QoS - Wyższa jakość obsługi

Mimo że liczba użytkowników Internetu podwaja się prawie co półtora roku, a generowany przez nich ruch średnio co trzy miesiące, to możliwości obsługi ruchu przez sieci IP rosną jeszcze szybciej. Dotyczy to przede wszystkim wzrostu szybkości łączy optycznych w sieciach szkieletowych oraz przetwarzania pakietów w węzłach sieci IP. Nie oznacza to, że sieci IP zapewniają odpowiednią jakość przekazu. Doświadczenia użytkowników i operatorów potwierdzają, że przeciążanie Internetu (protokoły IP) jest nadal nagminne i trwa praktycznie całą dobę, istotnie pogarszając jakość QoS oferowanych przez sieć usług IP.

Podczas gdy w tradycyjnej telefonii podstawową funkcję sterowania łączem telefonicznym spełniają protokoły SS7 (Signalling System 7), w środowisku sieci pakietowych z protokołem IP za sygnalizację odpowiada cały zestaw nowych protokołów czasu rzeczywistego. Używany dotąd w sieciach IPv4 protokół czasu rzeczywistego RTP (Real Time Transport Protocol) nie zawiera niestety mechanizmów rezerwowania zasobów sieciowych, co w praktyce oznacza, że nie może on zapewniać transmisji strumieni danych z wymaganą i gwarantowaną QoS. Zbyt duże straty pakietów głosowych oraz znaczące i niekontrolowane opóźnienia w sieci, a także niewłaściwa kolejność skompresowanego i pakietowanego sygnału mowy mogą niedopuszczalnie pogorszyć jakość odbieranego sygnału multimedialnego po stronie odbiorczej.

Z punktu widzenia przekazów pakietowych w czasie rzeczywistym kluczowymi parametrami sieci telekomunikacyjnej przez sieci IP są przepływność oraz jakość obsługi - QoS (Quality of Service), istotne w aplikacjach multimedialnych. Aby sieć telekomunikacyjna realizowała usługi z gwarantowaną jakością - czyli spełniała postawione jej wymagania QoS - należy zaimplementować w niej odpowiednie mechanizmy transportu i sygnalizacji, umożliwiające sterowanie przebiegiem transmisji w bezpołączeniowym trybie pracy środowiska sieci pakietowej IP. W sieciach wielousługowych właściwy poziom jakości QoS determinuje odpowiednie oprogramowanie i rozwiązania sprzętowe, zapewniające właściwą identyfikację, klasyfikację i przekaz pakietów należących do danego (konkretnego) strumienia danych - zgodnie z narzuconymi wymaganiami co do ich jakości. Inaczej mówiąc, realizacja funkcji QoS wymaga wprowadzenia w ruterach IP wielu mechanizmów kolejkowania i odpowiednich algorytmów do ich obsługi na trasie przekazu głosowego. Muszą one uwzględniać opóźnienia pakietów, zmienność tego opóźnienia, prawdopodobieństwo utraty pakietów czy okresowe przeciążenie węzłów sieci IP.

Wraz z rozwojem usług wymagających małych opóźnień w trybie multicast czy wirtualnych sieci VPN (Virtual Private Network), zwiększają się wymagania dotyczące sieci wielousługowych. Winny one zapewniać wymaganą jakość QoS, ochronę informacji i niezawodność oraz ciągłą ewolucję inżynierii ruchu - w tym implementację protokołów z etykietowaniem MPLS czy wielofalowym optycznym MPlS. Integracja obsługi pakietów IP, ATM i MPLS w przełącznikach wielousługowych daje uproszczenie architektury sieci IP oraz elastyczną realizację mechanizmów QoS, daleko wykraczającą poza klasyczne podejście typu best effort - stosowane w sieciach z protokołem IPv4. Odpowiednie mechanizmy QoS zwykle realizuje się sprzętowo, tak aby również współpraca z bardzo szybkimi łączami transmisyjnymi przebiegała poprawnie. Środki zapewniające ochronę informacji wciąż ewoluują, w miarę jak coraz więcej firm przechodzi od tradycyjnych sieci prywatnych do sieci wirtualnych VPN, realizowanych w infrastrukturze sieci publicznej.

Dzisiejsze sieci pakietowe z protokołem IP (Ipv.4) korzystają głównie z rozwiązania typu best effort, w którym rutery IP transmitują pakiety w kolejności „pierwszy odebrany, pierwszy obsłużony”. W sytuacji przepełnienia buforu węzła rutery po prostu odrzucają pakiety nadmiarowe - bez względu na ich ważność. Ponadto dostęp do sieci nowych strumieni danych nie jest ograniczany przez mechanizmy sieciowe, a samo sterowanie ruchem w ramach połączenia dokonuje się za pomocą protokołów TCP. W rezultacie, przekaz nie zapewnia podstawowych parametrów transmisji w czasie rzeczywistym (utrata pakietów, dopuszczalne opóźnienie, zmienność opóźnienia) i nie nadaje się do transmisji w czasie rzeczywistym.

Jakość usług sieci IP jest jedną z najważniejszych własności niezapewnianych przez oryginalną architekturę TCP/IP. Poziom jakości QoS wymaga utrzymywania w ruterach informacji dotyczących stanu każdego przepływu - wpływających na normalne funkcjonowanie mechanizmów sygnalizacji i kolejkowania. Aby zachować wymagane QoS konkretnej usługi teleinformatycznej, wszystkie hosty, rutery oraz pozostałe czynne elementy infrastruktury sieciowej leżące pomiędzy odbiorcą i nadawcą muszą zapewnić obsługę funkcji QoS. Każdy z węzłów winien zarezerwować na ten cel odpowiednie zasoby systemowe, takie jak: pasmo, moc przetwarzania CPU i własną pamięć operacyjną (buforową).