Качество сетей передачи данных

В чем разница между быстрым каналом и качественным? Я очень часто слышу от разного рода IT специалистов фразы типа: «Что-то телефония не очень и видеоконференцсвязь рассыпается, видимо канал маленький, надо бы его расширить!»
В некоторых случаях такое утверждение конечно же имеет смысл. Однако к расширению канала необходимо прибегать только в случае, если причиной некачественной связи является именно перегрузка канала. А что делать, если глядя на график загрузки мы не видим 100% утилизации, при этом качество видео и аудио не устраивает!? Бывает и так, что расширение канала – не вариант, а из сложившейся ситуации надо как-то выходить. Тут может помочь QoS. О нем я уже обзорно писал (тыцай ссылку и читай про QoS, ToS, DSCP).

Перед тем как говорить о параметрах канала, влияющих на его качество,  необходимо определиться с типом обрабатываемого трафика. Это принципиальный момент! Для одного типа трафика канал - качественный, тоесть удовлетворяет требованиям и ожиданиям, для другого - отнюдь. Трафик по типу делят на чувствительный (sensitive) и нечувствительный (insensitive). К чувствительному трафику относят трафик  сервисов телефонии, видеосвязи, онлайн игр. К нечувствительному - почту, FTP, web и другие. В реальной жизни оба типа трафика вынуждены  сосуществовать в одних и тех же каналах, влияя друг на друга и борясь за пропускную способность (bandwidth) и теряя при этом пакеты (packet loss). Взаимным влиянием можно управлять через QoS, но есть и другие характеристики канального уровня, непосредственно влияющие на чувствительный трафик: задержка пакета (delay variation) и колебание (jitter), минимальный MTU канала,  Half(Full) duplex.

Итак, существует шесть основных параметра, характеризующих качество сети передачи данных (СПД): bandwidth, packet loss, delay, jitter, MTU, duplex.

 Bandwidth - описывает номинальную пропускную способность среды передачи информации, определяет ширину канала. Измеряется в bit/s (bps), kbit/s (Kbps), Mbit/s (Mbps), Gbit/s (Gbps).

Delay - задержка пакета, измеряется в миллисекундах. Из этой характеристики можно выделить еще две: одностаронняя задержка (one-trip), круговая (round-trip). Суть в том, что путь из точки А в точку В может быть одним, а обратный уже совсем другим. На практике, если речь идет о качестве канала, используют именно параметр RTT (Round-trip time).

Jitter - колебания (дрожание) задержки при передаче пакетов — джиттер.

На практике jitter выглядит так:

Потеря пакетов (Packet loss). Определяет количество пакетов, потерянных в сети во время передачи.

Процесс восстановления утраченного пакета:

MTU  (Maximum transmission unit) - максимальный объём данных, который может быть передан протоколом за одну итерацию. Различают HW MTU, MPLS MTU, IP MTU.

Многие не придают важности этому параметру, что может оказаться критичным при эксплуатации “тяжелых” приложений, где целесообразно использовать jumbo-фреймы. В обьединенной сети может быть ситуация, когда MTU транзитного хоста меньше чем у соседей. В таком случае все пакеты буду дробиться, что приведет к увеличению нагрузки на сеть. Необходимо проверять консистентность параметров MTU на L2 (Ethernet), L2.5 (MPLS), L3 (IP), L4(MSS- Maximum Segment Size).

Если кто удивился, что за L2.5!? -  читайте мою статью про MPLS за 10 минут

Half (Full) duplex - Еще одна важная особенность технологии Ethernet заключается в наличии в таких сетях двух возможных режимов передачи информации: полудуплесного и дуплексного (его также называют полнодуплесным). Полудупдексный режим передачи может оказаться малоэффективным, особенно в том случае, когда данные передаются в виде кадров малого размера (в этом случае используется поле PAD). Наличие поля PAD объективно уменьшает эффективность использования ресурса сети. Чтобы избежать необходимости использования поля PAD, в технологии было предложено использовать принцип берстности. В современных сетях half duplex встречается редко, но бывают случаи, при автосогласовании скорости (speed) и режима (mode),  пиринговые интерфейсы выбирают полудуплекс. Причинами этого явления могут быть неверные настройки на соседствующих интерфейсах, при которых на одном из них жестко выставлен режим half, а другой в auto negotiation. Линк в Up, а в сети что-то не так. Скорость не выше 10 Gb/s, пакеты пропадают, задержки просто зашкаливают. Вывод – не полагайтесь на волю случая, откажитесь от авто согласования. Однако связь это всегда Вы и кто-то по ту сторону. Имейте ввиду, что если у вас все хорошо с дуплексом, то совсем не факт, что и там так же!   

В кратце как-то так! Честно сказать тема качества связи очень обьемная и много зависит от конкретных приложений и сервисов. Существует много разных способов и методов борьбы с перегрузками в зависимости от того какой протокол транспортного уровня задействован. Большие компании, такие как Google, Netflix  и другие  разрабатывают свои проприетарные протоколы для улучшения качества и оперативности доставки видео и аудио контента. Основной фокус на пользователей беспроводных технологий, так как основной потребитель это человек с телефоном, ноутбуком. Ну и не стоит забывать, что 30% всего мирового трафика составляет YouTube. Ну а если сюда приплюсовать трафик Skype и подобных ему сервисов,  сетей CDN (Content Delivery Network или Content Distribution Network), то становиться очевидно, что 80% мирового трафика составляет  именно чувствительный трафик.

Спасибо за внимание!

P.S. Коллеги, не забывайте оценивать материалы, чтобы мы знали в каком направлении двигаться…