Обслуживание, ориентированное на классы, возникает и в других областях. Например, службы доставки посылок могут предлагать на выбор несколько уровней обслуживания: доставка на следующий день, через день или через два дня. В самолетах обычно бывают первый класс, бизнесс-класс и второй класс. То же самое касается поездов дальнего следования. Даже в парижской подземке до недавних пор были вагоны двух разных классов. Что касается нашей тематики, то классы пакетов могут отличаться друг от друга задержками, флуктуациями времени доставки, вероятностью быть проигнорированными в случае коллизии, а также другими параметрами (коих, впрочем, не больше, чем у кадров Ethernet).
Чтобы разница между обслуживанием, ориентированным на классы, и обслуживанием, ориентированным на потоки, стала яснее, рассмотрим пример: интернет-телефонию. При потоковом алгоритме обслуживания каждому телефонному соединению предоставляются собственные ресурсы и гарантии. При обслуживании, ориентированном на классы, все телефонные соединения совместно получают ресурсы, зарезервированные для телефонии данного класса. Эти ресурсы, с одной стороны, не может отнять никто извне (соединения других классов, потоки систем просмотра веб-страниц и т. п.), с другой стороны, ни одно телефонное соединение не может получить никакие ресурсы в частное пользование.
Срочная пересылка
Выбор классов обслуживания зависит от решения оператора, однако поскольку пакеты зачастую необходимо пересылать между сетями, управляемыми разными операторами, проблемной группой IETF были определены классы обслуживания, не зависящие от сети. Простейший из них — класс срочной пересылки (expedited forwarding), с него и начнем. Он описывается документом RFC 3246.
Итак, идея, на которой построена срочная пересылка, очень проста. Существует два класса обслуживания: обычный и срочный. Ожидается, что подавляющая часть объема трафика будет использовать обычный класс обслуживания. Однако есть ограниченная доля пакетов, которые необходимо передавать в срочном порядке. Их нужно пересылать между сетями так, будто кроме них в сети больше нет вообще никаких пакетов. Тогда они получат обслуживание с низкими потерями, низкой задержкой и низкой флуктуацией — как раз то, что нужно для IP-телефонии. Графическое представление такой двухканальной системы показано на рис. 5.32. Имейте в виду, что физическая линия здесь только одна. Два логических пути — это своеобразный способ резервирования пропускной способности для разных классов обслуживания, а вовсе не протягивание второго провода для передачи данных рядом с основным.
Данную стратегию можно реализовать следующим образом. Пакеты разделяются на обычные и срочные, после чего они получают соответствующие отметки. Это может выполнять хост-источник или входной (первый) маршрутизатор. Преимущество первого варианта в том, что источник располагает большей информацией о распределении пакетов по потокам. Классификация пакетов может производиться сетевым ПО или операционной системой, что позволяет избежать изменений в существующих приложениях. Например, сейчас VoIP-пакеты все чаще помечаются хостами как срочные. Если такие пакеты передаются по корпоративной сети или через интернет-провайдера, поддерживающих срочную пересылку, они оказываются в привилегированном положении. В противном случае отметка не будет иметь никаких негативных последствий.
Рис. 5.32. Срочные пакеты движутся по свободной от трафика сети
Конечно же, если пакет получает метку на хосте, входной маршрутизатор, скорее всего, захочет проверить, не выходит ли объем срочного трафика за установленные пределы. В сети маршрутизаторы могут использовать две очереди для каждой исходящей линии — для обычных и для срочных пакетов. Прибывший пакет ставится в очередь, соответствующую его классу обслуживания. Срочная очередь получает более высокий приоритет, чем обычная; это можно сделать, к примеру, с помощью диспетчера приоритетов. Таким образом, срочный трафик будет думать, что сеть пустынна и безжизненна, хотя на самом деле она может быть загружена чрезвычайно сильно.
Гарантированная пересылка
Более совершенная схема управления классами обслуживания называется схемой гарантированной пересылки (assured forwarding). Эта стратегия описывается в документе RFC 2597. Гарантированная пересылка подразумевает наличие четырех классов приоритетов, каждый из которых обладает своими ресурсами. Первые три класса можно назвать золотым, серебряным и бронзовым. Кроме того, определены три класса игнорирования пакетов, попавших в затор (низкий, средний и высокий). Итого получается 12 сочетаний, то есть 12 классов обслуживания.
На рис. 5.33 показан один из способов обработки пакетов при гарантированной пересылке. На первом шаге пакеты разбиваются на четыре класса приоритетов. Как и раньше, эта процедура может выполняться на хосте-источнике (как показано на рисунке) или на первом маршрутизаторе. Скорость высокоприоритетных пакетов может быть ограничена оператором в рамках соглашения о предоставлении услуг.
Рис. 5.33. Возможная реализация гарантированной пересылки потока данных
Следующий шаг — определение классов игнорирования пакетов. Для этого пакеты каждого класса приоритетов проходят проверку с помощью маркерного ведра или похожей схемы. При этом пакетам небольшого размера присваивается низкий класс игнорирования, пакетам среднего размера — средний класс, а пакетам большого размера — высокий. Информация о классах приоритетов и игнорирования кодируется в каждом пакете.
Наконец пакеты проходят обработку на маршрутизаторах сети, где диспетчер определяет их классы. Чаще всего для четырех классов приоритетов используется метод взвешенного справедливого обслуживания: чем выше класс, тем выше вес. В результате высокоприоритетные пакеты получают большую часть пропускной способности, однако отправка низкоприоритетных пакетов не останавливается. К примеру, вес каждого класса приоритетов может быть вдвое больше, чем вес более низкого класса. В пределах одного класса приоритетов пакеты с высоким классом игнорирования удаляются в первую очередь. Это может понадобиться, например, при случайном раннем обнаружении (RED), о котором мы говорили в разделе 5.3.5. Случайное раннее обнаружение начнет удалять пакеты еще до того, как в буфере маршрутизатора закончится место. Пакеты с низким классом игнорирования все еще будут приниматься, а с высоким — отвергаться.
5.5. Объединение сетей
До сих пор мы неявно предполагали наличие единой однородной сети, в которой каждая машина использует одни и те же протоколы на каждом уровне. К сожалению, данное предположение слишком оптимистично. Существует множество различных сетей, включая персональные, локальные, региональные и глобальные. Мы уже говорили о сети Ethernet, кабельном Интернете, стационарных и мобильных телефонных сетях, стандартах 802.11, 802.16 и др. В этих сетях на каждом уровне широко применяются многочисленные и разнообразные протоколы. В следующих разделах будет уделено особое внимание вопросам, возникающим при объединении двух или более сетей, формирующих интерсеть (internetwork), или проще — интернет (internet)1.
Если бы все использовали одну и ту же сетевую технологию, объединить сети было бы гораздо проще. В большинстве случаев доминирующая сеть (например, Ethernet) существует. Некоторые ученые считают разнообразие типов сетей временным явлением, которое скоро перестанет иметь место, как только все, наконец, поймут, как замечательна сеть [вставьте свою любимую сеть]. Не стоит на это рассчитывать. Время показало, что такие рассуждения — всего лишь принятие желаемого за действительное. Разным типам сетей приходится сталкиваться с разными трудностями, поэтому, например, Ethernet и спутниковые сети всегда будут отличаться. К примеру, использование уже существующих систем (кабельной, телефонной сети и сети электропитания) при создании сетей передачи данных приводит к дополнительным ограничениям, которые изменяют свойства сети. Но при этом однородность должна сохраняться.
