Исследование условий обеспечения гарантированного качества обслуживания в сети Интернет

• Автор: Гончаров, Андрей Андреевич
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Список основных обозначений
Глава 1. Современное состояние проблемы обеспечения качества обслуживания в Интернет
1.1 QoS в локальных сетях ШЕЕ 802.3
1.2 QoS в ATM
1.3 Технологии QoS в промежуточных сетевых устройствах
1.4 Описание модели DiffServ
1.5 Модель гарантированного обслуживания IntServ
1.6 Совместное использование механизмов IntServ поверх DiffServ
1.7 Алгоритмы активного управления очередями
1.8 Работа алгоритма WRED и его параметры
1.9 Цель работы и задачи диссертационной работы
1.10 Практическое значение работы
1.11 Положения, выносимые на защиту
Глава 2. Выявление проблемных участков сети
2.2 Алгоритм удаленной диагностики локальной сети с помощью
анализа потерь пакетов
2.2 Исследование зависимости вероятности потери пакета
от его длины, как средство диагностики транспортного канала
Глава 3. Обеспечение QoS с помощью алгоритмов активного управления очередями в среде NS-2
3.1. Моделирование сетевого канала в среде NS-2
3.2. Анализ осцилляций длин очередей
Глава 4. Эксперименты в тестовом канале по поиску оптимальных
параметров WRED для обеспечения QoS
4.1. Результаты измерения параметров QoS для тестового канала
4.2. Исследование влияния параметров алгоритма WRED на качество обслуживания при передаче данных по перегруженным каналам
4.3. Исследование влияния параметра рс на поведение алгоритма WRED
4.4. Исследование влияния коэффициента перегрузки А/p на поведение алгоритма WRED
4.5. Исследование влияния порогов Т] и Тг на параметры
качества обслуживания
4.6. Исследование влияния параметра усреднения wq на поведение
алгоритма WRED
4.7. Метод оптимизации конфигурационных параметров WRED, основанный на однократной калибровке тестового канала
4.8. Рекомендации по использованию WRED
4.9. Прикладные программные средства
4.10. Исследование возможностей получения гарантированного качества обслуживания при передаче мультимедиа через перегруженные каналы
4.11. Исследование влияния коэффициента перегрузки канала на качество передаваемого видео потока
Основные выводы и результаты работы
Список литературы '
Публикаций по теме диссертации
Приложение 1
Приложение 2

Список основных обозначений
ATM Asynchronous Transfer Mode - асинхронный режим передачи
AF assured forwarding- гарантированная передача
AQM Active queue management - активное управление очередями
CIR Commited information rate- гарантированная скорость информационного
потока
CBWFQ Class Based Weighted Fair Queueing - взвешенный алгоритм равномерного обслуживания очередей на основе классов
DiffServ Дифференцированные услуги
DSCP Поле метки (DiffServ Code Point)
Drtt Дисперсия RTT
EF expedited forwarding-немедленная передача
FEC Forwarding Equivalence Class - класс переадресации Группа IP-пакетов,
которые переадресуются каким-то образом (например, по тому же маршруту, с той же маршрутной обработкой)
IntServ Integrated Services - архитектура интегрированных услуг
IETF Internet Engineering Task Force (IETF) Working Group
ISP Internet Service Provider (поставщик услуг Интернет - сервис провайдер)
layer 2 Слой L2. Протокольный уровень, ниже уровня 3 (который,
следовательно, предлагает услуги уровню 3).
layer 3 Слой L3. Протокольный уровень, на котором IP и ассоциированные с
ним протоколы маршрутизации взаимодействуют с канальным уровнем

network „ _
layer сетевой уровень. Синоним уровня
NHLFE Next Hop Label Forwarding Entry - запись, содержащая адрес
следующего
шага при коммутации меток
РНВ per-hop behavior РНВ политика - это наблюдаемая извне политика
поведения сетевого узла в отношении пакетов с определённым значением поля кода DSCP. РНВ задается сервис-провайдером и определяется на основе кода в поле DSCP
QoS Quality of Service - качество обслуживания
RED Random early detection - алгоритм произвольного раннего обнаружения
RSVP “Resource ReSerVation Protocol”, RFC-2205
RTT Round Trip Time - сумма времен доставки сегмента от отправителя до
получателя и отклика от получателя до отправителя.
SLA (Service Level Agreements) соглашение
SVC Switched Virtual Circuit - переключаемая виртуальная схема
SVP Switched Virtual Path - переключаемый виртуальный путь
TCP Transmission control protocol- протокол управления передачей

Tail Drops Механизм управления очередью "отбрасывание хвоста ",
характеризуется тем, что сигнал о перегрузке поступает лишь в момент фактического переполнения очереди.
virtual circuit Схема, используемая технологией обмена с установлением соединения на уровне 2, такой как ATM, требующая поддержки статусной информации в переключателях уровня 2. (виртуальная схема)
VPI/VCI Метка, используемая в сетях ATM для идентификации схем
вируальных каналов.
VCI Virtual Path Identifier - идентификатор виртуального пути
VP Virtual Path - виртуальный путь
VPI Virtual Path Identifier - идентификатор виртуального пути
WFQ Weighted Fair Queuing - схема обработки очередей «справедливая
взвешенная очередь»
WRED Weighted random early detection - взвешенный алгоритм произвольного
раннего обнаружения
WRR weighted round robin-взвешенный алгоритм кругового обслуживания
Диссертация посвящена исследованию методов обеспечения качества обслуживания сетевых приложений в общедоступных сетях Интернет.
Эффективность использования полосы пропускания канала всегда была актуальной задачей, но её важность возросла в последние годы в связи с появлением всё более жестких требований к качеству обслуживания (QoS).
Для обеспечения необходимых требований к различным потокам данных используются два метода QoS: управление перегрузкой (congestion management) и предотвращение перегрузок (congestion avoidance). Первый метод основан на присвоении квот и приоритетов потокам. В случае перегрузки, потоки получают качество, ограниченное их квотой и приоритетом (например, WFQ). Второй метод ограничивает размер очереди, сигнализируя источникам данных о необходимости уменьшить скорость передачи информации (например, RED). Наиболее известные модификации алгоритма RED: WRED, GRED (Gentle RED), DRED (Dynamic RED), SRED (Stabilized RED), ARED (Adaptive RED), RED-PD.
Отдельно следует упомянуть учёных, которые первыми начали решать проблемы качества обслуживания и предотвращения и борьбы с перегрузками: Салли Флойд (Sally Floyd), Ван Якобсон (V. Jacobson), Кевин Фолл (Kevin Fall), Ратул Махаджан (Ratul Mahajan), Мартин Мэй (Martin May), Жан Болот (Jean Bolot), Вишал Мисра (Vishal Misra), Вейбо Гонг (WeiBo Gong), Дон Тоуслей (Don Towsley), Томас Зейглер (Thomas Ziegler), Давид Везерол (David Wetherall), Добрушин P.JL, Кузнецов
Н.А.,Вишневский В.М., Ляхов А.И., Богуславский Л.Б., Дрожжинов В.И., Башарин Т.П., Бочаров П.П
В работе изучается процесс использования алгоритма WRED, так как этот механизм реализован практически во всех современных маршрутизаторах, а остальные его модификации лишь бурно обсуждаются и не имеют практической реализации в сетевых устройствах. Несмотря на внушительный объём публикаций по теме предотвращения перегрузок, остается проблема выбора настроек параметров для алгоритма WRED. Многие исследователи WRED согласны с тем, что влияние алгоритма на качество передачи потоков сильно зависит от правильного задания его параметров, но до сих пор нет вразумительной инструкции, как на практике выбирать

б::'4-^)2:+2Ч
Ом=(Л-М)( А/)(/ + 1)
б‘ = *Г (3.1)

Проследим по шагам эволюцию системы. Из граничных условий мы получим временной шаг сетки для фиксированного числа шагов К.
ок=т;
т;={л-им)к
(ДО = (Я-Ж
1=0;
о!,4-^) а°д=о)-^Ч(=о)
б1 =(Л-Л£)(А/)1«(Я-/£)(АГ)
1=1;
OІ=(l-wq) =(А-/#)(Д/)№,
б2=(Л-/0(Д*)2 = 2(Л-/|)(Дг)

<21 = (1 - wq) 4^2wq = (1 - wq) (Я - //)(Дг)ууч + 2(Л - /*)(ДО'V, = (Л- /|)(^, (3 - wq)
е5=(Д-//)(Д03 = 3(Я-//)(Д0
Из приведенных формул видно, что функция зависимости средневзвешенной длины очереди от номера временного шага - строго монотонна, причём её вид сильно зависит от параметра ууч.
Далее приведём графики, полученные для случаев с разными значениями параметра ууч. Графики были построены с помощью среды моделирования N8-2.
Для маленького размера буфера (если размер буфера и порог Т]* приблизительно равны), нужно ставить большие значения уч (уч=0.9 на рис. 3.20: по оси У отложено число пакетов, а по X - число шагов), т.к. средневзвешенная длина очереди почти линейно зависит от текущего количества пакетов в очереди.