Групповое вещание в IP-сетях

 

1. Топология сети

Типичная топология сети, в которой реализованы функции управления трафиком и предоставления услуг, включает в себя несколько сегментов, называемых доменами DiffServ, которые подключены к глобальной сети или кольцу городской сети с помощью маршрутизатора. Каждый домен DiffServ – это одна сеть доступа масштаба города или района и именно в рамках этого домена осуществляется управление трафиком, классификация потоков данных и резервирование полосы пропускания для каждого потока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.9. – Структура домена DiffServ.

 

Внутри каждый домен DiffServ выглядит следующим образом (см. рисунок). Абоненты сети подключены к портам доступа. Внутри сети коммутаторы подключены друг к другу портами, называемыми внутренними. К внешнему миру домен DiffServ подключается с помощью маршрутизатора через его внешний порт. (Соединения внутри домена DiffServ представляют собой оптические или медные каналы Ethernet 10/100/1000 Мбит/с, внешний порт может иметь любой интерфейс.)

 

2. Определение потоков

В рамках концепции управления потоками информации основную роль играет определение потока. Потоком в OptiSwitch Classifier называются пакеты, движущиеся из источника А по назначению Б, которые могут быть однозначно идентифицированы по любой 16-байтовой комбинации из первых 64 байт заголовка. Это означает, что поток может определяться на основании не только полей заголовков Уровней 2 и 3, но также и Уровней 4 и 5. В результате поток может быть задан по очень широким критериям. Например, так: «все пакеты трафика Telnet, прибывающие с порта 3, с адресом источника 192.90.136.2 и направляющиеся в подсеть 188.89.98.x (с маской подсети 255.255.255.0)». Таким образом, на каждый порт доступа может определяться несколько потоков, описывающих различные сервисы, которыми пользуется абонент. Например, один поток описывает трафик данных Internet, другой – IP-телефонии, а третий – доступа к видеосерверу. При заказе пользователем новой услуги, администратор просто добавляет новый поток, определяя его на соответствующем порту доступа.

Общее число потоков в домене DiffServ может достигать 128 000. При этом, если для обычных портов доступа достаточно определить три-четыре потока, описывающие все требуемые абоненту сервисы, то для портов, которым подключены сетевые серверы, обслуживающие многих абонентов, может потребоваться создать несколько тысяч потоков. Архитектура OptiSwitch Classifier поддерживает различные приложения и поддерживает до 10 000 потоков на каждый коммутатор сети.

Следующей важной задачей является обработка данных потоков в типом трафика и существующими соглашениями об уровне сервиса.

 

3. Классы услуг

Возможны два подхода к реализации соглашений об уровне сервиса (SLA) в сети. Первый предполагает обеспечение полноценного качества услуг (QoS) для каждого потока информации. При этом все промежуточные устройства сети, через которые проходят пакеты данного потока, должны знать все его параметры, и иметь возможность зарезервировать ресурсы, необходимые именно для этого потока. Этот подход является идеальным, однако на сегодня он является практически нереализуемым. Число таких потоков в современных сетях может измеряться сотнями тысяч, и для введения информации о них в каждое сетевое устройство могут потребоваться крайне сложные средства управления, а также огромные затраты труда технического персонала.

Другой подход реализовать значительно проще. Он заключается в объединении потоков в несколько различных классов. В этом случае промежуточные устройства сети, находящиеся на пути пакетов, принадлежащих к различным потокам, должны знать лишь о том, к какому классу принадлежит тот или иной пакет, и обрабатывать его в соответствии с правилами, определенными для всего класса. Такой подход описывает концепцию классов услуг (CoS) и именно он реализован в решении OptiSwitch Classifier.

 

4. Очереди и их обработка

Концепция классов услуг (CoS) в коммутируемых сетях может быть реализована с помощью организации нескольких очередей для обработки пакетов с разными приоритетами на каждом порту коммутатора. Каждая очередь связывается с одним из классов услуг.

В рамках решения OptiSwitch Classifier каждый порт коммутатора OptiSwitch, работающего в сети, имеет четыре очереди с разными приоритетами. Кроме того, для каждой очереди вводится индикатор возможности отбрасывания пакетов. Если пакет помечен этим индикатором, он может быть отброшен при переполнении очереди. Таким образом, наличие 4 очередей и 2 значений индикатора отбрасывания пакетов позволяет ввести 8 уровней обслуживания для каждого потока.

Обработка этих очередей в OptiSwitch Classifier может осуществляться с помощью различных алгоритмов.

Первый подход реализует простую схему приоритетов. Пакеты из очереди с наивысшим приоритетом всегда обрабатываются первыми. Вслед за ними – пакеты с меньшим приоритетом. Недостатком этой схемы является отсутствие каких-либо гарантий для пакетов с низшим приоритетом. При постоянном поступлении пакетов с высокими приоритетами, очередь с низшими приоритетами обрабатываться просто не будет.

Другой подход позволяет присваивать каждой очереди свои веса, в соответствии с которыми они обрабатываются. Тогда каждый раз будет, например, обрабатываться 4 пакета высшего приоритета, 3 следующего и т.д. В этом случае очередь с низшим приоритетом всегда получит гарантированное обслуживание.

Возможны и смешанные схемы, когда очереди с двумя наивысшими приоритетами обрабатываются по первой схеме, а две оставшиеся – по второй, а также любые другие комбинации двух схем.

Следует отметить, что простая схема легче всего реализуется и не требует дополнительной конфигурации на промежуточных узлах сети, в то время как использование схемы с весовыми коэффициентами потребует наличия высококвалифицированного персонала, управляющего сетью.

 

5. Ограничение скорости потока

Еще одной важной функцией, необходимой для управления потоками в сети доступа, является возможность ограничения скорости для каждого потока. Ведь при подключении, к примеру, 2000 пользователей к магистрали Gigabit Ethernet, каждый из них при равном распределении полосы пропускания, может гарантированно получить лишь 0,5 Мбит/с. Попытка доступа к такой сети со скоростью 10 Мбит/с и более вызовет в ней заторы, что сведет на нет работу системы классификации трафика. Кроме того, оператор должен иметь возможность предоставлять абоненту любую полосу пропускания, за которую тот готов платить, и соответственно иметь возможность контролировать использование ресурсов сети.

Для решения этой задачи, на портах доступа коммутаторов OptiSwitch реализуется схема обработки трафика, предусмотренная стандартом DiffServ, которая базируется на алгоритме “token bucket”. Данный алгоритм позволяет ограничить скорость потока, идущего от абонента, и привести его в соответствие с максимальным значением, установленным для данного потока. Таким образом, администратор может устанавливать ограничение скорости потока величиной от 56 Кбит/с и выше при определении данного потока.

 

6. Обработка трафика

Здесь подробно описывается работа устройств сети при реализации концепции классов услуг с помощью оборудования OptiSwitch.

1. Абонент  заказывает у оператора услугу, например доступ к Internet с определенной скоростью (допустим 1 Мбит/с) или услугу IP-телефонии (что подразумевает гарантированную полосу пропускания для этого типа трафика).

2. Администратор  определяет для пользовательского  порта поток, который характеризуется следующими величинами: идентификатором потока (IP-адресом источника, портом источника, используемым протоколом и т.п.), уровнем обслуживания (от 1 до 8) и максимальной скоростью для данного потока. Информация о потоке заносится в таблицу потоков.

3. Абонент  начинает пользоваться заказанной  услугой и на порт доступа  поступает пакет, принадлежащий к новому потоку.

4.Порт доступа  исследует пакет на предмет принадлежности к потоку. Для этого исследуются все необходимые поля из первых 64 байт заголовка. При соответствии пакета одному из потоков, начинается его обработка, в противном случае он отбрасывается.

5. После того, как пакет идентифицирован с точки зрения принадлежности к потоку, применяется алгоритм “token bucket” для приведения максимальной скорости потока в соответствие с величиной, указанной в таблице потоков.

6. Пакет ставится  в одну из четырех очередей  и обрабатывается в соответствии с установленным приоритетом (числом от 1 до 8). Пакет помечается, чтобы определить его принадлежность к тому или иному классу и применять к нему соответствующие соглашения об уровне сервиса. Для этого обычно используется поле Type of Sevice (TOS) заголовка пакета IP. Первые шесть бит этого поля определяют в стандарте DiffServ величину DSCP (DiffServ Code Point), которая используется для указания последующим на пути следования пакета коммутаторам, к какому классу обслуживания он относится. (Впрочем, возможны и другие способы маркировки пакетов, принадлежащих к разным классам.)

7. Пакет передается  дальше по сети. Каждый промежуточный  коммутатор проверяет только байты DSCP поля TOS и не просматривает все 64 байт заголовка, как порт доступа. На основании значения DSCP пакет обрабатывается в соответствии с требуемым уровнем сервиса (ставится в очередь с соответствующим приоритетом и т.д.)

8. Дойдя до  маршрутизатора, пакет либо уходит  во внешнюю сеть, либо перенаправляется на адрес внутри домена DiffServ, например, на шлюз IP-телефонии.

9. Схема обратного  потока, т.е. из внешней сети по  направлению к абоненту действует  точно так же. Внешний порт  маршрутизатора осуществляет те  же функции, что и порт доступа. Он также проверяет пакет на  принадлежность к потоку, ограничивает скорость для потока, маркирует пакет байтами DSCP. После этого пакет повторяет тот же описанный выше путь через промежуточные узлы, только в обратном направлении – к абоненту.

 

7. Биллинг

Еще одной важной задачей, как уже говорилось, является сбор статистики по передаваемой в сети информации для осуществления биллинга абонентов. OptiSwitch Classifier позволяет собирать статистику по каждому потоку, включая общее число переданных и полученных байт и пакетов. Это дает возможность оператору строить сложные биллинговые схемы, как на основе объема трафика, так и с фиксированной оплатой за предоставление гарантированной полосы пропускания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.   Обзор технологий Internet-вещания.

На сегодняшний день лидерами являются программные сервера RealSystem от RealNetworks, Windows Media от Microsoft, Quick Time от Apple Computer, а также Cisco IP/TV от Cisco. Эти продукты поддерживают оба режима работы, имеется в виду unicast и multicast.

В нашей стране QuickTime почти не используется. Хотя он уже и не привязан к Mac OS, а в США и Японии, где немало компьютеров Macintosh, QuickTime традиционно популярен. Правда, качество изображения и звука для низкоскоростных соединений у него ниже, чем у конкурентов. А вот RealSystem и Windows Media сейчас замечательно конкурируют друг с другом. Большой разницы между ними нет, и выбор той или другой технологии обусловлен скорее программными пристрастиями системных администраторов.

Все продукты состоят минимум из трех частей: 

• Вещающий сервер
• Плейер
• Кодер

 

2. Cisco IP/TV

 

1.   Описание продукта Cisco IP/TV

Продукт Cisco IP/TV состоит из следующих компонент для Windows 95 и Windows NT:

• The IP/TVServer
• The IP/TV Viewer
• The IP/TV Program Guide
• The IP/TVStreamwatch.

IP/TV Server принимает живое или предварительно  закодированное видео и голосовой поток, используя набор видео-карт третьих производителей. Один real-time stream-поток и несколько записанных потоков могут затем быть переданы сервером IP/TV Server через корпоративную intranet-сеть, используя технологии IP Multicast и Real-time Transport Protocol (RTP). Таким образом, каждый поток может обслужить произвольное число зрителей, без большой загрузки полосы пропускания сети.

Программа просмотра, IP/TV Viewer взаимодействует с программой IP/TV Content Manager для представления актуального списка мультикастовых групп на пользовательском компьютере. Пользователи могут подписаться на соответствующие вещательные программы, используя IP/TV Viewer, и переключаться с одной программы на другую по мере необходимости. Cisco IP/TV обеспечивает средства сбора управляющей информации, отражения сетевой статистики, и административного управления сетью и полосой пропускания. Управляющая программа Windows 95 или Windows NT выполняет команды клиента IP/TV Viewer по настройке параметров, обеспечивающий наилучшие условия приема видеоданных.

Server и Viewer являются приложениями Windows которые  поддерживают сжатие Motion Picture Experts Group (MPEG-1), H.261, Indeo, VXtreme, или будущие совместимые с ActiveMovie аппаратные или программные кодеки, и могут проигрывать любые файлы в форматах MPEG и Video-for-Windows (AVI). IP/TV будет так же работать с MPEG и другими аппаратными картами декомпрессии, если они установлены в клиентской системе просмотра.