованием маркерных ведер и
взвешенного справедливого обслуживания

22.

1
Выводы
1. Пользователь передаст в сеть ноток, предъявляя определенные требования к
качеству обслуживания. Сеть принимает или отвергает этот поток в зависимости от
своих возможностей и обязательств перед другими клиентами. Если сеть принимает
поток, она должна заранее зарезервировать ресурсы, чтобы при передаче трафика по
этому потоку клиент получил необходимое качество обслуживания.
2. Возможность управления трафиком — это неплохой начальный шаг в деле
обеспечения гарантированного качества обслуживания. Однако чтобы
предоставить клиенту гарантии производительности, необходимо резервировать
достаточное количество ресурсов.
3. Формирование трафика и политика трафика не так важны для равноранговой
передачи и передачах других типов, при которых используется вся доступная пропускная способность. Однако они имеют важное значение для данных, передаваемых
в реальном времени (например, при соединениях с передачей аудио- и видеосигнала),
обладающих строгими требованиями к качеству обслуживания.

23.

Аналитическая модель справедливого
обслуживания
поток 2
поток 3
поток 4
поток 5
поток 6
поток 7
поток 8
классификатор
поток 1
Высокий приоритет
Средний приоритет
Низкий приоритет
Средняя задержка передачи пакетов
Суммарная интенсивность нагрузки
потоков от первого до k-го приоритета
включительно
PQ
планировщик
2
•