Problèmes de qualité de service - Problème 1: Aperçu de la qualité de service

Dernière réponse ag. 05, 2019 13:01:10 126 1 2 1

Aperçu de la qualité de service

1. fond de QoS

Alors que les technologies réseau se développent rapidement, le réseau IP passe d’un réseau de données unique à un réseau multiservices intégrant des services de données, de voix, de vidéo et de jeux. Les données véhiculées sur les réseaux augmentent de manière exponentielle. En outre, certains services imposent des exigences élevées en termes de bande passante et de délai de réseau, et la bande passante devient progressivement le goulot d'étranglement du développement Internet en raison de la difficulté énorme, de la longue durée et du coût élevé du développement de puces matérielles. Il en résulte une congestion du réseau, des paquets sont rejetés, la qualité du service se détériore et même des services deviennent indisponibles.

Vous devez éliminer la congestion du réseau pour pouvoir exécuter les services sur le réseau IP. La meilleure solution consiste à augmenter la bande passante du réseau. Toutefois, l'augmentation aveugle de la bande passante du réseau n'est pas pratique en termes de coûts d'exploitation et de maintenance.

La technologie QoS est développée dans le contexte. La technologie QoS n'augmente pas la bande passante du réseau. Elle vise plutôt à équilibrer l'allocation de bande passante entre divers services et à fournir une garantie de qualité de service E2E basée sur différentes exigences de service dans des ressources en bande passante limitées.

2. indicateurs de QoS

Les facteurs qui affectent la qualité de service du réseau doivent être appris pour améliorer la qualité du réseau. Traditionnellement, les facteurs qui affectent la qualité du réseau incluent la bande passante de la liaison, le délai de transmission des paquets, la gigue et le taux de perte de paquets. Pour améliorer la qualité du service réseau, garantir la bande passante des liaisons de transmission et réduire le délai de transmission, la gigue et le taux de perte de paquets. Ces facteurs qui affectent la qualité de service du réseau deviennent des indicateurs de QoS.

2.1 Bande passante

La bande passante, également appelée débit, fait référence au nombre maximal de bits de données transmis entre deux extrémités dans une période spécifiée (1 seconde) ou au débit moyen auquel des flux de données spécifiés sont transmis entre deux nœuds de réseau. La bande passante est exprimée en bit/s.

Le taux de liaison montante et le taux de liaison descendante sont pertinents pour la bande passante d'un réseau. Le débit de liaison montante fait référence au débit auquel les utilisateurs envoient des informations à un réseau, et le débit de liaison descendante désigne le débit auquel un réseau envoie des données aux utilisateurs. Par exemple, le taux auquel les utilisateurs téléchargent des fichiers sur un réseau est déterminé par le taux de liaison montante, et le taux auquel les utilisateurs téléchargent des fichiers est déterminé par le taux de liaison descendante.

En règle générale, la capacité de transmission de données et la qualité de service du réseau sont accompagnées de la bande passante. En d'autres termes, une voie est positive pour la capacité de circulation avec un embouteillage faible sur une autoroute. Les utilisateurs du réseau s'attendent tous à une bande passante supérieure; Cependant, les coûts d'exploitation et de maintenance sont plus élevés. Par conséquent, la bande passante devient un goulot d'étranglement important à mesure qu'Internet se développe rapidement et que les services se diversifient de plus en plus.

2.2 Le délai 

Le délai fait référence au temps nécessaire pour transmettre un paquet ou un groupe de paquets de la fin de la transmission à la fin de réception. Il comprend le délai de transmission et le délai de traitement.

La transmission vocale est utilisée à titre d'exemple. Un délai fait référence à la période pendant laquelle les mots sont prononcés puis entendus. Généralement, les personnes sont insensibles à un délai inférieur à 100 ms. Si un délai compris entre 100 ms et 300 ms se produit, un locuteur peut détecter de légères pauses dans la réponse du répondeur, ce qui peut sembler gênant pour les deux. Si un délai supérieur à 300 ms se produit, le locuteur et le répondeur le sentent évidemment et doivent attendre les réponses. Si le locuteur ne peut pas attendre mais répète ce qui a été dit, les voix se chevauchent et la qualité de la conversation se dégrade gravement.

Figure 2-1 Impact du délai sur la qualité du réseau

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2.3 Gigue

Si un encombrement du réseau se produit, les délais des paquets sur la même connexion sont différents. La gigue est utilisée pour décrire le degré de changement de délai, c'est-à-dire la différence de temps entre le délai maximal et le délai minimal. Dans la figure 2-2 , l'employé A envoie un message vocal à l'employé B, lui disant: "Je resterai, mais il ne le fera pas." On suppose que chaque mot est un paquet. L'extrémité de transmission divise la voix en six paquets et transmet les paquets au même intervalle de manière séquentielle. Chaque délai de paquet peut être différent en raison de la complexité du réseau IP. En conséquence, l'intervalle de réception diffère de l'intervalle d'envoi. De plus, l'employé B peut convertir la voix reçue en "Est-ce que je veux le garder? Non!" à cause du ton de l'orateur. En conséquence, cela provoque un malentendu sémantique.

Figure 2-2 Impact de la gigue sur la qualité du réseau

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Par conséquent, la gigue est un paramètre important pour la transmission en temps réel, en particulier pour les services en temps réel, tels que la voix et la vidéo, qui ne tolèrent aucune gigue, car une gigue provoquera des interruptions de la voix ou de la vidéo.

La gigue affecte également la transmission des paquets de protocole. Des paquets de protocole spécifiques sont transmis à un intervalle fixe. Une forte gigue peut provoquer un battement des protocoles.

Des tremblements existent sur les réseaux mais la qualité de service ne sera pas affectée si les tremblements ne dépassent pas une tolérance spécifique. La mémoire tampon peut atténuer la nervosité excessive mais prolonge les délais.

2.4 Rapport de perte de paquets

Le taux de perte de paquets correspond au rapport entre le nombre de paquets perdus et le nombre total de paquets. Une légère perte de paquets n'affecte pas les services. Par exemple, les utilisateurs ne sont pas conscients de la perte d’un bit ou d’un paquet dans la transmission vocale. La perte d’un bit ou d’un paquet dans la transmission vidéo peut déformer instantanément l’image à l’écran, mais elle peut être restaurée rapidement.

TCP est utilisé pour transmettre des données afin de gérer une perte de paquet légère, car TCP retransmet instantanément les paquets perdus. Si de graves pertes de paquets se produisent, l'efficacité de la transmission de paquets est affectée. La QoS se concentre sur le taux de perte de paquets. La ration de perte de paquets sur le réseau doit être contrôlée dans une certaine plage pendant la transmission.

3. modèles de service QoS

Comment les indicateurs de QoS sont-ils définis dans les limites appropriées pour améliorer la qualité de service du réseau? Le modèle de QoS est impliqué. Le modèle de QoS n'est pas une fonction spécifique, mais un schéma de QoS E2E. Par exemple, des périphériques intermédiaires peuvent être déployés entre deux hôtes connectés. La garantie de qualité de service E2E ne peut être mise en œuvre que lorsque tous les périphériques d’un réseau utilisent le même modèle de service QoS. Les organisations internationales telles que l'IETF et l'UIT-T ont conçu un modèle de qualité de service pour les services concernés. La section suivante décrit trois modèles de service QoS principaux.

3.1 Best-Effort

Best-Effort est le modèle de service le plus simple et le plus ancien. En mode Best-Effort, les périphériques réseau doivent simplement garantir des itinéraires accessibles entre réseaux sans déployer de fonctions supplémentaires, et une application peut envoyer un nombre quelconque de paquets à tout moment sans avertir le réseau. Le réseau s'efforce alors de transmettre les paquets mais ne fournit aucune garantie de performance en termes de délai et de fiabilité.

Dans un scénario idéal où la bande passante est suffisante, le modèle Best-Effort est le modèle de service le plus simple. En fait, il y a des limites. Le modèle Best-Effort convient aux services ne nécessitant pas de délai court ni à une fiabilité élevée, tels que le protocole de transfert de fichier (FTP) et la messagerie électronique.

3.2 Modèle IntServ

Le modèle Best-Effort ne pouvant pas fournir une garantie de qualité de service élevée pour certains services en temps réel, l'IETF a donc proposé le modèle de services intégrés (IntServ) dans le document RFC 1633 en 1994.

Le modèle IntServ utilise le protocole de réservation de ressources (RSVP) comme protocole de signalisation pour notifier un réseau de paramètres de trafic avant qu'une application n'envoie des paquets au réseau. Le réseau réserve des ressources telles que la bande passante et la priorité de l'application en fonction des paramètres de trafic. Une fois que l'application a reçu un message d'accusé de réception et confirmé que des ressources suffisantes ont été réservées, elle commence à envoyer des paquets dans la plage spécifiée par les paramètres de trafic. Les paquets envoyés par l'application doivent être contrôlés dans la plage spécifiée par les paramètres de trafic. Un nœud de réseau conserve un état pour chaque flux de données et prend des mesures en fonction de cet état pour garantir les performances de l'application.

Figure 3-1 Modèle IntServ

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Dans le modèle IntServ, un réseau doit réserver un chemin dédié pour un service spécifié. L'état de réservation de ressource est appelé état souple. RSVP envoie périodiquement un grand nombre de paquets de protocole à détecter pour s'assurer que le chemin n'est pas occupé. Chaque élément de réseau vérifie si des ressources suffisantes peuvent être réservées sur la base de ces messages RSVP. Le chemin n'est disponible que lorsque tous les éléments de réseau impliqués peuvent fournir des ressources suffisantes.

Le modèle IntServ fournit une garantie de service E2E pour les services et présente des avantages et des inconvénients:

  • Difficulté d'implémentation: le modèle IntServ nécessite que tous les nœuds du réseau E2E prennent en charge le protocole RSVP.
  • Faible utilisation des ressources : un chemin est réservé pour chaque flux de données, ce qui signifie qu'un chemin ne peut desservir qu'un seul flux de données, mais pas pour que d'autres flux de données soient multiplexés. Par conséquent, les ressources réseau limitées ne peuvent pas être pleinement utilisées.
  • Utilisation supplémentaire de la bande passante : RSVP envoie un grand nombre de paquets de protocole à des fins de mise à jour et de détection périodiques pour garantir que le chemin n'est pas occupé, ce qui alourdit la charge du réseau


3.3 Modèle DiffServ

L'IETF a mis en avant le modèle de services différenciés (DiffServ) en 1998 pour surmonter la faible évolutivité du modèle IntServ.

Les services bancaires sont utilisés à titre d'exemple. Trois niveaux d’utilisateurs sont fournis : centurion, golden et commun . La banque fournit différents services en fonction du niveau d'utilisateur. Les utilisateurs de cartes Centurion peuvent profiter d'un service individuel dans une zone privée. Les utilisateurs de cartes or ne peuvent pas en profiter mais ont la priorité pour gérer le service; les utilisateurs de cartes ordinaires ne gèrent que les services dans les files d'attente. Ce sont les services différenciés fournis par une banque.

Le modèle DiffServ classe le trafic sur un réseau en plusieurs classes en fonction de conditions ou marque le trafic avec des priorités différentes. Cette méthode est similaire à la méthode de classification des utilisateurs en utilisateurs de cartes centurion, golden et commun. En cas de congestion du réseau, différentes classes sont traitées en fonction des priorités pour mettre en œuvre des services différenciés. Les services de la même classe sont agrégés et envoyés pour assurer les mêmes indicateurs de qualité de service, notamment le délai, la gigue et le taux de perte de paquets.

Contrairement au modèle IntServ, le modèle DiffServ ne nécessite pas de protocole de signalisation. Dans ce modèle, une application n'a pas besoin d'appliquer de ressources réseau avant d'envoyer des paquets. La classification et l'agrégation du trafic sont terminées sur les nœuds périphériques. Les appareils suivants identifient les services en fonction de la classification et fournissent les services correspondants.

Le réseau actuel propose divers services. Le modèle DiffServ est flexible et adapté au réseau actuel. Par conséquent, le modèle DiffServ devient la solution principale dans la conception et les applications de QoS.

4. composants dans le modèle DiffServ

Le modèle DiffServ implique les mécanismes de qualité de service suivants:

  • Classification et marquage du trafic

La classification et le marquage du trafic sont des conditions préalables pour des services différenciés. Les commutateurs peuvent fournir des services ciblés en fonction de la classification.

  • Réglementation du trafic, mise en forme du trafic et limitation du débit par interface

La régulation du trafic contrôle le taux de trafic dans une limite de bande passante. La surveillance du trafic élimine le trafic en excès lorsque le taux de trafic dépasse la limite. Cela peut empêcher certains services ou utilisateurs d’occuper un excès de bande passante.

La mise en forme du trafic ajuste le débit du trafic sortant afin de réduire les rafales, de sorte que le trafic sortant puisse être transmis aux périphériques en aval à un débit stable afin d'éviter les pertes et les encombrements de paquets inutiles. La mise en forme du trafic est souvent utilisée sur une interface dans la direction sortante .

La limitation de débit basée sur l'interface contrôle le débit total de tous les paquets envoyés ou reçus sur une interface. Lorsque le type de paquet n'a pas besoin d'être classifié davantage alors que le débit total de paquets traversant une interface doit être contrôlé, la limitation de débit basée sur l'interface peut simplifier la configuration.

  • Gestion de la congestion

La gestion de l'encombrement détermine l'ordre de transmission à l'aide d'un algorithme de planification spécifique en cas d'encombrement du réseau, afin de garantir sa restauration rapide. La gestion de la congestion est souvent utilisée sur une interface dans la direction sortante .

  • Éviter la congestion

L'évitement des encombrements surveille l'utilisation des ressources du réseau, telles que les files d'attente et les mémoires tampons. Lorsque la congestion survient ou s’aggrave, le système commence à rejeter les paquets. L'évitement de congestion est utilisé sur une interface dans la direction sortante .

En conclusion, la classification de paquets est la condition préalable à la mise en œuvre de services différenciés. La gestion du trafic, la mise en forme du trafic et la limitation du débit par interface sont utilisées pour éviter les embouteillages, tandis que la gestion et le contournement des embouteillages sont utilisés pour éliminer les embouteillages.

La figure suivante montre l'ordre dans lequel différents mécanismes de qualité de service traitent les paquets.

Figure 4-1 Ordre de traitement QoS

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5. Application de la qualité de service sur un réseau d'entreprise

Sur un réseau d'entreprise, les technologies QoS n'ont pas besoin d'être appliquées au même périphérique, alors qu'elles devraient l'être à différents postes en fonction des besoins en services.

Figure 5-1 Déploiement de la qualité de service sur un réseau d'entreprise

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Les fonctions des périphériques situés à différentes couches sont les suivantes:

  • Identification des services au niveau de la couche d'accès

Le commutateur d'accès LSW1 fonctionne comme un commutateur de bordure. LSW1 doit identifier, classifier et marquer les flux de données côté accès, et effectue la gestion de la congestion, l'évitement de la congestion et la mise en forme du trafic côté réseau.

  • Fournir des services différenciés à la couche d'agrégation ou principale


Les interfaces du commutateur d' agrégation ou du commutateur principal sont configurées pour faire confiance aux paramètres de qualité de service identifiés au niveau de la couche d'accès. L'agrégation ou le commutateur principal applique des politiques de qualité de service via la planification de la file d'attente, la mise en forme du trafic et l'évitement de la congestion en fonction des paramètres de qualité de service de la couche d'accès, afin de garantir que les services hautement prioritaires sont planifiés en premier.

En pratique, le déploiement de fonctions spécifiques dépend des exigences de service. Dans la Figure 5-1, la classification et le marquage peuvent être configurés sur SwitchA pour distinguer les paquets de différents départements, et la régulation de trafic est utilisée sur GE1/0/2 dans la direction sortante pour limiter le trafic entrant sur le WAN. Si vous n'avez pas besoin de différencier les paquets de différents départements, vous pouvez directement mettre en œuvre une limitation de débit basée sur une interface sur GE1/0/2 dans la direction sortante pour limiter le trafic entrant sur le WAN.

La même technologie de qualité de service peut avoir différentes applications en fonction de l'emplacement. Dans la Figure 5-1 , si la limitation de débit basée sur l'interface est utilisée sur GE0/0/1 et GE0/0/2 de LSW1 dans la direction sortante, la largeur de bande maximale est garantie pour chacun des départements 1 et 2. Si l'interface la limitation de débit en fonction est utilisée sur GE0/0/1 de SwitchA dans le sens entrant, la largeur de bande maximale est garantie pour les départements 1 et 2 simultanément.

6. Résumé

Les composants QoS ne correspondent pas aux indicateurs de QoS un par un. C'est-à-dire qu'un composant de QoS ne peut pas assurer un indicateur de QoS. En réalité, les composants de QoS sont souvent combinés pour assurer la qualité du service. Par exemple, la classification et le marquage des paquets constituent une base pour la mise en œuvre de services différenciés. Réglementation du trafic, mise en forme du trafic, limitation du débit basée sur une interface, gestion de la congestion et évitement de la congestion, contrôle du trafic réseau et de l'allocation des ressources sous différents aspects en fonction de la classification et du marquage des paquets. Le numéro 2 décrira l'interface de ligne de commande Modular QoS (MQC).

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publié il y a 2019-8-5 13:01:10 Utile(0) Utile(0)
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