به نام خدا
شبکه های کامپیوتری
کیفیت خدمات در شبکه های کامپیوتری
(Quality of Service)
مفهوم Quality of Service
3
در روزهای آغازین ایجاد شبکه های کامپیوتری، ارسال بسته ها از مبدا به مقصد مهمترین و برجسته ترین هدف یک شبکه و دسترسی قابل اطمینان به شبکه مساله اصلی در زمینه کیفیت سرویس بود.
امروزه با رشد سریع شبکه ها، مفاهیمی چون نیاز روزافزون به پهنای باند و پشتیبانی همزمان کلاسهای مختلف سرویس در درجه اول اهمیت قرار گرفته اند.
در نتیجه کیفیت سرویس به فاکتوری کلیدی در بکار گیری شبکه ها و سرویسهای امروزه تبدیل شده است.
بطور خلاصه کیفیت سرویس به معنی ارائه سرویسی سازگار و قابل پیش بینی به منظور تامین نیازهای کاربردهای مختلف است.
شبکه های کامپیوتری – اسلاید 9
QOS از دیدگاه های مختلف
4
کیفیت سرویس در شبکه را از دو منظر می توان مورد بررسی قرار داد:
1- کاربران شبکه:
دسترسی به حداکثر پهنای باند با کمترین هزینه
2- تامین کنندگان سرویس شبکه:
به حداکثر رساندن کارایی شبکه همزمان با برطرف کردن نیازهای کیفیت سرویس همه کاربران به صورت همزمان
شبکه های کامپیوتری – اسلاید 9
پارامترها یا مولفه های کیفیت سرویس
5
پارامتر های متداول کیفیت سرویس که برای توصیف کارایی شبکه بکار می روند عبارتند از:
1. پهنای باند(گذردهی): تعداد بایتهایی که در یک دوره تناوب خاص از طریق شبکه انتقال می یابند.
2. تاخیر: زمانی که طول می کشد تا یک بسته داده از مبدا خود به سمت مقصد حرکت کند. تاخیر شامل سه مولفه است: تاخیر انتشار، تاخیر انتقال و تاخیر صف بندی
3. واریانس تاخیر: واریانس تاخیری که یک بسته داده با آن مواجه است برابر با تفاوت بین حداکثر و حداقل تاخیر ممکن برای بسته، می باشد.
4. اتلاف (درصد دور ریختن): شانس دور ریخته شدن بسته در شبکه می باشد. حالتهایی وجود دارند که منجر به دور ریخته شدن بسته ها می شوند(مانند سرریز شدن بافر در نودهای سوئیچ شبکه).
5. بهره وری: نسبت زمان مشغول بودن اتصال، به کل زمان در یک دوره تناوب می باشد. میزان بهره وری را می توان در هر یک از عناصر شبکه مانند مسیریابها و اتصالات اندازه گیری نمود.
نتیجه: کیفیت سرویس، توانایی کاربردهای شبکه و عناصری چون میزبانها و مسیریابها بر تامین نیازهای سرویس ترافیکهای مختلف و در نتیجه ارائه سطحی از اطمینان برای آنهاست.
شبکه های کامپیوتری – اسلاید 9
نکات در خصوص پارامتر های کیفیت سرویس
6
پارامتر پهنای باند نشان دهنده ظرفیت سیستم برای ارسال داده ها می باشد.
تغییرات تاخیر بسته های متعلق به یک جریان ترافیکی باعث کاهش کیفیت سرویس سرویس های زمان حقیقی می شود.
برخی از برنامه های کاربردی درمقابل تغییرات تاخیرمقاوم نمی باشند . به عنوان مثال درکاربردهایی نظیر ارسال صوت و تصویرزنده برروی شبکه، پدیده تغییر تاخیرباعث کاهش کارآیی سرویس می شود . البته برخی دیگر از برنامه های کاربردی وجود دارند که پدیده تغییرات تاخیربرروی آنها چندان اثری ندارد.
سه عامل مهم باعث ایجاد اتلاف بسته ها می شوند که عبارتند از:
1. قطع شدن کانال ارتباطی که باعث ازبین رفتن بسته ها می شود.
2. نویزکانال باعث خراب شدن برخی از فیلدهای بسته می شود. نودهای شبکه با بررسی مجموع مقابله ای بسته متوجه خراب بودن آن می شوند و اقدام به حذف بسته می نمایند.
3. تراکم درشبکه باعث لبریز شدن بافرنودها و از بین رفتن بسته ها می شود.
شبکه های کامپیوتری – اسلاید 9
لایه بندی کیفیت سرویس
7
پارامتر های کیفیت سرویس می توانند در سه لایه ی کاربرد، سیستم و لایه ی شبکه تقسیم بندی شوند.
پارامترهای لایه کاربرد، نیازمندی های سرویس های برنامه کاربردی را شرح می دهند.
پارامترهای سیستم، آن دسته از نیازمندی های ارتباطات و سیستم عامل را شرح می دهد، که برنامه های کاربردی کیفیت سرویس به آنها نیاز دارد.
پارامترهای شبکه از لحاظ بار شبکه و عملکرد شبکه تعریف شده اند.
شبکه های کامپیوتری – اسلاید 9
نیازهای QOS
8
هر پروسه، بسته به ماهیت ذاتی عملکرد خود جریانی از بسته ها را تولید می کند که این جریان (Flow) به سطح آستانه ای از کیفیت خدمات (QOS) نیاز خواهد داشت. به عبارتی هر یک از کاربردهای شبکه دارای نیازمندی های متفاوت از کیفیت خدمات می باشند.
سرویس های صوتی نیاز به تاخیر و تغییرات تاخیر کم دارند و درمقابل اتلاف بسته ها تاحدی تحمل دارند.
سرویس های داده، تاخیر و تغییرات تاخیر بالایی را تحمل می کنند ولی نسبت به اتلاف بسته ها حساس می باشند.
سرویس های ویدئو نسبت به سرویس های صوت تاخیر و تغییرات تاخیر بیشتری را تحمل می کنند ولی اتلاف بسته ها درآنها باعث کاهش محسوس کیفیت سرویس می شود. سرویس های ویدئویی نیاز به تاخیر واتلاف کم دارند ولی تغییرات تاخیر زیاد را تحمل می کنند.
شبکه های کامپیوتری – اسلاید 9
نیازهای QOS
9
نیازهای QOS در مورد برخی کاربردهای متداول شبکه:
1. پست الکترونیک (E-mail): ماهیت پست الکترونیک را عموما ارتباط offline تصور می کنیم که نه به تاخیر و نه به لرزش (Jitter) حساس است و پهنای باند نسبتاً کمی احتیاج دارد ولی در عوض باید قابلیت اطمینان صددرصد داشته باشد یعنی شبکه باید اتلاف صفر مطلق را تضمین نماید.
2. انتقال فایل (FTP): این کاربرد به تاخیر و لرزش حساسیت ندارد ولیکن به پهنای باند متوسط به بالا نیازمند است و اتلاف باید صفر مطلق باشد.
3. وب گردی (web surfing) :این کاربرد به لرزش حساس نیست ولی برای جلب ر ضایت کاربران، شبکه باید تاخیر متوسطی داشته باشد، گردش در وب به پهنای باند متوسط و اتلاف صفر مطلق نیاز دارد.
4. ورود به سیستم از راه دور (Remote login): این کاربرد باید تاخیر و لرزش متوسطی را تجربه کند ولی به پهنای باند کمی نیاز دارد. در عوض اتلاف بسته ها باید در سطح صفر مطلق نگاه داشته شود.
شبکه های کامپیوتری – اسلاید 9
نیازهای QOS
10
5. دریافت صوت بر حسب تقاضا (Audio Demand): این کاربرد به تاخیر با مقدار ثابت چندان حساس نیست. چرا که نواخته شدن یک فایل صوتی مثلاً با 5 ثانیه تاخیر نسبت به مبدا زمان ایرادی ندارد ولی در عوض به لرزش حساس است چرا که اگر بسته های حاوی صدا دیرتر از زمان پیش بینی شده برسند صدای دریافتی قطع و وصل خواهد شد. این کاربرد به پهنای باند متوسطی نیاز دارد و می تواند تا سطحی اتلاف احتمالی بسته ها را تحمل کند چرا که یک یا چند بیت خرابی داده منجر به اندکی نویز در صدا خواهد شد.
6. دریافت تصویر بر حسب تقاضا (Video On Demand): این کاربرد همانند مورد قبلی است با این تفاوت که به پهنای باند بالایی نیاز دارد.
7. تلفن اینترنتی: از آنجا که این کاربرد بی درنگ محسوب می شود لذا بشدت به لرزش و تاخیر حساس است ولی در عوض به پهنای باند کم نیاز دارد و به اتلاف موردی بسته ها چندان حساس نیست.
8. ویدیوکنفرانس: این کاربرد نیز بی درنگ است لذا گدشته از حساسیت به لرزش و تاخیر به پهنای باند بالائی نیاز دارد ولی در عوض به اتلاف موردی بسته ها حساسیت نشان نمی دهد.
شبکه های کامپیوتری – اسلاید 9
مکانیسم های تضمین یا ارتقاء کیفیت سرویس
11
A . مکانیزم های انتها به انتها: قرارداد بین کاربران و شبکه
توافقنامه سطح سرویس (Service Level Agreement (SLA))
قرارداد ترافیک (Traffic Contract)
قرارداد کیفیت خدمات (QoS Contract)
B . مکانیزم های لبه ای: در لبه شبکه (Network Edge)
کنترل سیگنال و پذیرش (Signaling & Admission Control)
دسته بندی و علامتگذاری بسته ها (Packet Classification/Marking)
شکل دهی ترافیک (Traffic Shaping)
هدایت ترافیک (Traffic Policing)
C . مکانیزم های میانی: در نودهای میانی شبکه مانند روترها و سوئیچ ها اجرا می شوند.
دسته بندی و زمانبندی (Classification & Scheduling)
مسیریابی (Routing)
مدیریت بافر (Buffer Management)
نظارت بر ترافیک (اندازه گیری) (Traffic Monitoring ( metering))
شبکه های کامپیوتری – اسلاید 9
مکانیسم های ارتقاء کیفیت سرویس
12
شبکه های کامپیوتری – اسلاید 9
پایان