Diferencované služby - Differentiated services

Diferencované služby neboli DiffServ je architektura počítačových sítí, která určuje jednoduchý a škálovatelný mechanismus pro klasifikaci a správu síťového provozu a poskytování kvality služeb (QoS) v moderních sítích IP . DiffServ lze například použít k zajištění nízké latence kritickému síťovému provozu, jako je hlas nebo streamování médií, a zároveň poskytuje jednoduchou službu s nejlepším úsilím nekritickým službám, jako je webový přenos nebo přenosy souborů .

DiffServ používá 6bitový kódový bod diferencovaných služeb ( DSCP ) v poli 8bitových diferencovaných služeb ( pole DS ) v hlavičce IP pro účely klasifikace paketů. Pole DS nahrazuje zastaralé pole IPv4 TOS .

Pozadí

Moderní datové sítě nabízejí mnoho různých typů služeb, včetně hlasu, videa, streamování hudby, webových stránek a e-mailů. Mnoho z navrhovaných mechanismů QoS, které umožňovaly koexistenci těchto služeb, bylo složitých a nedokázalo se přizpůsobit požadavkům veřejného internetu . V prosinci 1998 zveřejnila IETF RFC  2474 - Definice pole Diferencované služby (pole DS) v záhlavích IPv4 a IPv6 , které nahradily pole TOS IPv4 polem DS. V poli DS se pro zpětnou kompatibilitu se specifikací priority IP v předchozím poli TOS používá rozsah osmi hodnot (Class Selectors) . Dnes DiffServ do značné míry nahradil TOS a další mechanismy QoS vrstvy 3 , jako jsou integrované služby (IntServ), protože směrovače primární architektury používají k poskytování QoS.

Mechanismy řízení provozu

DiffServ je hrubozrnné , class-based mechanismus pro řízení dopravy. Na rozdíl od toho IntServ je jemnozrnný , proudění na bázi mechanismu. DiffServ spoléhá na mechanismus ke klasifikaci a označení paketů jako patřících do konkrétní třídy. Směrovače podporující technologii DiffServ implementují chování typu hop (PHB), které definují vlastnosti předávání paketů spojené s třídou provozu. Mohou být definovány různé PHB, které nabízejí například službu se ztrátou nebo latencí .

Spíše než rozlišovat síťový provoz na základě požadavků individuálního toku, DiffServ pracuje na principu klasifikace provozu a umisťuje každý datový paket do jedné z omezeného počtu provozních tříd. Každý směrovač v síti je poté nakonfigurován tak, aby rozlišoval provoz na základě své třídy. Každou třídu provozu lze spravovat odlišně, což zajišťuje preferenční zacházení pro provoz s vyšší prioritou v síti. Předpokladem Diffservu je, že komplikované funkce, jako je klasifikace paketů a kontrola, mohou být prováděny na okraji sítě hraničními směrovači. Jelikož v jádrovém routeru není vyžadována žádná klasifikace a kontrola, může být jejich funkčnost jednoduchá. Jádrové směrovače jednoduše aplikují úpravu PHB na pakety na základě jejich označení. Léčba PHB je dosažena základními směrovači pomocí kombinace politiky plánování a politiky správy front.

Skupina směrovačů, které implementují běžné, administrativně definované zásady DiffServ, se označuje jako doména DiffServ .

Zatímco DiffServ doporučuje standardizovanou sadu provozních tříd, architektura DiffServ nezahrnuje předem stanovené úsudky o tom, jaké typy provozu by měly mít prioritní zacházení. DiffServ jednoduše poskytuje rámec umožňující klasifikaci a diferencované zacházení. Standardní třídy provozu (popsané níže) slouží ke zjednodušení interoperability mezi různými sítěmi a vybavením různých prodejců.

Klasifikace a značení

Síťový provoz vstupující do domény DiffServ je podroben klasifikaci a podmínkám. Klasifikátor provozu může kontrolovat mnoho různých parametrů v příchozích paketech, jako je zdrojová adresa, cílová adresa nebo typ provozu, a přiřadit jednotlivé pakety konkrétní třídě provozu. Klasifikátory provozu mohou ctít jakékoli značky DiffServ v přijatých paketech nebo se mohou rozhodnout tyto značky ignorovat nebo přepsat. Pro přísnou kontrolu nad objemy a typem provozu v dané třídě se operátor sítě může rozhodnout nerespektovat označení při příchodu do domény DiffServ. Provoz v každé třídě může být dále podmíněn podrobením provozu omezovačům rychlosti , dopravním policistům nebo tvarovačům .

Chování podle skoku je určeno polem DS v záhlaví IP. Pole DS obsahuje 6bitovou hodnotu DSCP. Explicit Congestion Notification (ECN) zabírá nejméně významné 2 bity pole IPv4 TOS a pole IPv6 třídy provozu (TC).

Teoreticky by síť mohla mít až 64 různých provozních tříd pomocí 64 dostupných hodnot DSCP. DiffServ RFC doporučují, ale nevyžadují, určitá kódování. To poskytuje operátorovi sítě velkou flexibilitu při definování tříd provozu. V praxi však většina sítí používá následující běžně definované chování pro jednotlivé skoky:

• Výchozí přeposílání (DF) PHB - což je obvykle provoz s nejlepším úsilím
• Zrychlené přeposílání (EF) PHB - věnováno provozu s nízkou ztrátou a nízkou latencí
• Zajištěné předávání (AF) PHB - poskytuje záruku dodávky za předepsaných podmínek
• Class Selector PHBs - which keepback back compatibility with the IP precedence field.

Výchozí přeposílání

Jediné požadované chování je výchozí přesměrování (DF) PHB. V zásadě jakýkoli provoz, který nesplňuje požadavky žádné z ostatních definovaných tříd, používá DF. Typicky má DF předávací vlastnosti s nejlepším úsilím. Doporučený DSCP pro DF je 0.

Zrychlené přeposílání

IETF definuje chování Expedited Forwarding (EF) v RFC  3246 . EF PHB má vlastnosti malého zpoždění, nízké ztráty a nízkého chvění. Tyto vlastnosti jsou vhodné pro hlasové, obrazové a jiné služby v reálném čase. Provoz EF je často dán přísnou prioritou ve frontě nad všemi ostatními třídami provozu. Protože přetížení provozu EF způsobí zpoždění ve frontě a ovlivní tolerance chvění a zpoždění ve třídě, může být na provoz EF použito řízení přístupu , policejní provoz a další mechanismy. Doporučený DSCP pro EF je 101110 _B (46 nebo 2E _H ).

Hlasové přiznání

IETF definuje chování Voice Admit v RFC  5865 . Hlasový přijímač PHB má stejné vlastnosti jako urychlené předávání PHB. Provoz v síti Voice Admit je však také povolen sítí pomocí procedury CAC ( Call Admission Control ). Doporučený DSCP pro hlasový příjem je 101100 _B (44 nebo 2C _H ).

Zajištěné předávání

IETF definuje chování Assured Forwarding (AF) v RFC  2597 a RFC  3260 . Zajištěné přesměrování umožňuje operátorovi poskytnout jistotu doručení, pokud provoz nepřekročí určitou předplacenou sazbu. Provoz, který překračuje míru předplatného, ​​čelí vyšší pravděpodobnosti, že bude upuštěno, pokud dojde k přetížení.

Skupina chování AF definuje čtyři samostatné třídy AF, přičemž veškerý provoz v jedné třídě má stejnou prioritu. V každé třídě mají pakety přednost před poklesem (vysoká, střední nebo nízká, kde vyšší priorita znamená větší pokles). Kombinace tříd a priority pádu poskytuje dvanáct samostatných kódování DSCP od AF11 do AF43 (viz tabulka).

Mezi provozem v různých třídách je definována určitá míra priority a proporcionální spravedlnosti. Pokud by mezi třídami došlo k přetížení , přednost má provoz ve vyšší třídě. Spíše než používání přísných prioritních front se pravděpodobně použijí vyváženější servisní algoritmy, jako je spravedlivé řazení nebo vážené spravedlivé řazení . Pokud v rámci třídy dojde k přetížení , pakety s vyšší prioritou přetažení jsou zahozeny jako první. Aby se zabránilo problémům spojeným s poklesem ocasu , často se používají sofistikovanější algoritmy výběru kapek, jako je náhodná včasná detekce .

Výběr třídy

Před DiffServem mohly sítě IPv4 k označení prioritního provozu použít pole priority IP v bajtu TOS záhlaví IPv4. Priorita oktetu TOS a IP nebyly široce používány. IETF souhlasila s opětovným použitím oktetu TOS jako pole DS pro sítě DiffServ. Aby byla zachována zpětná kompatibilita se síťovými zařízeními, která stále používají pole Precedence, DiffServ definuje Class Selector PHB.

Body kódu pro výběr třídy mají binární formu „xxx000“. První tři bity jsou bity priority IP. Každou hodnotu priority IP lze mapovat do třídy DiffServ. Priorita IP 0 se mapuje na CS0, priorita IP 1 na CS1 atd. Pokud je paket přijat z směrovače, který nepodporuje DiffServ a používal označení priority IP, směrovač DiffServ může stále chápat kódování jako kódový bod pro výběr třídy.

Specifická doporučení pro použití kódových bodů Class Selector jsou uvedena v RFC 4594.

Pokyny ke konfiguraci

RFC  4594 nabízí podrobná a konkrétní doporučení pro použití a konfiguraci kódových bodů.

Úvahy o návrhu

V části DiffServ se veškerá policie a klasifikace provádí na hranicích mezi doménami DiffServ. To znamená, že směrovačům v jádru internetu nebrání složitost shromažďování plateb nebo vymáhání dohod. To znamená, že na rozdíl od IntServ nevyžaduje DiffServ žádné nastavení předem, žádnou rezervaci a žádné časově náročné end-to-end vyjednávání pro každý tok.

Podrobnosti o tom, jak jednotlivé směrovače pracují s polem DS, jsou specifické pro konkrétní konfiguraci, a proto je obtížné předvídat chování typu end-to-end. To se dále komplikuje, pokud paket před dosažením cíle překročí dvě nebo více domén DiffServ. Z komerčního hlediska to znamená, že je nemožné prodávat různé třídy připojení typu end-to-end koncovým uživatelům, protože Gold paket jednoho poskytovatele může být Bronze jiného poskytovatele. DiffServ nebo jakékoli jiné označení QoS založené na IP nezajišťuje kvalitu služby ani specifikovanou dohodu o úrovni služeb (SLA). Označením paketů odesílatel naznačuje, že chce, aby se s pakety zacházelo jako s konkrétní službou, ale neexistuje žádná záruka, že k tomu dojde. Je na všech poskytovatelích služeb a jejich směrovačích, aby se ujistili, že jejich zásady se postarají o pakety vhodným způsobem.

Zprostředkovatel šířky pásma

Bandwidth Broker v rámci DiffServ je látka, která má nějaké znalosti priorit a politik organizace a přiděluje šířku pásma s ohledem na tyto zásady. Aby bylo možné dosáhnout end-to-end alokace zdrojů napříč samostatnými doménami, bude Bandwidth Broker spravující doménu muset komunikovat se svými sousedními partnery, což umožňuje, aby byly end-to-end služby konstruovány z čistě dvoustranných dohod.

DiffServ RFC

• RFC  2474 - Definice pole diferencovaných služeb (pole DS) v záhlavích IPv4 a IPv6 .
• RFC  2475 - Architektura pro diferencované služby.
• RFC  2597 - Zajištěná přeposílací skupina PHB.
• RFC  2983 - Diferencované služby a tunely.
• RFC  3086 - Definice chování diferencovaných služeb na jednotlivé domény a pravidla pro jejich specifikaci.
• RFC  3140 - identifikační kódy chování na chmel. (Zastaralé RFC  2836. )
• RFC  3246 - Zrychlené přeposílání PHB. (Zastaralé RFC  2598. )
• RFC  3247 - Doplňkové informace pro novou definici EF PHB (zrychlené předávání na jedno směrování).
• RFC  3260 - Nová terminologie a vysvětlení pro Diffserv. (Aktualizace RFC  2474 , RFC  2475 a RFC  2597. )
• RFC  4594 - Pokyny ke konfiguraci pro třídy služeb DiffServ.
• RFC  5865 - Diferencovaný kódový bod služeb (DSCP) pro provoz s povolenou kapacitou. (Aktualizuje RFC  4542 a RFC  4594. )
• RFC  8622 - Per-Hop chování s nižším úsilím (LE PHB) pro diferencované služby. (Aktualizuje RFC  4594 a RFC  8325 , zastarává RFC  3662. )

DiffServ Management RFC

• RFC  3289 - Informační základna správy pro architekturu diferencovaných služeb.
• RFC  3290 - Neformální model správy pro směrovače diferencovaných služeb.
• RFC  3317 - Diferencovaná kvalita služeb informační základny zásad služeb.

Viz také

• Třída služby
• Teletraffic engineering

Reference

Další čtení

• John Evans; Clarence Filsfils (2007). Nasazení IP a MPLS QoS pro sítě s více službami: teorie a praxe . Morgan Kaufmann. ISBN 978-0-12-370549-5.
• Kalevi Kilkki (1999). Diferencované služby pro internet . Macmillan Technical Publishing. ISBN 1-57870-132-5.

externí odkazy

• Stránka pracovní skupiny IETF DiffServ
• Cisco Whitepaper - DiffServ - škálovatelný end-to-end model kvality služeb
• Dokument ACM SIGCOMM'09 - Modelování a porozumění zásadám end-to-end třídy služeb v operačních sítích : navrhuje praktický model pro extrakci zásad DiffServ
• Cisco: Implementace zásad kvality služeb pomocí DSCP