Сетевое железо - статьи
       

Механизм дифференцированных услуг


С целью формализации описанных проблем и решений в 1998 году IETF создала рабочую группу по созданию дифференцированных услуг (DiffServ). Основная задача дифференцированных услуг – совместить требования по качеству обслуживания данных с принципом негарантированной доставки пакетов. В этой модели происходит разделение трафика путем его разбивки на классы с различным приоритетом.

Принцип приоритезации трафика прост: преимущества в сети отдаются более важным данным. При этом возникает несколько вопросов: какой трафик может быть дифференцирован? Кто и как наделяет данные приоритетом?

Приоритезация, называемая также CoS, разделяет трафик по нескольким категориям: высокая, средняя и низкая, а также самая низкая, пакеты которой могут быть отброшены. E-mail и вэб-трафик зачастую относят к самой низкой категории, и в случае полной загрузки сети они будут отброшены в первую очередь.

Сервисы, ориентированные на доставку пакетов, работают по аналогии с CoS, то есть можно отметить те пакеты, которые нужно доставить в первую очередь, во вторую и т.д. Такая схожесть не случайна, ведь CoS можно рассматривать как подкласс QoS. Но в отличие от нее, приоритезация трафика не гарантирует того, что данные будут доставлены в определенное время.

Приоритезация предписывает только обработку одних пакетов до того, как будут обработаны другие. Для реализации гарантированной доставки доставочный механизм должны поддерживать все звенья сети, принимающие участие в обработке данных.

Сегодня только ATM имеет все механизмы поддержки QoS. Для локальных сетей существует RSVP. Он является IETF-стратегией поддержки QoS в сетях TCP/IP и есть нечто большее, чем приоритезация и CoS. RSVP предусматривает распределение полосы пропускания и ее резервирование под определенный вид трафика. Это достаточно сложный для реализации протокол. Существует и другой механизм реализации QoS в IP – MPLS (Multiprotocol Label Switching).

Одной из проблем сетей, в которых реализована приоритезация, является задержка пакетов с самым низким приоритетом в нагруженной сети и передача всей полосы пропускания пакетам с высоким приоритетом.
Таким же образом часть привилегированных пакетов будет задерживаться, когда нагрузка сети приобретет крайнюю степень.

Пожалуй, сегодня одним из рациональных путей управления трафиком (требующим значительно меньших затрат, чем реализация политики QoS) может служить разделение полосы пропускания на несколько частей для конкретных нужд. В случае, когда возрастает нагрузка, пакеты начинают буферизироваться сетевым оборудованием, что приводит к задержкам. Если буфер маршрутизатора (коммутатора) переполняется, некоторые пакеты вообще могут быть потеряны.

При возникновении проблем буферизации схема приоритезации поможет отправить первоочередные пакеты или пакеты, чувствительные к задержкам, раньше других. При этом необходимо, чтобы такие пакеты были правильно классифицированы и помещены в очередь с соответствующим уровнем обслуживания. Для этого порт сетевого устройства должен уметь классифицировать пакеты, а также читать метку класса входящего пакета и помещать его в очередь стека, которая отсортирована по значимости пакетов. При этом пакеты, находящиеся в начале очереди, будут обработаны быстрее.

Приоритезация может быть задействована также в мультипротокольных маршрутизаторах и коммутаторах, когда классификация будет проводиться по типу протокола. Например, данные, относящиеся к SNMP-протоколу, будут отнесены к классу с наивысшим приоритетом. Существуют и другие схемы маркировки CoS:

  • приоритезация на основе MAC-адреса;
  • VLAN-метки и 802.1p. IEEE 802.1Q – стандарт, который описывает способ, позволяющий вставлять метку в IEEE MAC-кадр. Эта метка служит для определения принадлежности к той или иной VLAN. Три бита такой метки могут нумеровать восемь определенных уровней приоритета. Подобное сочетание битов будет воспринято сетевыми устройствами как предписание отнести пакет к какому-либо классу обслуживания;
  • TOS. Заголовок IP-пакета имеет поле, которое называется TOS (Type Of Service). Это поле в настоящее время переопределено для использования в контексте IETF-дифференцирования услуг (Differentiated Services – Diff-Serv).




    Diff-Serv классифицирует и маркирует пакеты таким образом, что за ними закрепляется определенный маршрут в цепочке сетевых устройств. Установка бита TOS происходит на основе определенной политики контроля и в дальнейшем будет считываться сетевыми устройствами. Разработанный для интернета протокол IP воспринимается в различных сетях, а значит, Diff-Serv может обеспечить CoS в LAN, extranet или intranet.


Сегодня делаются попытки стандартизировать описание классов обслуживания и постепенно избавиться от использования поля TOS в пользу DSCP (Diff-Serve Code Point). Фактически поле DSCP представляет собой расширение поля IP-приоритета за счет использования битов, определяющих типы обслуживания. Схематически трансляция заголовка выглядит так:



Классификация пакетов может быть произведена различными способами. Лучше всего, если это будет сделано пользовательским приложением. Но компьютерные программы, как правило, не поддерживают все схемы классификации, поэтому такую задачу чаще всего предлагается выполнять многоуровневым коммутаторам, расположенным на границе сети.

Практический пример использования коммутатора 2/3 уровня для регулирования трафика Далее будет показано, как можно рационально организовать обмен сетевым трафиком, задействовав интеллектуальные функции коммутатора 3COM SuperStack 3 Switch 4400. Следует сказать, что рассматриваемое устройство поддерживает стандарт 802.1d (расширяющий 802.1p) и реализует как приоритезацию трафика, так и схему QoS. В основе механизма управления TCP/IP-пакетами 3COM SuperStack 3 Switch 4400 лежит использование нескольких очередей, обрабатываемых с различными привилегиями.


Коммутатор 3COM SuperStack 3 Switch 4400,

помимо реализации схем CoS/QoS,
предлагает различные дополнительные функции

Кроме собственно реализаций схем CoS/QoS, этот коммутатор предлагает различные дополнительные функции, облегчающие процесс администрирования сетевой политики. Например, использование профилей дает возможность администратору практически мгновенно изменять настройки, а программное обеспечение, поставляемое 3COM, предлагает удобный графический интерфейс обслуживания устройства.



Но, пожалуй, самым показательным остается использование командной строки – аскетичный интерфейс позволяет сконцентрироваться на принципах управления устройством. Получить доступ к встроенной командной оболочке коммутатора можно различными способами:
  • непосредственно соединившись по последовательному кабелю и используя терминальные программы (minicom, TerraTerm);
  • используя сетевую сессию telnet;
  • используя сетевую сессию SSH (3COM в качестве клиентов рекомендует OpenSSH или PuTTY).


В нашем примере используется консольное соединение по COM1-порту. Схема, по которой производится обработка данных, состоит из трех составляющих – классификатора, правила и профайла. Классификатор описывает принадлежность пакета (по различным признакам) к определенному приоритету. Таких классификаций может быть несколько. Когда создан их необходимый набор, его можно включить и запомнить в профайле.

Рисунок ниже демонстрирует, как командами оболочки создается определенный классификатор. Представим себе, что необходимо подавить весь ftp-трафик. Можно классифицировать данный сервис по принадлежности к 21 и 20 порту, после чего отнести его к нужному типу обслуживания.

Создается новый классификатор командой cre, после чего предлагается выбрать его номер и название. Теперь предстоит указать механизм, по которому коммутатор будет отбирать нужные нам пакеты.


Создание классификации для ftp-трафика

Как видно из рисунка, есть несколько вариантов выбора. Итак:
  • pAddr обозначает пакеты исходящие и принадлежащие определенному сетевому адресу;
  • ipProtocol может быть TCP или UDP. Некоторые важные сервисы, например разрешение имен, работают по UDP-протоколу;
  • IpPort. С помощью этой опции можно пометить пакеты, относящиеся к тем или иным TCP-сервисам (HTTP-порт 80, SSH-порт 22 и т.д);
  • dscp позволяет анализировать установленную в пакете метку Diff-Serve Code Point.




Как уже говорилось, отличительной чертой ftp-трафика является принадлежность к некоторым портам (20, 21). Это нужно указать опцией ippo, а затем конкретизировать tcp-порт, №21.


Подобным образом нужно закрыть и порт данных (20) для ftp-протокола. На рисунке это также представлено. Таким образом, классификация создана. Следующим шагом будет создание правила.


В новый профайл включается классификатор
с соответствующим сервисным уровнем

Собственно правило – это сопоставление классификатора и сервисного уровня (service level). На рисунке ниже изображено, как создается новый профайл с №11 и именем ftp. Затем в него добавляется правило, связывающее классификатор ftp с сервисным уровнем 1 (drop). Можно использовать 1-6 значения сервисных уровней, которые связаны с уровнем приоритета, описанным в стандарте 802.1D (802.1p). Теперь остается только применить данный профайл командой assign ко всем или только к определенному порту коммутатора.

Текущее состояние настроек и правил в устройстве можно проанализировать с помощью команды detail. На рисунке справа проиллюстрирован пример ее работы. В результате мы получили запрет на весь ftp-трафик, который будет циркулировать через любой порт коммутатора.

Кроме простого определения приоритета обработки пакета в очереди на основе сетевых параметров, коммутатор 3COM SuperStack 3 Switch 4400 способен анализировать поле дифференциального обслуживания в IP-заголовке. К сожалению, не все сетевые агенты используют такой механизм приоритезации трафика. Поэтому данный коммутатор наделен способностью транслировать уровни приоритета из стандарта IEEE 802.1p в DSCP и обратно.


Текущее состояние профайла

Классификация пакетов с помощью программной оболочки устройства может быть произведена аналогично тому, как было описано выше. При этом есть возможность использовать самые разные критерии:
  • значения маркера CoS по стандарту 802.1p;
  • значения DSCP (Diff-Serve code point);
  • порты назначения протоколов TCP и UDP;
  • приоритет по умолчанию для порта (в том смысле, что можно регулировать приоритет всего трафика определенного физического порта коммутатора);
  • IP-адрес и протокол.


В дополнение к стандартным схемам приоритезации и QoS есть возможность расширенного конфигурирования физических портов коммутатора.В контексте нашей темы полезной функцией является ограничение скорости работы порта.

Таким образом, можно просто зарезервировать полосу пропускания определенному хосту. Для порта в 100 Mбит устанавливать скорость можно с шагом 1 Mбит, а для гигабитного интерфейса шаг увеличивается до 8 Mбит.

Как уже упоминалось, вся конфигурация правил управления трафиком в устройстве 3COM SuperStack 3 Switch 4400 сохраняется в профайле. Данное устройство может взаимодействовать с TFTP-сервером для сохранения, загрузки и выгрузки этого профайла. Такая возможность является очень полезной, если нужно организовать периодическую смену конфигураций, например для рабочего и внеурочного времени суток.


Содержание раздела