Дифференцированные услуги или DiffServ — это архитектура компьютерной сети , которая определяет механизм классификации и управления сетевым трафиком, а также обеспечения качества обслуживания (QoS) в современных IP- сетях. Например, DiffServ можно использовать для обеспечения низкой задержки критического сетевого трафика, такого как голосовой или потоковый мультимедиа, одновременно обеспечивая максимально эффективное обслуживание некритических сервисов, таких как веб-трафик или передача файлов .
DiffServ использует 6-битный код дифференцированных услуг ( DSCP ) в 8-битном поле дифференцированных услуг ( поле DS ) в заголовке IP для целей классификации пакетов. Поле DS заменяет устаревшее поле TOS IPv4 . [1]
Современные сети передачи данных предоставляют множество различных типов услуг, включая голос, видео, потоковую музыку, веб-страницы и электронную почту. Многие из предложенных механизмов QoS, которые позволяли этим сервисам сосуществовать, были сложными и не поддавались масштабированию для удовлетворения потребностей общедоступного Интернета . В декабре 1998 года IETF заменил поля приоритета TOS и IP в заголовке IPv4 полем DS . [2] В заголовке IPv6 поле DS является частью поля класса трафика , где оно занимает 6 старших битов. [2]
В поле DS используется диапазон из восьми значений (селекторов классов) для обратной совместимости с прежним полем IP-приоритета IPv4 . Сегодня DiffServ в значительной степени вытеснил TOS и другие механизмы QoS уровня 3 , такие как интегрированные сервисы (IntServ), в качестве основной архитектуры, которую маршрутизаторы используют для обеспечения QoS.
DiffServ — это крупномасштабный механизм управления трафиком на основе классов . IntServ, напротив, представляет собой детальный механизм , основанный на потоке . DiffServ использует механизм классификации и маркировки пакетов как принадлежащих к определенному классу. Маршрутизаторы с поддержкой DiffServ реализуют поведение каждого перехода (PHB), которое определяет свойства пересылки пакетов, связанные с классом трафика. Различные PHB могут быть определены так, чтобы предлагать, например, услуги с низкими потерями или малой задержкой .
Вместо того, чтобы дифференцировать сетевой трафик на основе требований отдельного потока, DiffServ действует по принципу классификации трафика , помещая каждый пакет данных в один из ограниченного числа классов трафика. Затем каждый маршрутизатор в сети настраивается для дифференциации трафика в зависимости от его класса. Каждым классом трафика можно управлять по-разному, обеспечивая преференциальный режим для трафика с более высоким приоритетом в сети. Суть Diffserv заключается в том, что сложные функции, такие как классификация пакетов и контроль, могут выполняться на границе сети с помощью граничных маршрутизаторов. Поскольку в основных маршрутизаторах не требуется классификация и применение политик, их функциональность можно сохранить простой. Маршрутизаторы ядра просто применяют обработку PHB к пакетам на основе их маркировки. Обработка PHB достигается с помощью основных маршрутизаторов, использующих комбинацию политики планирования и политики управления очередями.
Группа маршрутизаторов, реализующих общие, административно определенные политики DiffServ, называется доменом DiffServ . [3]
Хотя DiffServ действительно рекомендует стандартизированный набор классов трафика, [4] архитектура DiffServ не включает в себя заранее определенные решения о том, каким типам трафика следует уделять приоритетное внимание. DiffServ просто предоставляет основу, позволяющую классифицировать и дифференцировать лечение. Стандартные классы трафика (обсуждаемые ниже) служат для упрощения взаимодействия между различными сетями и оборудованием разных производителей.
Сетевой трафик, входящий в домен DiffServ, подвергается классификации и кондиционированию. Классификатор трафика может проверять множество различных параметров во входящих пакетах, таких как адрес источника, адрес назначения или тип трафика, и назначать отдельные пакеты определенному классу трафика. Классификаторы трафика могут учитывать любые маркировки DiffServ в полученных пакетах или могут игнорировать или переопределять эти маркировки. Для жесткого контроля над объемами и типом трафика в данном классе оператор сети может не учитывать маркировку на входе в домен DiffServ. Трафик каждого класса может дополнительно регулироваться путем применения ограничителей скорости , дорожных полицейских или формирователей . [5] : §3
Поведение каждого перехода определяется полем DS в заголовке IP. Поле DS содержит 6-битное значение DSCP. [2] Явное уведомление о перегрузке (ECN) занимает младшие 2 бита поля TOS IPv4 и поля класса трафика (TC) IPv6. [6] [7] [8]
Теоретически сеть может иметь до 64 различных классов трафика, используя 64 доступных значения DSCP. В документах RFC DiffServ рекомендуются, но не требуются определенные кодировки. Это дает сетевому оператору большую гибкость в определении классов трафика. Однако на практике большинство сетей используют следующие обычно определяемые варианты поведения для каждого перехода:
PHB пересылки по умолчанию (DF) — единственное необходимое поведение. По сути, любой трафик, который не соответствует требованиям любого из других определенных классов, использует DF. Обычно DF имеет характеристики пересылки с максимальными усилиями. Рекомендуемый DSCP для DF равен 0. [4]
IETF определяет поведение ускоренной пересылки (EF) в RFC 3246. EF PHB обладает характеристиками малой задержки, малых потерь и низкого уровня джиттера. Эти характеристики подходят для передачи голоса, видео и других услуг реального времени. Трафику EF часто присваивается строгий приоритет в очереди над всеми другими классами трафика. Поскольку перегрузка трафика EF приведет к задержкам в очередях и повлияет на джиттер и допуски по задержке внутри класса, к трафику EF можно применить контроль допуска , контроль трафика и другие механизмы. Рекомендуемый DSCP для EF — 101110 B (46 или 2E H ).
IETF определяет поведение Voice Admit в RFC 5865. PHB Voice Admit имеет идентичные характеристики с PHB ускоренной пересылки. Однако трафик голосового приема также допускается сетью с использованием процедуры управления допуском вызовов (CAC). Рекомендуемый DSCP для голосового приема — 101100 B (44 или 2CH ) .
IETF определяет поведение гарантированной пересылки (AF) в RFC 2597 и RFC 3260. Гарантированная пересылка позволяет оператору обеспечить гарантию доставки до тех пор, пока трафик не превышает определенную абонируемую скорость. Трафик, превышающий скорость подписки, с большей вероятностью будет отброшен в случае перегрузки.
Группа поведения AF определяет четыре отдельных класса AF, при этом весь трафик внутри одного класса имеет одинаковый приоритет. Внутри каждого класса пакетам присваивается приоритет отбрасывания (высокий, средний или низкий, где более высокий приоритет означает большее отбрасывание). Сочетание классов и отбрасывания приоритета дает двенадцать отдельных кодировок DSCP от AF11 до AF43 (см. таблицу).
Определенная мера приоритета и пропорциональной справедливости определяется между трафиком разных классов. Если между классами возникает перегрузка , приоритет отдается трафику более высокого класса. Вместо использования организации очереди со строгим приоритетом, вероятно, будут использоваться более сбалансированные алгоритмы обслуживания очереди, такие как справедливая организация очереди или взвешенная справедливая организация очереди . Если внутри класса возникает перегрузка , сначала отбрасываются пакеты с более высоким приоритетом отбрасывания. Чтобы предотвратить проблемы, связанные с отбрасыванием хвоста , часто используются более сложные алгоритмы выбора отбрасывания, такие как случайное раннее обнаружение .
DF= переадресация по умолчанию
До появления DiffServ сети IPv4 могли использовать поле приоритета IP в байте TOS заголовка IPv4 для обозначения приоритетного трафика. Октет TOS и приоритет IP не получили широкого распространения. IETF согласился повторно использовать октет TOS в качестве поля DS для сетей DiffServ. Чтобы поддерживать обратную совместимость с сетевыми устройствами, которые все еще используют поле Precedence, DiffServ определяет PHB селектора классов .
Кодовые точки селектора классов имеют двоичную форму «xxx000». Первые три бита — это биты приоритета IP. Каждое значение приоритета IP можно сопоставить с классом DiffServ. Приоритет IP 0 соответствует CS0, приоритет IP 1 — CS1 и т. д. Если пакет получен от маршрутизатора, не поддерживающего DiffServ, который использовал маркировку приоритета IP, маршрутизатор DiffServ все равно может распознать кодировку как кодовую точку селектора классов.
Конкретные рекомендации по использованию кодовых точек селектора классов приведены в RFC 4594.
RFC 4594 предлагает подробные и конкретные рекомендации по использованию и настройке кодовых точек. Другие RFC, такие как RFC 8622, обновили эти рекомендации.
sr+bs = одиночная скорость с контролем размера пакета.
В DiffServ все управление и классификация выполняются на границах между доменами DiffServ. Это означает, что в ядре Интернета маршрутизаторам не мешают сложности сбора платежей или обеспечения соблюдения соглашений. То есть, в отличие от IntServ , DiffServ не требует предварительной настройки, резервирования и трудоемких сквозных переговоров для каждого потока.
Детали того, как отдельные маршрутизаторы обрабатывают поле DS, зависят от конфигурации, поэтому сложно предсказать сквозное поведение. Это еще больше усложняется, если пакет пересекает два или более домена DiffServ, прежде чем достигнет пункта назначения. С коммерческой точки зрения это означает, что невозможно продавать конечным пользователям разные классы сквозного подключения, поскольку золотой пакет одного провайдера может быть бронзовым пакетом другого. DiffServ или любая другая маркировка QoS на основе IP не гарантирует качество услуги или указанное соглашение об уровне обслуживания (SLA). Отмечая пакеты, отправитель указывает, что он хочет, чтобы пакеты рассматривались как конкретная услуга, но нет никакой гарантии, что это произойдет. Все поставщики услуг и их маршрутизаторы на пути должны гарантировать, что их политики будут обрабатывать пакеты соответствующим образом.
Брокер пропускной способности в рамках DiffServ — это агент, который обладает определенными знаниями о приоритетах и политиках организации и распределяет пропускную способность в соответствии с этими политиками. [9] Чтобы добиться сквозного распределения ресурсов между отдельными доменами, брокер пропускной способности, управляющий доменом, должен будет взаимодействовать со своими соседними узлами, что позволяет создавать сквозные услуги на основе чисто двусторонних отношений. соглашения.
DiffServ состоит из группы взаимосвязанных узлов DiffServ, которые используют одну и ту же политику обслуживания и PHB.