нет необходимость.

Таблица 6.7. Рекомендации относительно задержек ITU-T G.114

Удовлетворение требований приложений по задержке и джит-\ теру. Описанный подход был почти полностью реализован на гло-; бальной IP-магистрали оператора Global Crossing, MPLS инжиниринг трафика развернут со второго квартала 1999 г. и оказался весьма эффективным в части удовлетворения требований приложений по задержке и джиттеру. В общем, трансконтинентальная задержка туда и обратно в США находится на уровне ниже 80 мс, а джихтер -ниже 2 мс. Это очень хорошие показатели работы сети, намного превосходящие параметры задержек для приложений рекомендации ITU-TG.114 (табл. 6.7).

В случае неисправности узла или канала, инжиниринг трафика автоматически перемаршрутизирует трафик и позволит избежать любых перегрузок. Это может привести к небольшому увеличению задержки для некоторых видов трафика, так как выбирается более длинный путь, но предотвратит потерю пакетов и обеспечит низкий джиттер после восстановления сети.

6.3.6. Выводы

Сегодня Интернет не воспринимается как достаточно надежная сеть для передачи трафика реального времени. Но это происходит не из-за недостатка перспективных механизмов, таких как потоковые слежение и ограничение (shaping/policing), а из-за сложности выбора метода обеспечения QoS сети и компромисса между простотой и большей управляемостью. Хороший проект сети, простота, высокая доступность и обеспечение защиты являются ключевыми аспектами обеспечения QoS на магистралях Интернет. Хороший проект сети плюс некоторая степень резервирования ресурсов не только делают сеть более отказоустойчивой, но также и предотвращают многие проблемы, связанные с QoS, и устраняют потребность в сложных механизмах, разработанных для их решения. Это делает сеть более : простой и увеличивает ее доступность. Три класса трафика (Premium, Assured, и Best effort) достаточны для удовлетворения обозримых потребностей клиентов. Различные классы трафика будут обслуживаться по-разному, особенно при неблагоприятных сетевых условиях. Быстрая перемаршрутизация MPLS или другие механиз-

мы защиты могут использоваться для защиты Premium-трафика при отказах маршрутизаторов или каналов. При возникновении неисправностей в одной части сети инжиниринг трафика должен использоваться для перемещения трафика в другую часть сети. DiffServ инжиниринг трафика может использоваться для предотвращения концентрации высокоприоритетного трафика на любом канале, так что высокопроизводительный трафик будет иметь низкую задержку и джиттер, и при необходимости может обрабатываться предпочтительно за счет трафика других классов. Схемы управления трафиком на магистрали, такие как Policing и Shaping, должны применяться для микроконтроля и использоваться, когда инжиниринг трафика становится недостаточным.

6.4. Механизмы QoS в оптических IP-сетях

6.4.1. Особенности обеспечения QoS в оптических IP-сетях шь

Распространенность технологии IP в сочетании со значительной полосой частот, предлагаемой технологией плотного оптического волнового/спектрального уплотнения (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM), прокладывают дорогу для IP-over-DWDM, становящегося ведущим методом передачи данных на большие расстояния в сетях Интернет сле<Эуюа(его поколения (Next Generation, NG). DWDM - это технология оптического уплотнения, которая позволяет лучше использовать ресурсы оптического волокна путем одновременной передачи пакетов данных на множестве частот или длин волн. Офомная полоса частот, предоставляемая DWDM, обещает привести к снижению стоимости магистрального сетевого оборудования и упрощению управления полосой частот. Однако проблема обеспечения качества обслуживания (Quality of Service, QoS), гарантированного для некоторых услуг, таких как передача пакетов речи и видео в реальном времени, остается практически нерешенной для оптических магистралей. Проблема обеспечения QoS в оптических DWDM сетях имеет несколько фундаментальных отличий от методов QoS, применяемых в электронных коммутаторах и маршрутизаторах. Главнейшее отличие - это отсутствие концепции очередей пакетов в DWDM устройствах свыше того количества пакетов, которое может быть буферизовано (пока находится в полете ) в оптических линиях задержки (Fiber Delay Line, FDL). FDL - это длинная оптоволоконная линия, используемая для задержки оптического сигнала на определенный промежуток времени. В качестве альтернативы очередям, оптические сети используют дополнительную передачу сигнальной Информации для резервирования полосы частот на предстоящем пути прохождения оптически коммутированных данных.

За последнее десятилетие значительное число работ было посвящено проблеме обеспечения QoS в не-DWDM IP-сетях. Классический IP предполагает модель с обслуживанием по возможности. В этой модели сеть распределяет полосу частот между всеми активными пользователями так хорошо, насколько это возможно, но не дает каких-либо явных обязательств по полосе пропускания, задержкам или подтверждении доставки. Эта модель обслуживания не отвечает требованиям большинства приложений реального времени, которые обычно требуют гарантированного максимального времени задержки при передаче данных через сетевое соединение между двумя конечными точками. Множество улучшений было предложено, чтобы сделать возможным предоставление различных уровней QoS в IP-сетях. Конечным итогом этой работы стали предложенные Рабочей Группой Проектирования Интернет (Internet Engineering Task Force, IETF) архитектуры интегрированного обслуживания (IntServ) и дифференцированного обслуживания (DiffServ). Int-Serv добивается гарантий QoS путем резервирования ресурсов (полосы частот) на всем пути следования пакетов и осуществления планирования для каждого потока во всех промежуточиЬ1Х коммутаторах или маршрутизаторах. DiffServ, со своей стороны, определяет режим работы на каждом участке маршрута (Рег-Нор Behaviors, РНВ), что позволяет обеспечивать соответствующие QoS преимущества для различных классов трафика. Так как в конечном итоге Интернет трафик будет собран и передан по магистральной сети, то это приводит к необходимости адресовать проблемы QoS и к DWDM сетям. Однако вышеназванные методы, предложенные для IP-сетей, трудно применимы в DWDM сетях. В основном, это связано с тем обстоятельством, что эти подходы основаны на модели с промежуточным хранением, которая требует использования буферов дпя разрешения конфликтов. В настоящее время нет оптических модулей памяти, а использование электронной памяти в оптической коммутации требует оптико-электронного (0/Е) и электро-оптического (Е/0) преобразований, что ограничивает скорость оптической коммутации. К тому же, коммутаторы, в которых применяются О/Е и Е/0 преобразователи, теряют преимущество прозрачности скоростей. Более того, эти преобразователи значительно повышают стоимость оптических коммутаторов. В настоящее время единственным подходом, предоставляющим возможность буферизации в оптических коммутаторах, является использование FDL. Однако FDL не предоставляют достаточной для буферизации возможности, необходимой классическим методам QoS. В дополнение к FDL волновая среда обеспечивает дальнейшие возможности для разрешения конфликтов, основанные на доступном числе длин волн и методе их распределения.

6.4.2. Технологии оптической коммутации

Для передачи 1Р-трафика по оптическим сетям, основанным на технологии DWDM, было предложено три основных технологии коммутации. Соответственно, сети IP-over-DWDM могут быть классифицированы, как:

. сети с волновой маршрутизацией (Wavelength Routing, WR); сети с оптической коммутацией пакетов (Optical Packet Switching, OPS);

. сети с оптической коммутацией блоков (Optical Burst Switching, OBS).

Сети с маршрутизацией по длине волны. В WR-сетях между двумя оконечными узлами сети создается полностью оптический волновой путь. Этот оптический путь носит название световой путь (lightpath) и создается путем резервирования волнового канала на каждом звене по всему пути, как это показано на рис. 6.12. После того как все данные будут переданы, световой путь освобождается. Сети WR состоят из оптических кросс-коннекторов (ОХС), соединенных друг с другом оптоволоконными линиями в произвольной топологии. Устройства ОХС способны различать потоки данных по тому, на какой порт входа они поступили, и какую имеют длину волны.

В результате, в промежуточных узлах не требуется производить какой-либо обработки, Е/0 преобразований или буферизации данных, которые передаются между двумя оконечными точками светового пути. Однако WR сети, как разновидность сетей с коммутацией каналов, не используют статистического распределения ресурсов, что приводит к низкому использованию доступной полосы частот.

Сети с оптической коммутацией пакетов. В сетях с коммутацией пакетов 1Р-трафик обрабатывается и коммутируется каждым маршру-

- Данные-

Рис. 6.12. Образование светового пути

тизатором по принципу пакет за пакетом . IP-пакет состоит из заголовка и полезной нагрузки. Заголовок пакета содержит информацию, необходимую для маршрутизации пакета, тогда как полезная нагрузка переносит реальные данные. Будущая и наивысшая цель сетей OPS - это обработка заголовка пакета внутри оптической среды. На теку-] щем уровне технологий это невозможно. Решением этой проблемы является обработка заголовка в электронной среде, с сохранением полезной нагрузки в оптической среде. Основное достоинство OPS -это возможность повысить использование частотного диапазона путем применения статистического уплотнения для распределения полосы частот.

Сети с оптической коммутацией блоков. Сети OBS сочетают достоинства обеих рассмотренных ранее сетей - WR и OPS. Так же, как и в WR сетях, здесь нет нужды в буферизации и электронной обработке данных в промежуточных узлах. В то же время, OBS повыша-ет коэффициент использования сети путем резервирования канала на ограниченный период времени. Основная коммутационная единица в OBS сети - это блок. Бпон (burst) - это последовательность пакетов, совместно передающихся от узла входа к исходящемузлу и совместно коммутируемых в промежуточных узлах. Существует несколько подходов к формированию блока; например, техника контейнеризации с ограниченным временем агрегации (Containerization with Aggregation-Timeout, CAT), предложенная авторами [5]. Блок состоит из двух частей - заголовка и данных. Заголовок, называемый регулирующим блоком (Control Burst, СВ), передается отдельно от данных, которые называются блоком данных (Data Burst, DB). СВ, передаваемый первым, резервирует полосу частот вдоль всего пути для соответствующего DB. Затем следует сам DB, который движется по пути, зарезервированному СВ.

Для OBS было предложено несколько сигнальных протоколов [6]. В этом разделе мы объясним принцип действия одного из этих протоколов, название которого может быть дословно переведено как только достаточное время (Just-Enough-Time, JET).

В JET СВ передается первым по каналу управления, а за ним, с временной задержкой, равной времени смещения блока (Го), следует DB по каналу данных. Когда СВ достигает узла, он резервирует полосу частот на исходящем звене на промежуток времени, равный длине блока, и начало этого промежутка совпадает с моментом прибытия DB.

6.4.3. QoS в сетях IP-over-DWDM

Было предложено несколько подходов для осуществления разде ления служб в оптических сетях. Ранние подходы предлагали упраЕ ление интеллектуальными (smart) очередями, чтобы обеспечит

гарантии различных вероятностей потери пакетов для различных потоков данных. Примерами этих алгоритмов могут служить пороговое отбрасывание или приоритетное планирование. Тем не менее, в этом разделе в первую очередь рассматриваются методы, использующие уникальные характеристики оптической среды.

QoS в сетях WR. Здесь представлены основные подходы к обеспечению разделения служб в WR сетях. Эти методы расширяют модель дифференцированных оптических услуг (Differentiated optical Services, DoS), представленную в [7]. Модель DoS принимает во внимание уникальные оптические характеристики световых путей. Световой путь может быть уникально идентифицирован набором оптических параметров, таких как частота появления ошибок (Bit Error Rate, BERJ, задержка, джиттер; и режимов, включающих возможности защиты, контроля и надежности. Эти оптические параметры и режимы предоставляют основу для измерения качества оптических услуг, доступных на заданном пути. Цель этих измерений - определение классов оптических услуг, эквивалентных классам QoS в IP. Структура DoS состоит из шести компонент.

Классы услуг. В DoS класс услуги определяется набором параметров, характеризующих качество и ухудшение оптического сигнала, передаваемого по световому пути. Эти параметры могут определяться или в количественных терминах, таких как задержка, среднее значение BER, джиттер и полоса пропускания, или основываться на функциональных возможностях, таких как контроль, защита, надежность.

Алгоритм маршрутизации и назначения частот. Для того чтобы создать световой путь, предназначенная ему длина волны должна быть зарезервирована вдоль всей трассы прохождения светового пути. Алгоритм, используемый для выбора маршрутов и длин волн при образовании светового пути, известен как алгоритм маршрутизации и назначения длин волн (Routing and Wavelength Assignment, RWA). Чтобы обеспечить QoS в WR сетях, необходимо использовать RWA алгоритм, который учитывает QoS характеристики различных волновых каналов. Пример такого алгоритма представлен в [8]. Идея, лежащая в его основе - использование адаптивных весовых функций, которые характеризуют свойства различных волновых каналов (например, задержка или емкость).

Гоуппы световых путей. Световые пути в сети классифицируются по группам, которые отражают уникальные свойства оптической передачи, так что каждая группа соответствует услуге DoS.

Классификация трафика. Текущий трафик ассоциируется с одним Из классов, поддерживаемых сетью. Внутри сети используется единая классификация.

Алгоритм назначения световых путей. В технической литературе было предложено множество алгоритмов назначения световых путей.