کامپیوتر و IT و اینترنتعلوم مهندسی

نیازمندی های کیفیت سرویس در اینترنت

صفحه 1:

صفحه 2:
عنوان مطالب این مبحث از قسمت تشکیل شده است: ا)#وضعیت ترافيك در اینترنت و نيازمنديهاي آن 0محدوديتهاي مدل سرویس ‎Best Effort‏ معرفي کیفیت سرویس * نيازمنديهاي يك معماري کیفیت سرویس اجزا يك معماري کیفیت سرویس

صفحه 3:
منابع 1- Xipeng Xiao and Lionel M. Ni, Internet QoS: A Big Picture, IEEE Network * March/April 1999 2- W. Zhao, D. Olshefski and H.Schulzrinne, Internet Quality of Service: an Overview, 2000 3- D.D. Clark, et. al, “Supporting Real-Time Applications in-an Integrated Service Packet Network,” 1992

صفحه 4:
7-۱ -وضعیت ترافیک در اینترنت و نیازمندیهای آن انگیزه _ در حال حاضر اینترنت تنها يك نوع سرویس بنام ۴۴۲0۲6 ]865 را ارایه مي ‎us‏ در اين مورد کنترل دسترسي به شبکه انجام نمیگیرد وتضميني نیز به ترافيك پذیرفته شده داده نمیشود. _ کاربردهاي موجود عمد تا انعطاف پذیر هستند: +تاخیر و دورريزي بسته ها را تحمل مي کنند. +نرخ ارسال خود را با وضعیت شبكه تنظيم مي كنند. _ كاربردهاي جدید در اینترنت قابلیت انعطاف کاربردهاي مينتي داده بر مبناي۲6۳ را ندارند. _آيا بايد کاربردها را تغییر داد یا اینترنت را که بتواند كاربردهاي جدید را حمایت کند؟

صفحه 5:
انواع كاربردها 0 كاربردهاي انعطاف يذير _مانند ترافيك داده و ترافيكم7] _حساس به نرخ ارسال نیستند اگر چه نرخ بالاتر بهتر است ولي فراهم بودن يك نرخ مشخص براي عملكرد آنها ضروري نيست. 0-كاربردهاي با جريان بيوسته _گاه بنام كاربردهاي بلادرنگ تحمل پذیر خوانده مي شوند. _مانند ترافيك ویدیو. _يك حد بالا و پایین براي كارايي قابل قبول شبکه وجود دارد. 0 كاربردهاي بلادرنگ حساس _نیازمند کیفیت سرویس در سطح مشخص و تعریف شده هستند. _در صورت فراهم نبودن منابع مورد نیاز عملکرد کاربر با اختلال روبرو میشود.

صفحه 6:
Playback clas lS 0 اکثریت کاربردهاي بلادرنگ از نوع ۳۱۵۱0۵1 هستند. 0 اطلاعات بصورت بسته هاي داده از طریق شبکه ارسال ميشود. هر بسته با تاخیر آماري در سطح شبکه مواجه میشود. 0 گیرنده با شروع به دریافت اطلاعات آنها را با خبر میکند. اینکار تا مدت زمان تعریف شده ادامه مي یابد. سپس گیرنده شروع به نمایش اطلاعات به کاربر میکند. 0 ۵۲ ۳۱۵۱۷/۵6۷ میزان‌تاخیر قابل‌قبول‌برليهو بسته را نشان مي‌دهد. لگر بدسته اپ ساز زمانت عریفشده بلراین مایش‌لطلاعاتآن بسته به گیرندم برسد, غر مفید و بلالستفادهم خولهد بود.

صفحه 7:
Playback aus شکل زیر نمودار معمول توزیع احتمال تاخیر در شبکه را نشان میدهد. Osirbutog oP Oelvertes ta Toe ‎Point‏ ۳۱۵۷0۵6 در نقطه لیتنظیم مي‌شود که لمکان تاخیر بیش از آن‌بسیار کم ب‌اشد.

صفحه 8:
نیازمندیهای سرویس کاربردهای>01 ۱۵۷03 بخاطر ماهیت بلادرنگ ترافيك و دو طرفه بودن ارتباط مانند مکالمه صوتي, كار برو آحساس به تاخیر در ثتبکة است. تأخیر کمتر همیثنه بهتر است. 0براي تنظیم نقطه ۱۵۷0۵1 , گیرنده لازم است در مورد میزان تاخیر در شبکه اطلاعاتي را بصورت دقیق یا آماري داشته باشد. ‎UG Playback Point chu Gls iy a -O‏ تحمل است, لذا شبكه مي تواند از این خاصیت جهت اولویت دهي سرویس بسته ها استفاده کند. بسته هايي که نزديك نقطه ۴۱۵۱۷0۵1 خود هستند ‎Ub‏ زودتر ارسال شوند. ‏-اکثر کاربردها تلفات بسته را بطور محدودي تحمل مي کنند, لذا نقطه _ نیاز نیست خيلي زیاد تتظیم شود تا هیچ بسته اي دیرتر وارد نشود.

صفحه 9:
انواع کاربمدهای بلادرنگ كاربردهاي بلادرنگ را از دو دید مي توان دسته بندي کرد: ۸ . غیرقابل‌انعطاف یا قابل‌لنعطافب بسته بسه لین‌که آیا کاربرد لمکانتنظیم ‎Playback «bis‏ بر لساس‌وضعیتشبکه را دارد. 8 . تحملپذیر یا تحملن اپذیر در مقابلوقفه هاي‌گوتاد در سرویس‌شبکه. چهار حالت از ترکیب ۸ و 8] بوجود می آید ولی در عمل دو حالت از چهار حالت فوق وجود دارد: 0- كاربردهاي غير قابل انعطاف و تحمل ناپذیر: نیازمند يك سطح تضمین شله سرویس است. 2- كاربردهاي قابل انعطاف تحمل پذیر: نیازمند سرویس با سطح تضمین قابل انعطاف تري است. سئوال : چرا دو ترکیب دیگر مورد استفاده قرار نمي گیرد؟

صفحه 10:
بهبود کیفیت سرویس در اینترنت ۲۳ کار بهبود امکانات کیفیت سرویس در اینترنت را در دست انجام دارد. پروتكلهاي متعددي در اين رابطه تعریف شده است که شامل موارد زیر است: ‎Differentiated Service‏ Integrated Service + RSVP *

صفحه 11:
۶ از دید کاربر: عبارت است از تضمین سرویس انتها به انتها براي کاربر مانند تضمین تخیر بین دو کاربر در ارتباط صوتي (۱۷۵۱۳) و یا تضمین پهناي باند بین دروازه هاي يك شبکه خصوصي مجازي ‎(VPN)‏ .از دید شبکه: عبارت است از آمکان اولویت بندي بسته ها و تنظیم رفتار شبکه براي اولویت هاي مختلف به تناسب نیاز آنها. دو نکته در این رابطه حانز اهمیت است: * امکان تضمین سرویس انتها به انتها در صورتیکه اولوبت بندي با رزرو کردن منابع همراه باشد وجود خواهد داشت. * امکانات فوق در شبکه اینترنت امروزي وجود ندارد و افزودن آنها بسادگي امکان پذیر نیست.

صفحه 12:
تم کیب ترافیک اینتررنت شکل زیر نشان دهنده این است که ترافيك شبکه هاي داده امروزه بطور غالب از جنس 0 مي باشد و ترافيك ۳(6| و 50۷۸ با کاهش شديدي روبرو بوده اند. بنابراین اینترنت انواع كاربردهاي حساس را در بر خواهد داشت که نیازمند ارایه سرویس

صفحه 13:
ترافیک اینترنت انواع عمده ترافيك اینترنت عبارتند از: ‎H.323 audio/video s IP Telephony s TCP °‏ و .در مورد ترافيك0۳] , كاربردهاي زیر نقش اصلي را بازي میکنند: ‎Mail s FTP s Web_‏ a a i fol 1 ۳

صفحه 14:
ت ىكيب ترافيك شبكه هاى خصوصی در شبكه هاي سازماني, حجم ترافيك وب و جند رسانه اي در حال رشد بوده است:

صفحه 15:
شکل ترافیک ویدیو کدینگ ویدیو با استاندارد ۱۳65 منجر به تولید سیگنال با نرخ منغیر مي شود. فریمها به دو دسته فريمهاي اصلي و فريمهاي تفاضلي نقسیم مي شوند. فريمهاي تفاضلي نرخ بیت كمتري تولید مي کنند. Key Key Crave Crave Orta Prawes

صفحه 16:
شکل ترافیک ویدیو محدودیت پهناي باند موجب کاهش تغیبرات نرخ سیگنال و در مقابل افزایش تاخیر ارسال مي شود و لذا نقطه ۳۱۵۷/0361 بالاتري باید تنظیم شود.

صفحه 17:
ترافیک صوت * دارباي يك نقطه ۱۵۱۷/۵1 مانند ویدیو است. * محدودیت تاخیر کمتری نسبت به ویدیو دازد چون گوش آدمي حساسیت كمتري به تاخیر دارد. * تاخیر بیش از. حدود 150 ۲۱5]موجب احساس قطع شدن ارتباط و یا تاخیر در پاسخ, در شنونده مي شود. * در كاربردهاي چند رسانه اي, صوت باید با ویدیو از نظر زماني همگام شود.

صفحه 18:
۲--محدودیت های مدل سرویس ۰ ‎Best Effort‏ مدل سرویس 6۲0۲۲ 8651 لاشبکه سعي خود را براي ارسال سریعتر بسته ها خواهد کرد ولي ‎ae ale‏ اين, ممکن است برخي از بسته ها از بین بروند. لامدل دیتاگرام سنتي: عدم تضمین مسیر- عدم تضمین منأبع. اصل برقراري ارتباط بین شبکه هاي گوناگون غیر همگن, موجب رشد سایر ابعاد اقتصاد ميشود. نقش برقراري ارتباط يك كام بجلو است. تضمین سرویس يك كالاي لوکس است. ابا استفاده از 708 , كاربردهايي که نیاز به تضفین سالم رسیدن بسته ها دارند, مي توانند با ارسال مجدد و تنظیم نرخ ارسال با وضعیت شبکه, از منابع موجود حداکثر بهره برداري را بکنند.

صفحه 19:
فلسفه طراحى 012 1 * فرض مي کنیم شبکه اکثرا ترتیب بسته ها را رعایت میکند. * فرض میکنیم بسته ها اکثرا سالم مي رسند مگر در مواقع ازدحام. * از بین رفتن بسته ها نشانه آن است که اين کاربر بیش از ظرفیت شبکه از آن مي خواهد استفاده کند و باید نرخ ارسال خود را کاهش دهد. * مدیریت پنجره ازدحام بر اساس مکانیسم هاي 5۱0۷-53۲1 ‎Retransmit‏ و۲2 رو 8660۵۷۲۷ ۲۵51 لنجام مي شود( برليلطلاعاتب یشتر به [1] مرلجعه شود).

صفحه 20:
رفتار یک ارتباط) ]" شکل زیر. طول پتجره ازدحام (نرخ ارسال) يك ازتباط ۳68 را نشان مي دهد. oO 0 eo 90 ۰0 60

صفحه 21:
تاثیر ‎ly 3952, She‏ م 10:۳" حذفت يك بسته : موجب کاهش نرخ يك ارتباط مي شود. _ حدذف تعدادي از بسته ها: + اگر از ارتباطهاي مختلف باشند, موجب همگام شدن و افزایش همزمان آنها و ایجاد ازدحام مي گردد. +اگر از يك ارتباط باشند, ‎Fast gle 4 Time-out Gas‏ ‎Retransmit‏ مي شود. _تاخیر بسته ها: بخاطر انتظار در صف ارال انجام ميشود. این کار موجب تاخیر افتادن ارسال ۸6 ها و تاخیر در ارسال بسته هاي بعدي و در نتیجه کاهش نرخ ارسال مي شود.

صفحه 22:
علت خراب شدن کیفیت سرویس در اینترنت بخشي از مشکل به رفتار۳)] مربوط مي شود: ‎Slow Start/ Fast Retransmit awil& +‏ موجب ایجاد صفهاي طولاني در گلوگاههاي شبکه ميشود. _بسياري از.اوقات طولاني بودن زمان پاسخ مثلا در استفاده از وب بخاطر دورريزي پشت سر هم بسته 5 ‎Time out‏ شدن است و نه ازدحام.

صفحه 23:
آیا می توان کیفیت سرویس اینترنت ‎Lb Best Effort‏ بهبود داد؟ سه نوع ‎ol‏ حل براي این منظور ارایه شده است: »صف بندي: موجب تاخیر انداختن تلفات بسته ميشود به اين اميد كه وضعیت شبکه بهبود یابد. ©-مديريت هوشمند بافر: روشهايي مانند ‎Random Early‏ ‎Discard(RED)‏ موجب جلوكيري از افزايش زياد نرخ ارتباطهاي 1085 و از بين بردن هم زماني آنها مي شود. بهود رفتار 70۳ : روشهاي متعددي ارائه شده است که بعدا به آنها خواهیم پرداخت: . Selective Acknowledgement 5} ‏-استفاده‎ -افزایش مقدار اولیه پنجره ۲0۳ از يك سگمنت به 6۴ سگمنت براي وارد شدن به ۲ ۴۵58 در صورت از بین رفتن بسته بجاي ‎-Time Out‏ ماندن در فاز 86۵60۷6۲۷ ۴۵5۲ در تمام طول ارتباط,

صفحه 24:
Best Effort jos cle co pron راه حل هاي فوق براي بهبود کیفیت سرویس در اینترنت كافي نیستند: _حجم روزافزوني از ترافيك از 0۳[ استفاده نمي کند مانند: ‎Internet Telephony+‏ ‎+H.323/MBONE(audio/viodes)‏ ‏_استفاده وسیع از تجهیزات مياني تاخیر در شبکه را افزايش مي دهد: + دیواره هاي آتش + سرورهاي, ۸۵۸۲ ,۲۲۵۷ ... _رفتار معمول 76۳ براي برخي کاربردها اضولا مناسب نیست. بسياري از اوقات نیاز به افزایش سریع نرخ ارسال نیست مانند ۱۷/۴۸۷ ها ولي ذر عين حال نياز به رزرو كردن منابع به منظورکاهش تاخیر ارسال است.

صفحه 25:
‎or 0 ۲‏ 58 کیفیت سس ویس در ارزيابي عملکرد سیستم ها چهار سئوال اساسي پیش مي آید که به آنها ‏لازم است پاسخ داده شود: ‏0 ۷ ۳۱0۷۷ : با جه سرعتيبه يكدرخواستياسخ دادم ميشود. ‏0 1۷۷ ۳۱0۷۸ : رلندمان‌لستفادم از متابع. چقدر ‎Gaul‏ ‏۰ ۷ ۳۱۵۷ : منابم موجود چگونه بین‌درخولستهاي‌مواز يت قسیم كنده لست ‏/۳۱۵۷ : سيستم جكونه با خطا هاو خرلبيها روبرو ميشود.

صفحه 26:
معیارهای ارزیابی کیفیت لیست زیر تعدادي از معيارهاي عمومي ارزيابي کیفیت عملکرد يك شبکه را نشان مي دهد: » ظرفیت بهینه * سطح استفاده (منظور ‎(.e! utilization‏ ۰ گذردهي * نرخ تلفات بسته ها ۶ راندمان * میزان سربار * تاخیر ۰ تغییرات تاخیز * زمان پاسخ ۰ عدالت در تخصیص منابع

صفحه 27:
پارامترهای کیفیت سر‌ویس کیفیت سرویس در دو سطح تعریف مي شود: در سطح نشست یا ارتباط: نرخ 25% ‎Juial (Blocking Probability) Gay‏ دریافت پاسخ مثبت براي برقراري يك ارتباط چقدر است. در سطح بسته ها: سه پارامتر اصلي براي تعریف کیفیت سرویس در سطح بسته عبارتند از: تاخیر (/۱(6۱۷) : میزان تاخیر بر سر راه ترافيك بخاطر صف بندي , پردازش و یا ازدحام. تغییرات تاخیر (6۲]أ() : بهم ریختن و تغییرات فاصله زماني بین ورود بسته ها درگیرنده راانشان مي دهد. کاربردهای چند رسانه اي به تغییرات تاخیر حساسیت يذارند. * تلفات: نرخ دورريزي بسته ها بخاطر وقوع ازدحام در شبکه.

صفحه 28:
دسته بندی روشهای ارایه کیفیت سرویس ** 005 ۳۳۵۷5۱0060 : منابع شبکه بصورتلستاتيك برلویك کلاس‌ترلفيك یا يك جریان‌تخصیص مییابد. ** 519031360005 : كاربردها در صورتنياز از شبكه درخواستوزرو منابع ‎“aus‏ ‎QoS *‏ ۳۵۲-۴۱۵۷۷ : کیفیتسروس‌در سطح يك جریان‌تر لفيك مشخص‌تضمین مي‌شود. * 05 ۳6۲-۵9۲69216 : حمایتاز کیفیتسروس‌نه برلي‌هو جریان‌بلکه برلي مجموعه لیاز جریانها که تشکیلیك کاش‌ترلفيك‌را مي دهند بطور جمعي انجام میشود.

صفحه 29:
مشکلات ارایه کیفیت سرويس ساختار پشته پروتکل اینترنت بدون 005) ساده است. اینترنت با 5 پيچيدگيهاي فراواني را همراه مي آورد. مني توان با افزايش پهناي باندها مشکل 405 را تا حدي رفع کرد. حمایت از کیفیت سرویس از طرف دیگر باعث استفاده بهینه منابع شبکه ميشود. آیا مي توان مضالحه اي بین پيچيدگي و راند مان انجام داد؟ جهت گيري به سمت روشهاي ۴6۲-۵09۲69316 به جاي -۲6۲ ‎<u) Flow‏

صفحه 30:
6 -نیازمندیهای یک معماری کیفیت سرويس مثال ساده زیر را در نظر بگیرید. دو جریان ۳۱2-۲۱4 و ۳۱1-۳۱3 خط بين مشيريابهاي 2 و 81 با ظرفیت 1.51005 را بطور اشتراكي استفاده مي کنند. برای انجام اینکار بصورت بهینه باید چهار اصل اساسی رعایت گردد. 1.5 Mbps link H2 ft R1 output 14 interface queue

صفحه 31:
اصل۱-علامت گذاری بسته ها روشي براي علامت گذاري بسته ها به منظور اولویت بندي و تمایز بین آنها لازم است. در مثال فوق اگر ارتباط ۳۱1-۲13 مربوط به يك مکالمه تلفني و ارتباط ۲۱2-4 مربوط به يك کازبرد ۳۲۳ باشد, بدون الویت ذهي, ارسال يك فایل بزرگ مي تواند براي مدتي ارتباط صوتي را مختل کند. 1 Mbps wou

صفحه 32:
اصل۲ - ایو لاسیون ار تباطها از هم يك جریان با رفتار نامتعارف (ارسال داده بیش از حد مجاز) نباید موجب اختلال سایر جریانها بشود. کنترل نرخ ورود ترافيك به شبکه در سطح جریان لازم است ‎(Policing)‏ 1 Mbps ke it ici on packet marking and policing ‏ون‎ ; ‏هه‎ a ‏فته للا‎ Ri 5 Mbps - au H2

صفحه 33:
اصل ۳ راندمان استفاده از منابع ممزمان ال و لاس گید تقد از ملگ نیز با رفققای دولي انجام شود. براي تامین ایزولاسیزن مي توان از مدل سوییچینگ مداري استفاده کرد و پهناي باند خط را بین دو جریان بطور ثابت تقسیم کرد ولي اینکار راندمان استفاده از شبکه را کاهش مي دهد. packet marking ions 1 Mbps logical link .. H3 ‏هجوم‎ tit s logical lin “=. s 5 ‏ی‎ > (ae 0 Mbps H2 .5 Mbps logical link

صفحه 34:
‎we —‏ 9 2 اصل» - کنتررل پذيررش ارتباطها شبکه نباید بیش از ظرفیت ترافيك بپذیرد. کنترل پذیرش ترافيك معمولا در سطح ارتباط یا نشست صورت مي پذیرد. کاربر مشخصات ترافيك و نیا زمنديهايي کیفیت سرویش خود را اعلام مي کند و شبکه تصمیم مي گیرد آیا امکانات لازم براي پذیرش ارتباط را در اختیار دازد یا نه. ‎ ‎QoS for networked applications ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎) ‎ ‎

صفحه 35:
مثلث 005 آسافرستنده ها تمایل به ارسال حجم بالاي ترافيك بصورت ناگهاني در هر لحظه دلخواه دارند. آساگیرنده ها انتظار تاخیر کم و گذردهي بالا دارند. لافراهم كننده ها ‎(Providers)‏ مي خواهند بیشترین حجم ترافيك را با حداقل منابع بپذيرند. Low Capacity High QoS

صفحه 36:
1-0“ اجزا یک معماری گیفیت سرویس [)- تعریف انواع سرویس ها با نيازمنديهاي 005) مختلف. -امكان مشخص كردن بسته هاي مَرَبوط به سرويس هاي مختلف ‎(Packing Marking)‏ ©- وجود قراردادي براي لرتباط كاربر و شبكه. _ يك پروتکل 519۳021109 براي مذاکره و رزرو منایع. 9- تعریف يك قرارداد سطح سرویس شم مشخصات ترلفيك و پارامترهاي کیفیت سرویس. - تعریف الگوريتمي براي کنترل پذیرش ارتباطها (60۳0۲0 ۸۵۵0۳0160 ). 0 امکان کنترل مشخصات ترافيك جریانها (5۳501۳9 / و۳0۱9 ۲۲۵۴۶). © امكان مسيريابي حساس به كيفيت سرويس براي يافتن يك مسير مناسب. امكانات يردازش حساس به كيفيت سرويس بسته ها: _ Drop Policy/ Buffer Allocation _Queuing Discipline & Service Policy _Traffic Management

صفحه 37:
مکانیسم های ارایه کیفیت سرویس ۸ . قرارداد بین‌کاربرانو شبکه ‎_Service Level Agreement (SLA)‏ ‎_Traffic Contract‏ ‎_QoS Contract‏ (Network Edge) ‏در لبه شبكد‎ . 8 _Signaling & Admission Control _Packet Classification/Marking _Traffic Shaping _Traffic Policing .در روترها ‎_Classification & Scheduling‏ ‎_Routing‏ ‎_Buffer Management‏ ‎_Traffic Monitoring ( metering)‏

صفحه 38:
دسته بندی مکانیسم های کیفیت سرویس این مکانیسم ها به سه دسته مکانیسم هاي صفحه داده. مکانیسم هاي صفحه كنترلي و مکانیسم هاي صفحه مدیریت تقسیم مي شوند: )-صفحه داده: شامل مجموعه پرونکلها و مکانیسم هايي است که براي تحویل به موقع بسته ها به گیرنده به کار مي رود مانند 0۲10۱ ,0۱۴۲6۲۱۴9 ‎-scheduling ,,error control framing‏ 0- صفحه کنترلی: شامل کلیه پروتکلها و مکانیسم هاي لازم جهت برقراري, نگهداري و قطع اتباط بین کاربران است مانند پروتکل سیگنالینگ براي رزرو منابع. 0- صفحه مدیریت: شامل پروتکلها و مکانیسم هاي لازم براي نظارت , نگهداري و اطمینان از سالم بودن تجهیزات و منابع شبکه است مانند نظارت بر استفاده از ‎.(metering) ais‏

صفحه 39:
‎Quality of Service‏ شمایک لیس اختر ‎Set DSCP values ‎ ‎| Classification/Marking ‎ ‎Costomer Bie (CE) 8 ‎۳ flows to ‎Provider Edge (PE) 1۳ ‎Policing/Shaping ‎, Congestion Avoidance ‎Scheduling ‎iii ‎

صفحه 40:
مقایسه ای از مکانیسم های 0005 جدول زیر مقایسه اي بین شبکه هاي ۸۲ و ۱۳ انجام مي دهد. QoS Component ATM IP Services CBR. VBR. | Integrated | ABR, UBR Services Signaling UNI 4.0 RSVP | Policing/Shaping | Leaky bucket Token bucket Forwarding Per-VC/per-class} Differentiated queueing Services Elastic Traffic | ABR RED, Slow-start Mgmt Routing PNNI QoS routing

صفحه 41:
نتیجه گیری فصل 6 * در اين فصل موارد زیر مورد بزرسی قرار گرفت - کاربردهای بلادرنگ و به طور خاص 013۷/0361ها بررسی شد. حت نشان داده شد که کاربردها را می توان به دو دسته قابل انعطاف و خی قابل انعطاف تقسیم کرد سرويس ‎Effort‏ 8651 در اینترنت توضیح داده شد. - کیفیت سروینٌ و پارامترهای مربوطه تعریف گردید. - نیازمندیهای یک معماری کیفیت سروینن"تشریح گردید. - اجزای یک معماری کیفیت سرویس بیان شد و مکانیسم های مربوطه برای پیاده سازی اين اجزا و نقش هر یک از تجهیزات شبکه در اين پیاده سازی توضیح داده شد. 4

نیازمندیهای کیفیت سرویس در اینترنت 1 عنوان مطالب اين مبحث از 5قسمت تشكيل شده است: 1وضعيت ترافيك در اينترنت و نيازمنديهاي آن 2محدوديتهاي مدل سرويس Best Effort 3معرفي كيفيت سرويس 4نيازمنديهاي يك معماري كيفيت سرويس 5اجزا يك معماري كيفيت سرويس 2 منابع 1- Xipeng Xiao and Lionel M. Ni, Internet QoS: A Big Picture, IEEE Network • March/April 1999 2- W. Zhao, D. Olshefski and H.Schulzrinne, Internet Quality of Service: an Overview, 2000 3- D.D. Clark, et. al, “Supporting Real-Time Applications in an Integrated Service Packet Network,” 1992 3 -6-1وضعيت ترافيك در اينترنت و نيازمنديهاي آن انگيزه _ در حال حاضر اينترنت تنها يك نوع سرويس بنام Best Effortرا ارايه مي كند. در اين مورد كنترل دسترسي به شبكه انجام نميگيرد وتضميني نيز به ترافيك پذيرفته شده داده نميشود. _ كاربردهاي موجود عمد تا انعطاف پذير هستند: +تاخير و دورريزي بسته ها را تحمل مي كنند. +نرخ ارسال خود را با وضعيت شبكه تنظيم مي كنند. _ كاربردهاي جديد در اينترنت قابليت انعطاف كاربردهاي سنتي داده بر مبنايTCP را ندارند. _آيا بايد كاربردها را تغيير داد يا اينترنت را كه بتواند كاربردهاي جديد را حمايت كند؟ 4 انواع كاربردها oكاربردهاي انعطاف پذير _مانند ترافيك داده و ترافيكFTP _حساس به نرخ ارسال نيستند اگر چه نرخ باالتر بهتر است ولي فراهم بودن يك نرخ مشخص براي عملكرد آنها ضروري نيست. oكاربردهاي با جريان پيوسته _گاه بنام كاربردهاي بالدرنگ تحمل پذير خوانده مي شوند. _مانند ترافيك ويديو. _يك حد باال و پايين براي كارايي قابل قبول شبكه وجود دارد. oكاربردهاي بالدرنگ حساس _نيازمند كيفيت سرويس در سطح مشخص و تعريف شده هستند. _در صورت فراهم نبودن منابع مورد نياز عملكرد كاربر با اختالل روبرو ميشود. 5 كاربردهاي Playback ‏o ‏o ‏o ‏o اكثريت كاربردهاي بالدرنگ از نوع Playbackهستند. اطالعات بصورت بسته هاي داده از طريق شبكه ارسال ميشود .هر بسته با تاخير آماري در سطح شبكه مواجه ميشود. گيرنده با شروع به دريافت اطالعات آنها را با خبر ميكند .اينكار تا مدت زمان تعريف شده ادامه مي يابد .سپس گيرنده شروع به نمايش اطالعات به كاربر ميكند. Playback Pointميزانت اخير ق ابلق بولب رايهر ب سته را ن شان ميدهد .اگر ب سته ايپ ساز زمانت ع ريفش ده ب راين مايشاطالعاتآن ب سته ب ه گ يرنده ب رسد ,غير مفيد و ب ال استفاده خواهد ب ود. 6 Playback نقطه Transmission Time شكل زير نمودار معمول توزيع احتمال تاخير در شبكه را نشان .ميدهد Typical Delivery Playback Point Application Buffers Data to Ensure Consistency Unless It’s Too Late… Distribution of Deliveries in Time در ن قطه ايت نظيم ميش ود ك ه امكانPlayback Point .ت اخير ب يشاز آنب سيار ك م ب اشد 7 نيازمنديهاي سرويس كاربردهايPlayback -1بخاطر ماهيت بالدرنگ ترافيك و دو طرفه بودن ارتباط مانند مكالمه صوتي, كاربرد حساس به تاخير در شبكه است .تاخير كمتر هميشه بهتر است. -2براي تنظيم نقطه , Playbackگيرنده الزم است در مورد ميزان تاخير در شبكه اطالعاتي را بصورت دقيق يا آماري داشته باشد. -3تاخير بسته ها تا سطح Playback Pointقابل تحمل است ,لذا شبكه مي تواند از اين خاصيت جهت اولويت دهي سرويس بسته ها استفاده كند .بسته هايي كه نزديك نقطه Playbackخود هستند بايد زودتر ارسال شوند. -4اكثر كاربردها تلفات بسته را بطور محدودي تحمل مي كنند ,لذا نقطه Playbackنياز نيست خيلي زياد تنظيم شود تا هيچ بسته اي ديرتر وارد نشود. 8 انواع كاربردهاي بالدرنگ كاربردهاي بالدرنگ را از دو ديد مي توان دسته بندي كرد: انعطاف ب سته ب ه اينك ه آيا ك اربرد امكانت نظيم : . Aغيرقابلانعطافي ا ق ابل ن قطه Playbackب ر اساسوضعيتش بكه را دارد. . Bت حملپ ذير ي ا ت حملن اپذير در مقابلوقفه هايك وتاه در س رويسش بكه . چهار حالت از ترکيب Aو Bبوجود می آيد ولی در عمل دو حالت از چهار حالت فوق وجود دارد: -1كاربردهاي غير قابل انعطاف و تحمل ناپذير :نيازمند يك سطح تضمين شده سرويس است. -2كاربردهاي قابل انعطاف تحمل پذير :نيازمند سرويس با سطح تضمين قابل انعطاف تري است. سئوال :چرا دو تركيب ديگر مورد استفاده قرار نمي گيرد؟ 9 بهبود كيفيت سرويس در اينترنت _ IETFكار بهبود امكانات كيفيت سرويس در اينترنت را در دست انجام دارد. _پروتكلهاي متعددي در اين رابطه تعريف شده است كه شامل موارد زير است: • Differentiated Service • Integrated Service • RSVP 10 كيفيت سرويس چيست؟ • از ديد كاربر :عبارت است از تضمين سرويس انتها به انتها براي كاربر مانند تضمين تاخير بين دو كاربر در ارتباط صوتي () VOIP و يا تضمين پهناي باند بين دروازه هاي يك شبكه خصوصي مجازي (.) VPN • از ديد شبكه :عبارت است از امكان اولويت بندي بسته ها و تنظيم رفتار شبكه براي اولويت هاي مختلف به تناسب نياز آنها. دو نکته در اين رابطه حائز اهميت است: • امكان تضمين سرويس انتها به انتها در صورتيكه اولويت بندي با رزرو كردن منابع همراه باشد وجود خواهد داشت. • امكانات فوق در شبكه اينترنت امروزي وجود ندارد و افزودن آنها بسادگي امكان پذير نيست. 11 تركيب ترافيك اينترنت شكل زير نشان دهنده اين است كه ترافيك شبكه هاي داده امروزه بطور غالب از جنس IPمي باشد و ترافيك IPXو SNAبا كاهش شديدي روبرو بوده اند .بنابراين اينترنت انواع كاربردهاي حساس را در بر خواهد داشت كه نيازمند ارايه سرويس مناسب هستند. ‏IP ‏IP ‏SNA ‏IPX ‏Others ‏RFC 1490 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10% 0% 12 ترافيك اينترنت انواع عمده ترافيك اينترنت عبارتند از: • TCPو IP Telephonyو H.323 audio/video و در مورد ترافيك , TCPكاربردهاي زير نقش اصلي را بازي ميكنند: _ Webو FTPو .Mail ‏TCP Applications ‏Transport Breakout 13 تركيب ترافيك شبكه هاي خصوصي در شبكه هاي سازماني ,حجم ترافيك وب و چند رسانه اي در حال رشد بوده است: ‏Multimedia ‏Dynamic WWW ‏Static WWW ‏FTP and Telnet ‏E-Mail and News ‏Other 14% 7% 2% 7% ‏Numbers ‏in Percent 100 16% 27% 28% 80 23% 60 15% 12% 23% 17% 18% 39% 40 17% 20 14% 13% 8% 0 2000 1998 1996 14 شكل ترافيك ويديو كدينگ ويديو با استاندارد MPEGمنجر به توليد سيگنال با نرخ متغير مي شود. فريمها به دو دسته فريمهاي اصلي و فريمهاي تفاضلي تقسيم مي شوند .فريمهاي تفاضلي نرخ بيت كمتري توليد مي كنند. ‏Key ‏Frame ‏Key ‏Frame ‏Delta Frames 15 شكل ترافيك ويديو محدوديت پهناي باند موجب كاهش تغييرات نرخ سيگنال و در مقابل افزايش تاخير ارسال مي شود و لذا نقطه Playbackباالتري بايد تنظيم شود. ‏Key ‏Frame ‏Key ‏Frame ‏Delta Frames 16 ترافيك صوت • داراي يك نقطه Playbackمانند ويديو است. • محدوديت تاخير کمتری نسبت به ويديو دارد چون گوش آدمي حساسيت كمتري به تاخير دارد. • تاخير بيش از حدود ms 150موجب احساس قطع شدن ارتباط و يا تاخير در پاسخ ,در شنونده مي شود. • در كاربردهاي چند رسانه اي ,صوت بايد با ويديو از نظر زماني همگام شود. 17 -6-2محدوديت هاي مدل سرويس ‏Best Effort مدل سرويس Best Effort شبكه سعي خود را براي ارسال سريعتر بسته ها خواهد كرد ولي عليرغم اين ,ممكن است برخي از بسته ها از بين بروند. مدل ديتاگرام سنتي :عدم تضمين مسير -عدم تضمين منابع. اصل برقراري ارتباط بين شبكه هاي گوناگون غير همگن ,موجب رشد ساير ابعاد اقتصاد ميشود .نقش برقراري ارتباط يك گام بجلو است .تضمين سرويس يك كاالي لوكس است. با استفاده از , TCPكاربردهايي كه نياز به تضمين سالم رسيدن بسته ها دارند ,مي توانند با ارسال مجدد و تنظيم نرخ ارسال با وضعيت شبكه ,از منابع موجود حداكثر بهره برداري را بكنند. 18 فلسفه طراحيTCP • فرض مي كنيم شبكه اكثرا ترتيب بسته ها را رعايت ميكند. • فرض ميكنيم بسته ها اكثرا سالم مي رسند مگر در مواقع ازدحام. • از بين رفتن بسته ها نشانه آن است كه اين كاربر بيش از ظرفيت شبكه از آن مي خواهد استفاده كند و بايد نرخ ارسال خود را كاهش دهد. • مديريت پنجره ازدحام بر اساس مكانيسم هاي Slow-Start Fast Retransmitو Fast Recoveryانجام مي ش ود( ب راياطالعاتب يشتر ب ه [ ]1مراجعه ش ود). 19 TCPرفتار يك ارتباط TCP شكل زير طول پنجره ازدحام (نرخ ارسال) يك ارتباط .را نشان مي دهد 45 40 35 30 Congestion Avoidance Phase Linear Growth 25 20 15 10 Slow Start Exponential Growth 5 0 20 0 10 20 30 40 50 تاثير عملكرد روترها بر TCP _حذف يك بسته :موجب كاهش نرخ يك ارتباط مي شود. _ حذف تعدادي از بسته ها: +اگر از ارتباطهاي مختلف باشند ,موجب همگام شدن و افزايش همزمان آنها و ايجاد ازدحام مي گردد. +اگر از يك ارتباط باشند ,موجب Time-outبه جاي Fast مي شود. ‏Retransmit _تاخير بسته ها :بخاطر انتظار در صف ارسال انجام ميشود. اين كار موجب تاخير افتادن ارسال Ackها و تاخير در ارسال بسته هاي بعدي و در نتيجه كاهش نرخ ارسال مي شود. 21 علت خراب شدن كيفيت سرويس در اينترنت _بخشي از مشكل به رفتار TCPمربوط مي شود: +مكانيسم Slow Start/ Fast Retransmitموجب ايجاد صفهاي طوالني در گلوگاههاي شبكه ميشود. _بسياري از اوقات طوالني بودن زمان پاسخ مثال در استفاده از وب بخاطر دورريزي پشت سر هم بسته ها و Time out شدن است و نه ازدحام. 22 آيا مي توان كيفيت سرويس اينترنت Best Effortرا بهبود داد؟ سه نوع راه حل براي اين منظور ارايه شده است: -1صف بندي :موجب تاخير انداختن تلفات بسته ميشود به اين اميد كه وضعيت شبكه بهبود يابد. -2مديريت هوشمند بافر :روشهايي مانند Random Early ) Discard(REDموجب جلوگيري از افزايش زياد نرخ ارتباطهاي TCPو از بين بردن هم زماني آنها مي شود. -3بهبود رفتار : TCPروشهاي متعددي ارائه شده است كه بعدا به آنها خواهيم پرداخت: استفاده از . Selective Acknowledgementافزايش مقدار اوليه پنجره TCPاز يك سگمنت به 4سگمنت براي وارد شدن به Fast Retransmitدر صورت از بين رفتن بسته بجاي .Time Out ماندن در فاز Fast Recoveryدر تمام طول ارتباط.23 محدوديت هاي مدل Best Effort راه حل هاي فوق براي بهبود كيفيت سرويس در اينترنت كافي نيستند: _حجم روزافزوني از ترافيك از TCPاستفاده نمي كند مانند: ‏Internet Telephony+ )+H.323/MBONE(audio/viodes _استفاده وسيع از تجهيزات مياني تاخير در شبكه را افزايش مي دهد: +ديواره هاي آتش +سرورهاي... Proxy, NAT , _رفتار معمول TCPبراي برخي كاربردها اصوال مناسب نيست. بسياري از اوقات نياز به افزايش سريع نرخ ارسال نيست مانند VPN ها ولي در عين حال نياز به رزرو كردن منابع به منظوركاهش تاخير ارسال است. 24 -6-3معرفي كيفيت سرويس در ارزيابي عملكرد سيستم ها چهار سئوال اساسي پيش مي آيد كه به آنها الزم است پاسخ داده شود: : How quickly oب ا چه س رعتيب ه ي ك درخواستپ اسخ داده ميشود. است : How effectively oراندماناستفاده از منابع چقدر . : How fairly oمنابع موجود چگونه ب يندرخواستهايموازيت قسيم است ش ده . : How well oس يستم چگونه ب ا خطا ها و خرابيها روبرو ميش ود. 25 معيارهاي ارزيابي كيفيت ليست زير تعدادي از معيارهاي عمومي ارزيابي كيفيت عملكرد يك شبكه را نشان مي دهد: • ظرفيت بهینه • سطح استفاده (منظور utilizationاست). • گذردهي • نرخ تلفات بسته ها • راندمان • ميزان سربار • تاخير • تغييرات تاخير • زمان پاسخ • عدالت در تخصيص منابع 26 پارامترهاي كيفيت سرويس كيفيت سرويس در دو سطح تعريف مي شود: -1در سطح نشست يا ارتباط :نرخ مسدود بودن ( )Blocking Probabilityاحتمال دريافت پاسخ مثبت براي برقراري يك ارتباط چقدر است. -2در سطح بسته ها :سه پارامتر اصلي براي تعريف كيفيت سرويس در سطح بسته عبارتند از: تاخير ( : )Delayميزان تاخير بر سر راه ترافيك بخاطر صف بندي ,پردازش و يا ازدحام. تغييرات تاخير ( : )Jitterبهم ريختن و تغييرات فاصله زماني بين ورود بسته ها درگيرنده را نشان مي دهد .كاربردهای چند رسانه اي به تغييرات تاخير حساسيت بيشتري دارند. تلفات :نرخ دورريزي بسته ها بخاطر وقوع ازدحام در شبكه. 27 دسته بندي روشهاي ارايه كيفيت سرويس : Provisioned QoS منابع ش بكه ب صورتاستاتيك ب رايي ك ك الست رافيك ي ا جریانت خصيصميي ابد. يك : Signalated QoS ك اربردها در ص ورتن ياز از ش بكه درخواسترزرو منابع ميكنند. : Per-Flow QoS ك يفيتس رويسدر س طح ي ك جريانت رافيك مشخصت ضمين ميش ود. : Per-aggregate QoS حمايتاز ك يفيتس رويسن ه ب رايهر جريانب لكه مجموعه اياز جریانها ك ه ت شكيلي ك ك الست رافيك را ب راي مي دهند بطور جمعي انجام ميشود. 28 مشكالت ارايه كيفيت سرويس ‏ ‏ ‏ ‏ ساختار پشته پروتكل اينترنت بدون QoSساده است .اينترنت با QoSپيچيدگيهاي فراواني را همراه مي آورد. مي توان با افزايش پهناي باندها مشكل QoSرا تا حدي رفع كرد. حمايت از كيفيت سرويس از طرف ديگر باعث استفاده بهينه منابع شبكه ميشود. آيا مي توان مصالحه اي بين پيچيدگي و راند مان انجام داد؟ جهت گيري به سمت روشهاي Per-aggregateبه جاي Per- Flowاست. 29 -6-4نيازمنديهاي يك معماري كيفيت سرويس مثال ساده زير را در نظر بگيريد .دو جريان H2-H4و H1-H3خط بين مسيريابهاي R2و R1با ظرفيت 1.5Mbpsرا بطور اشتراكي استفاده مي كنند. برای انجام اينکار بصورت بهينه بايد چهار اصل اساسی رعايت گردد. 30 اصل-1عالمت گذاري بسته ها روشي براي عالمت گذاري بسته ها به منظور اولويت بندي و تمايز بين آنها الزم است. در مثال فوق اگر ارتباط H1-H3مربوط به يك مكالمه تلفني و ارتباط H2-H4مربوط به يك كاربرد FTPباشد ,بدون الويت دهي ,ارسال يك فايل بزرگ مي تواند براي مدتي ارتباط صوتي را مختل كند. 31 اصل-2ايزوالسيون ارتباطها از هم يك جريان با رفتار نامتعارف (ارسال داده بيش از حد مجاز) نبايد موجب اختالل ساير جريانها بشود .كنترل نرخ ورود ترافيك به شبكه در سطح جريان الزم است (.)Policing 32 اصل -3راندمان استفاده از منابع همزمان با ايزوالسيون ,بايد استفاده از منابع شبكه نيز با راندمان خوبي انجام شود .براي تامين ايزوالسيون مي توان از مدل سویيچينگ مداري استفاده كرد و پهناي باند خط را بين دو جريان بطور ثابت تقسيم كرد ولي اينكار راندمان استفاده از شبكه را كاهش مي دهد. 33 اصل -4كنترل پذيرش ارتباطها شبكه نبايد بيش از ظرفيت ترافيك بپذيرد .كنترل پذيرش ترافيك معموال در سطح ارتباط يا نشست صورت مي پذيرد .كاربر مشخصات ترافيك و نيازمنديهايي كيفيت سرويس خود را اعالم مي كند و شبكه تصميم مي گيرد آيا امكانات الزم براي پذيرش ارتباط را در اختيار دارد يا نه. 34 مثلثQoS فرستنده ها تمايل به ارسال حجم باالي ترافيك بصورت ناگهاني در هر لحظه دلخواه دارند. گيرنده ها انتظار تاخير كم و گذردهي باال دارند. فراهم كننده ها ( )Providersمي خواهند بيشترين حجم ترافيك را با حداقل منابع بپذيرند. 35 -6-5اجزا يك معماري كيفيت سرويس -1تعريف انواع سرويس ها با نيازمنديهاي QoSمختلف. -امكان مشخص كردن بسته هاي مربوط به سرويس هاي مختلف (.)Packing Marking -2وجود قراردادي براي ارتباط كاربر و شبكه. _ يك پروتكل Signalingبراي مذاكره و رزرو منابع. -3تعريف يك قرارداد سطح سرويس شامل مشخصات ترافيك و پارامترهاي كيفيت سرويس. -4تعريف الگوريتمي براي كنترل پذيرش ارتباطها (.) Admission Control -5امكان كنترل مشخصات ترافيك جريانها .)Traffic Policing / Shaping(. -6امكان مسيريابي حساس به كيفيت سرويس براي يافتن يك مسير مناسب. -7امكانات پردازش حساس به كيفيت سرويس بسته ها: _ Drop Policy/ Buffer Allocation _Queuing Discipline & Service Policy _Traffic Management 36 مكانيسم هاي ارايه كيفيت سرويس ق رارداد ب ينك اربرانو ش بكه. A _Service Level Agreement (SLA) _Traffic Contract _QoS Contract )Network Edge( در ل به ش بكه. B _Signaling & Admission Control _Packet Classification/Marking _Traffic Shaping _Traffic Policing در روترها. C _Classification & Scheduling _Routing _Buffer Management _Traffic Monitoring ( metering) 37 دسته بندي مكانيسم هاي كيفيت سرويس اين مكانیسم ها به سه دسته مكانيسم هاي صفحه داده ،مكانيسم هاي صفحه كنترلي و مكانيسم هاي صفحه مديريت تقسيم مي شوند: - 1صفحه داده :شامل مجموعه پروتكلها و مكانيسم هايي است كه براي تحويل به موقع بسته ها به گيرنده به كار مي رود مانند buffering, priority .scheduling , ,error control framing - 2صفحه كنترلي :شامل كليه پروتكلها و مكانيسم هاي الزم جهت برقراري, نگهداري و قطع ارتباط بين كاربران است مانند پروتكل سيگنالينگ براي رزرو منابع. - 3صفحه مديريت :شامل پروتكلها و مكانيسم هاي الزم براي نظارت ,نگهداري و اطمينان از سالم بودن تجهيزات و منابع شبكه است مانند نظارت بر استفاده از منابع (.)metering 38 ش مایک لیس اختارQuality of Service 39 مقايسه اي از مكانيسم هاي QoS جدول زير مقايسه اي بين شبكه هاي ATMو IPانجام مي دهد. 40 نتیجه گیری فصل 6 • در این فصل موارد زیر مورد بررسی قرار گرفت – کاربردهای بالدرنگ و به طور خاص playbackها بررسی شد. – نشان داده شد که کاربردها را می توان به دو دسته قابل انعطاف و غیر قابل انعطاف تقسیم کرد. – سرویس Best Effortدر اینترنت توضیح داده شد. – کیفیت سرویس و پارامترهای مربوطه تعریف گردید. – نیازمندیهای یک معماری کیفیت سرویس تشریح گردید. – اجزای یک معماری کیفیت سرویس بیان شد و مکانیسم های مربوطه برای پیاده سازی این اجزا و نقش هر یک از تجهیزات شبکه در این پیاده سازی توضیح داده شد. 41

51,000 تومان