 |
|
|
|
Мультисервисная сеть: качество обслуживания и мультикаст
Мультисервисная сеть: качество обслуживания и мультикаст Как повысить эффективность использования сети и увеличить производительность важных сервисов? Внедряя новые мультимедийные сервисы, вы обеспечиваете их стабильное функционирование в сети? Получите реальную выгоду от использования технологии качества обслуживания. Современные мультисервисные сети операторов связи интенсивно охватывают все большие территории, увеличивается база их абонентов, внедряются новые сервисы. Небезызвестная технология Triple Play одними провайдерами уже освоена, а другим предстоит еще познакомиться с ней и с трудностями ее внедрения. За внедрением Triple Play следует еще более возросшая нагрузка на пропускную способность каналов. Сами же каналы часто подвержены перегрузкам в часы пик, из-за чего в итоге страдает конечный пользователь. Прежде всего страдает трафик, чувствительный к задержкам, искажениям, времени передачи. К чувствительному трафику следует отнести трафик VoIP и IPTV. Не стоит забывать и о служебном (административном) трафике, без которого работа сети не представляется возможной. К нему следует отнести сервисы маршрутизации (RIP, OSPF), доменных имен (DNS), сервис DHCP, SNMP и прочие. Некоторые компании в ранг важного относят трафик приложений, от стабильной и быстрой работы которых зависит вся деятельность и прибыль компании. Например, для провайдеров – это интернет-трафик. Вследствие вызванных перегрузок, естественно, уменьшается и время доступа к сервисам. Конечно, перегрузки можно предупреждать увеличением пропускной способности каналов передачи данных, но есть ряд существенных ограничений, из-за чего данный метод не всегда может быть применим:
Но не все так грустно, как может показаться на первый взгляд. Еще «основатели» Интернета думали о необходимости управления качеством обслуживания в сетях IP. Внедрение (добавление) в заголовок IP-пакета байта типа обслуживания (ToS – Type of Service), положило начало созданию целого набора технологий качества обслуживания (QoS – Quality of Service). С течением времени они развивались и дополнялись новыми алгоритмами, механизмами обслуживания очередей и механизмами предотвращения перегрузки и в настоящее время позволяют (иногда даже в корне) изменить ситуацию в IP-сетях в лучшую сторону. QoS Допустим, необходимо предоставить возможность получать трафик пользователями в соответствии с его важностью. Тогда необходимы механизмы отделения важного трафика от всего остального, механизмы обработки этого важного трафика в соответствии с политикой провайдера, а также возможность предотвращения перегрузки сети. Таким образом, мы подходим к теме функционирования технологии QoS. Маркировка пакетов и их классификация Маркировка пакетов служит для идентификации определенного типа трафика и может осуществляться следующим образом:
Классификация служит для разделения IP-пакетов, относящихся к различным типам трафика, в зависимости от значений полей заголовка IP-пакета. Обработка пакетов Сетевые устройства обладают буфером, благодаря которому есть возможность накапливать необходимое количество пакетов и обрабатывать их в зависимости от установленных приоритетов. Алгоритмы управления очередями начинают работать только в моменты переполнения буфера. На данный момент используется несколько основных алгоритмов обработки очередей:
Также существуют всевозможные модификации и дополнения к этим алгоритмам, которые могут отличаться у разных производителей сетевого оборудования. Возможности QoS
Постановка задачи Перейдем собственно к описанию реальной задачи:
Для начала определим требования к сети. Требования, предъявляемые для сервисов к сети В традиционных сетях, где трафик создают приложения файлового обмена, почтовые сервисы, сервисы баз данных, требования, предъявляемые к сети и качеству обслуживания, не столь высоки. VoIP, видеоконференции Для работы сервисов VoIP и видеоконференций требования к сети и качеству обслуживания сильно возрастают, так как необходимо обеспечить в сети для них:
Следует понимать, что пиковая нагрузка на каналы передачи данных в мультисервисных сетях в основном приходится на вечер, выходные дни недели и праздники. VoD, AoD, ТРВ Следует разделить эти сервисы на две категории:
Для этих сервисов необходима различная пропускная способность. Для технологии VoD/AoD пропускная способность прямо пропорциональна количеству заказанных различных видеопотоков. Например, уже при заказе 100 пользователями различных фильмов при потоке 4-5 Мбит/с каждый сформируется общий поток на магистрали 400-500 Мбит/с. Для снижения нагрузки на магистраль используется технология кеширующих серверов, располагающихся как можно ближе к абоненту. Для сервиса ТРВ используется технология multicast, которая существенно снижает нагрузку на магистраль. Однако появляется требование поддержки оборудованием протокола групповой адресации IGMP и протоколов мультикаст маршрутизации (PIM, DVMRP). Важные требования к сети для VoD/AoD и ТРВ:
Решение задачи Исходя из вышеназванных критериев, перейдем к практике и решим поставленную задачу. Разобьем решение на несколько этапов:
Структура сети Сеть на данный момент представляет собой многоуровневую иерархическую структуру. На рисунке представлена схема сети и используемое оборудование. В нашем случае сеть построена на оборудовании компании D-Link.
Структурная схема сети Как видно из схемы, к роутеру west DGS-3612G подключен видеосервер. Роутеры techcenter, west, nord, nord-mk9 связаны оптическими линиями связи на скорости 1 Гбит/c. Свитчи nord-sw04 и nord-sw03 подключены на скорости 100 Мбит/c. Клиентское оборудование подключается на скорости 10 Мбит/c. Физическая структура разбита на несколько уровней:
Каждый дом подключен оптическим каналом связи. Внутри дома клиенты подключены по технологии 100BASE-T Ethernet. Достоинства сетевого оборудования этой компании применительно к нашим задачам:
Недостатки:
В таблице приведена информация о некоторых возможностях используемого оборудования. Подробное описание оборудования можно найти на официальном сайте компании D-Link. Используемое оборудование
Стоит упомянуть, что настроить более-менее корректную конфигурацию в сетевом оборудовании удалось лишь при активном общении со службой технической поддержки. Внедрение мультикастинга Технология мультикастинга предусматривает распространение данных от источника – группе получателей. Например – распространение телевизионных каналов ограниченной группе абонентов, при условии, что каждый абонент получает только тот канал, который он заказывал. Для достижения этой цели в IP-сетях часто используется связка протоколов IGMP и PIM, хотя есть и другие, менее распространенные варианты. IGMP + PIM Для включения в мультикаст группы абонентов, находящихся в непосредственно присоединенных к маршрутизатору сетях, используется протокол IGMP. Для подключения к группе сначала посылается IGMP-сообщение «всем клиентам» о включении в группу, при этом локальный мультикаст-сервер подготавливает маршрут. Маршрутизатор регулярно отправляет запросы с требованием подтверждения участия в группе. Клиент посылает отклик-подтверждение для каждой из групп, если у него (клиента) есть хотя бы один процесс – член группы. Если при очередном запросе клиент не подтверждает членство в группе, то он покидает группу. На основе этих запросов-откликов мультикастинг-маршрутизатор составляет и поддерживает таблицу интерфейсов, которые имеют одного или более клиентов, входящих в мультикастинг-группы. Для передачи групповых дейтаграмм в другие сети (через систему сетей) используются различные протоколы мультикаст-маршрутизации. Наиболее используемых современными протоколами мультикаст-маршрутизации являются два протокола PIM (Protocol Independent Multicast) – PIM DM (Dense Mode) и PIM SM (Sparse Mode). В нашем случае по протоколу PIM передается информация о мультикаст-группах всем роутерам, вплоть до nord-mk1. Использование протокола PIM DM в этом случае обусловлено большой плотностью получателей и архитектурой сети. Он не требует доступа к внутренним таблицам маршрутизации, поэтому достигается независимость от протоколов маршрутизации (OSPF, RIP, статическая маршрутизация). PIM DM реализует метод RPF (Reverse Path Forwarding) с усечением (Prune). То есть при отсутствии получателей на очередном маршрутизаторе отправляется сообщение Prune и данный маршрутизатор отсекается от дерева рассылки. Каждые 3 минуты рассылаются пробные дейтаграммы, так как за это время истекает срок сообщения Prune. Время Prune можно задавать в конфигурации маршрутизатора. Реализация Итак, приступим к настройке мультикаста. В нашем случае для «обычной» маршрутизации используется протокол OSPF. Настраиваем OSPF на обоих интерфейсах маршрутизаторов. Пример настройки на маршрутизаторе nord-mk1: config ospf ipif System area 0.0.0.0 priority 1 hello_interval 10 dead_interval 40 config ospf ipif System authentication none metric 1 state enable active config ospf router_id 10.255.255.170 enable ospf Проверить правильность настройки интерфейсов можно, выполнив следующую команду: sh ospf neighbour Результат вывода команды должен быть приблизительно таким:
После тщетных попыток заставить работать мультикаст, пришлось обратиться в службу технической поддержки компании D-Link. На запрос были получены новые версии прошивок для nord и nord-mk1, и ситуация исправилась. Следует также обратить внимание на следующую «особенность». В тексте конфигурационного файла nord-mk1 присутствуют вот такие записи: disable gvrp config gvrp 25-28 state disable ingress_checking enable acceptable_frame admit_all pvid 1 Несмотря на, казалось бы, глобальное запрещение gvrp, вторая строка влияет на работу, причем именно мультикаста. Как оказалось, необходимо в качестве pvid выставить 1, несмотря на вот эти строки в нашей конфигурации: config vlan default delete 1-28 config vlan default advertisement enable create vlan 20-mik9jan-1 tag 20 config vlan 20-mik9jan-1 add tagged 26 config vlan 20-mik9jan-1 advertisement disable Для каждого из маршрутизаторов DGS-3612G, DXS-3326GSR, nord-mk1 выполняем следующие команды: enable igmp_snooping config igmp_snooping all state enable config igmp all state enable enable pim config pim all state enable create pim crp group 224.0.0.0/4 rp System Для свитча nord-mk1 обязательным является включение PIM DM совместно с IGMP на всех интерфейсах, где требуется получение мультикаст-трафика. Эти и некоторые другие, менее значительные, особенности (ошибки) реализации удалось решить только при активном сотрудничестве со службой технической поддержки компании D-Link. Проверяем фунционирование протоколов. DES-3800:admin#show igmp
DES-3800:admin#show pim neighbor
DES-3800:admin#sh igmp group
DES-3800:admin#sh ipmc cache
Не углубляясь в тонкости подбора параметров протоколов PIM DM и IGMP, настройку мультикаста в данном сегменте сети можно считать завершенной. Таким образом, сеть подготовлена к внедрению сервиса теле- и радиовещания, и решена первая часть задачи. Реализация QoS Для обеспечения стабильного функционирования этого нового сервиса необходимо назначить приоритеты для всех важных сервисов – VoIP, предоставление услуг Интернета, административных сервисов, мультикаст-трафика. Необходимо также выбрать метод обработки классифицированных пакетов. Приоритеты и механизм ACL Маркировку пакетов необходимо производить максимально близко к абоненту, то есть на оборудовании, к которому он непосредственно подключен. Для маркировки пакетов используется механизм ACL (Access Control List). Стандартом IEEE 802.1d определены 8 уровней приоритетов:
В нашей конфигурации управление сетевым оборудованием вынесено в отдельный vlan (3-manage), поэтому необходимо определить для всего 3-manage vlan – 7 уровень приоритета (IEEE 802.1d). В nord-mk1 строки конфигурации выглядят следующим образом: // Создаем правило create access_profile ip vlan profile_id 3 config access_profile profile_id 3 add access_id 1 ip vlan 3-manage port 1 permit priority 7 replace_priority // для 3-manage vlan задаем 7 приоритет на 1 порту ... config access_profile profile_id 3 add access_id 1 ip vlan 3-manage port 28 permit priority 7 replace_priority Создаем для VoIP следующую конфигурацию: create access_profile ip source_ip_mask 255.255.255.255 profile_id 4 config access_profile profile_id 4 add access_id 29 ip source_ip 192.168.149.1 port 1 permit priority 6 replace_priority ... config access_profile profile_id 4 add access_id 29 ip source_ip 192.168.149.1 port 28 permit priority 6 replace_priority Для всего мультикаст-трафика задаем 6 приоритет: create access_profile ip destination_ip_mask 240.0.0.0 profile_id 6 config access_profile profile_id 6 add access_id 1 ip destination_ip 224.0.0.0 port 1 permit priority 5 replace_priority ... config access_profile profile_id 6 add access_id 1 ip destination_ip 224.0.0.0 port 28 permit priority 5 replace_priority Здесь на самом деле можно выделить нужный диапазон мультикаст-адресов и задать приоритет именно этому диапазону. Таким образом, можно дифференцировать нужный мультикаст-трафик от служебного или менее значимого для конкретной решаемой задачи. С остальными сервисами поступаем аналогично. Для того чтобы nord-mk1-sw04 (DES-2108) «понимал» заданные nord-mk1 приоритеты, необходимо, чтобы uplink его был тегированный. Текущая конфигурация не обеспечивает полноценную реализацию QoS для каждого абонента, то есть исходящий трафик от абонента маркируется только после приема его nord-mk1. Вследствие этого может возникнуть перегрузка на nord-mk1-sw04 (см. рисунок), когда абоненты создадут исходящий поток, превышающий пропускную способность uplink-канала (100 Мбит/c) на nord-mk1 (nord-mk1). При использовании коммутаторов серии DES-3526 (26 портов) взамен DES-2108 (8 портов) этот недостаток полностью устраняется тем, что в DES-3526 существует механизм ACL, что позволяет перенести маркирование трафика максимально близко к абонентам. Конфигурация ACL DES-3828 полностью совместима с DES-3526. В итоге получаем схему, в которой нужный исходящий и входящий трафик абонента промаркирован на всем пути следования пакетов. Таким образом, реализуется полноценное качество обслуживания для каждого абонента. Использование DES-2108 обусловлено двумя причинами:
По мере развития сети, увеличения плотности абонентов, повышения нагрузки на каналы в «узких» местах коммутаторы DES-2108 будут заменяться. Методы обработки классифицированных пакетов Для обработки классифицированных пакетов в выбранном оборудовании есть возможность выбрать один из двух методов:
Пример: config scheduling 0 max_packet 1 config scheduling 1 max_packet 2 config scheduling 2 max_packet 3 config scheduling 3 max_packet 4 config scheduling 4 max_packet 5 config scheduling 5 max_packet 6 config scheduling 6 max_packet 7 config scheduling 7 max_packet 8 В примере для каждого уровня QoS задается количество пакетов, которые будут обработаны в первую очередь. То есть при наличии в буфере устройства трафика с 8 приоритетами сначала будут обработаны 8 пакетов 7 уровня QoS, затем 7 пакетов 6 уровня QoS и так далее по убыванию. Масштабируемость и модернизация сети Масштабируемость и модернизация на уровне доступа абонента реализуется заменой свитчей DES-2108. В качестве замены выступает свитч DES-3526 (см. таблицу), обладающий большим количеством портов, наличием 2 комбо-портов 1000BASE-T/SFP Gigabit Ethernet, продвинутой функциональностью. Стоимость «на порт» DES-3526 равна стоимости «на порт» DES-2108. Использование приоритетов для выбранного трафика позволит обеспечить стабильное функционирование важных сервисов без увеличения пропускной способности канала, что сэкономит и оттянет затраты на замену вышестоящего оборудования. При дальнейшем увеличении количества абонентов и загруженности каналов управляемый коммутатор Fast Ethernet уровня 3 DES-3828 может быть заменен на аналогичный по функциональности DGS-3627G. Этот коммутатор обеспечивает высокую плотность гигабитных портов, оснащенных слотами SPF для гибкого подключения по оптике, а также слотами для установки модулей расширения с портами 10 Gigabit Ethernet. Так как все используемые коммутаторы стэкируемые (за исключением DES-2108), то использование технологии виртуального стека также позволяет масштабировать сеть, добавляя необходимое количество портов. Итог Для утверждения, что сеть готова к предоставлению сервисов VoIP и видеоконференций, необходимо проводить полноценное тестирование. Предварительное же тестирование показало, что предоставление сервиса ТРВ возможно уже сейчас. Тестирование проводилось постепенным увеличением нагрузки на канал различными сервисами, а также генерацией искусственного трафика, близкого по характеристикам к текущим и возможным сервисам в сети. При увеличении нагрузки на канал искажений и заметных потерь в приоритезированном видео замечено не было. Для получения точных результатов, а также выявления зависимостей влияния параметров сети (задержки, джиттера и т. д.) на сервис ТРВ необходимо проводить полномасштабное тестирование. Но тестирование и оценка влияния параметров сети на видео- и аудиосервисы выходит далеко за рамки этой статьи. Надеюсь, данная статья поможет разобраться с практическими основами внедрения QoS, повысить эффективность работы сети, а также поможет обеспечить стабильную работу нужных именно вам сервисов.
|
Антон Кустов
Комментарии отсутствуют
| Добавить комментарий |
|
Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи |
|
