UNIVERZITET U SARAJEVUFAKULTET ZA SAOBRAAJ I KOMUNIKACIJE

Seminarski rad iz predmeta: Tehnologija komunikacijaTema:MEHANIZMI REALIZACIJE QoS U RAZLIITIM TEHNOLOGIJAMA

Predmetni nastavnik: Studenti:V.prof.dr. auevi Samir Minela Bai: 5883-24Predmetni asistent: Nusmira Muminovi:5866-7Doc.dr. Tarik arimamovi Minela Bogdani: 5901-42 Margarita Zloui Radoni AdisSarajevo, maj, 2012S A D R A J:1. Uvod...............................................................................................................................32. QoS (Quality of Services)................................................................................................42.1. Model kvaliteta usluga......................................................................................52.2. Osnovni parametri QoS-a u mreama za prenos podataka...............................73. Arhitektura hvaliteta usluga i mehanizmi realizacije QoS-a.........................................12

3.1. Mehanizmi kontrolne ravni...................................................................................14

3.2. Mehanizmi ravni upravljanja.................................................................................15

3.3. Mehanizmi ravni podataka....................................................................................164. Implementacija mehanizama za osiguranje QoS-a........................................................204.1. Integrated Services (Int-Serv)................................................................................204.2. Differentiated Services (DiffServ)..........................................................................234.3. Multiprotocol Label Switching (MPLS)..................................................................255. Primjer: Primjena DiffServ QoS mehanizama na VoIP...................................................316. Zakljuak........................................................................................................................347. Popis skraenica.............................................................................................................358. Popis literature...............................................................................................................36

1. UvodKorisnici telekomunikacijskih usluga su sve zahtjevniji kada je u pitanju QoS. QoS (Quality of Service) ima znaenje kvaliteta usluga i danas je jedan od najee koritenih pojmova u oblasti telekomunikacija. Definie se na razliite naine, a u radu je objanjena problematika vezana za definisanje ovog pojma kao i razlog zbog kojeg je QoS jedan od kljunih i nezaobilaznih faktora budueg razvoja telekomunikacijske industrije. Da bi zadrala trend brzog razvoja i jedne od najprofitabilnijih privrednih grana, telekomunikacijska industrija se sve vie bazira na prilagoavanju zahtjevima korisnika. Za ubrzani razvoj tehnologija i rast podatkovnih usluga veoma je vano uvoenje koncepta kvaliteta usluga. Jedan od problema koji se javlja kod mrea je osiguranje kvaliteta usluga koji predstavlja proces razvoja i implementacije QoS-a u mreu i terminale. Da bi se prevaziao ovaj problem razvijeni su razni mehanizmi i mree za osiguranje QoS parametara primjenjivih u razliitim tehnologijama. Cilj ovog rada je da pokae koji su to mehanizmi za osiguranje mrenih QoS parametara u razliitim tehnologijama uz analizu njihovih karakteristika, prednosti i nedostataka kao i naina implementacije. Takoer se nastoji pokazati znaaj i efikasnost implementacije tih mehanizama kod osiguranja odreenih parametara QoS-a. Mehanizmi za realizaciju QoS zavise od koritene tehnologije te svaka tehnologija zahtjeva razliite mehanizme primjerene topologiji i tehnologiji mree. Radi izbora odgovarajueg mehanizma realizacije QoS neophodno je poznavati njihove karakteristike koje su detaljno objanjene u radu. U radu je opisan kvalitet usluga te mehanizmi realizacije i zahtjevi za istim od strane razliitih tehnologija.

2. QoS (Quality of Service)Sam pojam Quality of Service, iako se esto koristi u telekomunikacijama, izaziva esto neodreenu i nedovoljno precizno definiranu sliku kod inenjera. Razlog tome je neodreenost definicija koje postavljaju razna regulatorna tijela i proizvoai opreme; pri tome se esto definicija kvaliteta usluge odnosi na neku odreenu arhitekturu, bez pokuaja standardizacije prema irem skupu. esti su sluajevi da se u literaturi pie o kvalitetu usluge a sama definicija jednaostavno preskoi, ili samo pozove na ISO 9000 ili ITU-T E.800 preporuku, tako da je na samom poetku ovog rada neophodno uvesti nekoliko elementarnih definicija: Kvalitet: zbir karakteristika entiteta koji opisuju njegovu sposobnost da zadovolji izreene ili implicirane potrebe. Kvalitet usluge: zdrueni efekat performansi servisa koje odreuju stepen zadovoljstva korisnika te usluge. QoS zahtjevi korisnika: izjava o kvalitetu usluge koji korisnika aplikacija zahtijeva od servisa, a koja se moe izraziti ne-tehnikim rijenikom. Qos koji nudi provajder: izjava o oekivanom nivou kvaliteta koji je ponuen korisniku od strane provajdera. QoS koji omoguava provajder: izjava o nivou stvarnog kvaliteta koji provajder nudi korisniku. Qos koji korisnik primi: izjava koja opisuje nivo kvaliteta za koji korisnik vjeruje da je iskusio.[footnoteRef:2] [2: Bajri H., Skripta predavanja iz predmeta Upravljanje kvalitetom komunikacijskih usluga, Sarajevo 2012]

Kako je ve pomenuto, ITU-T preporuke defniu QoS kao zdrueni efekat performansi servisa koje odreuju stepen zadovoljstva korisnika te usluge.

Pod kvalitetom usluge (QoS) jo podrazumijevamosposobnost mree u pruanju kvalitetnijih servisa u mrenom prometu koristei razne tehnologije kao to su: Frame Relay Asynchronous Transfer Mode ( ATM ) Ethernet i 802.1 mreu SONET (eng. Synchronous Optical NETwork ) IP-rutirane mree itd.QoS osobine pruaju poboljane i predvidive mrene servise: Rezervisanu propusnost Minimiziranje gubitka paketa Oblikovanje saobraaja Prioritiziranje saobraaja Upravljanje i izbjegavanje zaguenja 2.1 Model kvaliteta uslugaPreporuka G.1000 pretpostavlja postojanje etiri aspekta kvaliteta usluga. Njihov uzajamni odnos ilustrovan je na slici 1. (aspektski model).

Slika 1. Aspektski model kvaliteta servisa[footnoteRef:3] [3: ITU-T Recommendation G.1000: Communications Quality of Service:A Framework and Definitions, ITU-T11/01, p.4]

Kako je prikazano na slici 1, moemo razlikovati 4 razliite perspektive: QoS koji oekuje korisnik je zahtjev za kvalitetom od strane korisnika koji se moe izraziti ne-tehnikim rijenikom. Korisnik ovdje nije zainteresovan za mehanizme ostvarivanja QoS-a niti za uvidom u rad mree: njega interesuje samo kvalitet s kraja na kraj konekcije. QoS koji provajder nudi korisniku je izjava o kvalitetu usluge koju provajder oekuje da moe pruiti korisniku. Nivo kvaliteta se izraava preko vrijednosti dodijeljenih parametrima QoS-a. Ovakav nain izraavnja se moe koristiti poslije pri planiranju mrea ili pri kreiranju Sporazuma o nivou usluge SLA (Service Level Agreement).Na primjer, provajder usluge moe izraziti svoje garancije da e dostupnost usluge telefonske mree (mrea sa komutacijom krugova) biti 99,95% godinje sa prekidom ne veim od 15 minuta, i ne vie od 3 prekida u toku godine. QoS koji se realno obezbjeuje izraava se istim parametrima kao i QoS koji se nudi korisniku. Mjerene vrijednosti parametara kvaliteta usluge se uporeuju sa garantovanim, u cilju provjere ispunjavanja SLA. QoS koji korisnik doivljava ovaj QoS se obino izraava terminima satisfakcije korisnika a ne u strogo tehnikim terminima. Ove ocjene se prikupljaju anketama u cilju odgovarajue reakcije provajdera i regulatornih komisija. U idealnoj situaciji je nivo ovog kvaliteta usluge jednak kvalitetu iz prethodne take [G1000]. Na sljedeoj slici je prikazan osnovni slojeviti model QoS-a. [BP05].

Slika 2. Slojeviti model QoS-a[footnoteRef:4] [4: Milan Bjelica,Zoran Petrovi: Nova shvatanja kvaliteta servisa u telekomunikacionim mreama ,Telekomunikacije, Januar-Juni, 2005.]

Perceptualni QoS podrazumijeva opis kvaliteta percepcije usluge, poput kvaliteta medija (npr. odlian, dobar, lo), vremenskog odziva, stepena zatite, zahtjeva u smislu cijene usluge. Sa aspekta korisnika vaan je samo zbirni kvalitet usluge. Kvalitet usluge na korisnikom nivou je perceptualan i subjektivan parametar. Aplikacijski kvalitet usluge obuhvata opis kvaliteta medija (npr. rezolucija slike), zahtjeve u smislu prijenosa (npr. kanjenje), odnos izmeu medija (npr. sihronizacija) i definiranje postupaka koji e se preduzeti u sluaju poremeenja u isporuci usluge (npr. ako doe do zaguenja). Definie se na sprezi terminalnog sistema i aplikacije. Kod sistemskog kvaliteta se posmatraju protoci, vjerovatnoe greke, kapacitet bafera, discipline ekanja itd.

2.2. Osnovni parametri QoS-a u mreama za pijenos podatakaVeliki je broj QoS parametara, a obzirom na razliito shvatanje samog pojma kvaliteta usluga, tako je i znaaj pojedinih parametara razliit. Prema navedenim definicijama QoS-a vidimo da je on odreen performansama mree. Performanse koje rezultiraju korisnikim zadovoljstvom/nezadovoljstvom su izraene kljunim QoS parametrima i trebale bi da mogu biti objektivno i subjektivno mjerene u taki pristupa uslugama. Kljuni tehniki parametri performansi vezani za kvalitet i integritet su: Opseg (eng. bandwidth); Kanjenje (eng. delay); Varijacije u kanjenju (eng. jitter) ; Gubici (eng. packet loss).Navedeni parametri se mogu nazivati mrenim QoS parametrima ili usluno specifini QoS parametri jer su vezani za specifinu uslugu. Takoer, s obzirom da se radi o parametrima koji direktno utiu na zadovoljstvo korisnika i koji predstavljaju tehniku interpretaciju njegovih zahtjeva za kvalitetom, mogu se svrstati i u kljune QoE pokazatelje -KPIs (Key Performance Indicators) pri emu se uzimaju njihove prosjene vrijednosti.

Postoje i tzv. opti QoS parametri koji doprinose ukupnom nivou kvaliteta koji operator (mrea) isporuuje korisniku: Vrijeme inicijalnog aktiviranja usluge (vrijeme potrebno za aktiviranje 95-99% zatjeva i procenat uspjenih aktiviranja do odreenog datuma); Vrijeme otklanjanja kvarova (vrijeme potrebno da se otkloni 80-95% kvarova i procenat otklonjenh kvarova do odreenog datuma); albe na ispravnost rauna (procenat albi i procenat rijeenih albi u odreenom vremenskom periodu).OpsegOpseg (eng.bandwidth) predstavlja maksimalnu brzinu prijenosa koja se moe postii izmeu dva kraja mree (end-to-end) i obino se mjeri bitovima po sekundi (bps). Umjesto termina opseg esto se koristi i kapacitet kanala ili propusna sposobnost (eng. throughput). Ako se komunikacioni kanal uporedi sa meuprocesnim kanalom (eng. pipe), propusni opseg predstavlja opseg meuprocesnog kanala i odreuje koliko podataka moe da proe kroz meuprocesni kanal u bilo kojem trenutku. Neodgovarajua propusnost izaziva poveanje kanjenja paketa jer paketi provode vie vremena u redovima ekanja (baferima) mrenih ureaja. U jako zaguenim mreama neodgovarajua propusnost dovodi do gubitka paketa jer se baferi pretrpavaju i dolazi do odbacivanja paketa. Za ispunjenje QoS zahtjeva neophodno je da komunikacioni kanali imaju dovoljnu propusnost koja je odreena fizikom infrastrukturom mree, odnosno nainom implementacije fizikog i logikog sloja i logikom organizacijom konekcija unutar mree. Propusni opseg na niim nivoima ne mora obavezno garantovati dobar kvalitet usluge na aplikativnom nivou. Opseg kod datagram mrea zavisi ne samo od kapaciteta kanala, ve i od broja tokova podataka koji dijele zajedniku infrastrukturu izmeu dvije krajnje take mree. Zbog ovoga je opseg promjenjiva veliina, karakteristina za svaku pojedinanu konekciju u mrei. Opseg jednog toka podataka se moe mjeriti na dva naina:Opseg u terminu uspjeno prenesenih paketa - jednak je odnosu ukupnog broja uspjeno prenesenih paketa u posmatranom vremenu i trajanja tog vremena t:

(1)Opseg u terminu prenesenih bajta - jednak je ukupnom broju okteta koji su uspjeno preneseni u posmatranom vremenskom intervalu t:

(2)

KanjenjeKanjenje (eng. latency, delay) se manifestuje na vie naina, ukljuujui vrijeme potrebno za uspostavu odreene usluge od trenutka slanja zahjeva korisnika te vrijeme potrebno za prijem specifinih informacija nakon to je usluga uspostavljena. Definie se kao vrijeme koje je potrebno paketu da putuje od izvorita do odredita.Kanjenje je usko povezano sa mrenim parametrima kao to je propusnost i zavisi od: Vremena propagacije signala kroz medij, a samim tim od vrste medija. Na ovu komponentu kanjenja se moe uticati na fizikom ili logikom nivou odabirom redundantnog kanala (Path ili Line selection na optikim mreama, RR backup). Vremena procesiranja paketa na vorovima mree (ruterima), odnosno vremena potrebnog za razmjenu paketa izmeu bafera, obradu adresnih polja, auriranje paketa u sekvencu na prijemniku, itd. Vremena ekanja paketa u redovima koje ovisi od usvojene strategije posluivanja redova na ruteru, naina upravljanja redovima i trenutnog saobraajnog optereenja.Postoje dvije kategorije kanjenja: Fiksno kanjenje ukljuuje komponente kao to suserijalizacija, kodiranje i dekodiranje i propagaciona kanjenja. Promjenjivo kanjenje je najee posljedica zaguenja i ukljuuje prije svega vrijeme koje paketi provode u mrenim baferima dok ekaju na pristup prenosnom mediju.Najvee probleme kanjenje pravi u govornim komunikacijama. Pravilno projektovane mree bi trebalo da imaju kanjenje manje od 150 ms za ine zemaljske komunikacije i 250-300 ms za satelitske komunikacije.

Varijacije kanjenjaVarijacije kanjenja (eng. jitter, delay variation) su razlike u vremenima kanjenja paketa koji pripadaju istom toku. Jitter je varijacija u end-to-end kanjenju ili u matematikom smislu to je mjera apsolutne vrijednosti prvog izvoda sekvence pojedinanih izmjerenih kanjenja. Varijacije nastaju zbog raznih faktora kao to su razliita vremena obrade paketa ili razliita duina redova ekanja. Varijacija kanjenja se obino svrstava meu parametre performansi jer ima veliki znaaj na transportnom nivou kod paketskih sistema prijenosa. Meutim, aplikacije koje su veoma osjetljive na varijaciju kanjenja obino poduzimaju korake na uklanjanju ili smanjenju varijacije kanjenja, prije svega memorisanjem u meuspremnike. Posljedica jittera je potreba da se povea kapacitet bafera u prijemniku kako bi se zadrali pristigli paketi i saekali oni koji imaju vee kanjenje. Time se eliminie varijacija kanjenja iz korisnike percepcije (meutim, bilo koji tip baferisanja uveden sa ciljem smanjenja jittera direktno poveava ukupno kanjenje u mrei). Opte je pravilo da saobraaj koji trai malo kanjenje, takoer zahtijeva i male varijacije u kanjenju.

GubiciGubitak paketa se odnosi na procenat paketa koji ne stignu na odredite. Nastaje usljed greaka u mrei, oteenih paketa ili najee zbog zaguenja u mrei.U odreenoj literaturi se umjesto gubitaka (eng. loss) koristi i parametar pouzdanosti, koji je obrnuto proporcionalan koliini gubitaka u posmatranom vremenskom periodu. Ukoliko u mrei postoji zaguenje u saobraaju, pojedini segmenti poruke se odbacuju zbog preoptereenja bafera (zaguenja na ruterima) ili zbog prekoraenja vrijednosti graninog kanjenja. Do gubitaka dolazi i pri samom prenosu u transmisionim sistemima ili zbog pogrenog usmjeravanja paketa. Gubitak informacije moe biti uzrokovana i degradacijom usljed koritenja razliitih vrsta kodiranja sadraja u cilju efikasnije transmisije (npr. koritenje govornih kodeka male bitske brzine pri prijenosu govora). Prema RFC2680, gubitci na niim slojevima su posljedice smetnji u kanalu i izraavaju se sa BER (Bit Error Rate).

(3)

Uestalost greaka (eng. error rate) se moe posmatrati kao uestalost pogreno primljenih bita, elemenata, karaktera ili blokova u odnosu na njihov ukupni broj u odreenom vremenskom intervalu. BER moemo posmatrati kao transmisioni BER koji predstavlja broj pogreno primljenih bita u odnosu na ukupni poslani broj, ili kao informacioni BER koji podrazumjeva broj pogreno dekodovanih u odnosu na ukupan broj dekodovanih bita. BER je dobar parametar samo za prva dva sloja mree dok se na viim slojevima greke prate na paketima kao fundamentalnim jedinicama, pa postoje razlike u odabiru parametara. Na primjer, kod ATM mrea se obino mjeri dio izgubljenih elija - CLR (CellLoss Ratio) ili dio oteenih elija - CER (Cell Error Ratio). Gubitak informacije ima direktni efekat na kvalitet informacije (slika, video, podaci) koja se na kraju prezentuje korisniku. Za zadovoljavajui kvalitet je bitno osigurati male gubitke (u zavisnosti od vrste saobraaja), ali trebaju se razmatrati i periodi gubitaka. Vrijeme gubitaka (uzorak gubitaka) je vaan parametar koji esto moe pomoi u odreivanju uzroka gubitaka i naina suzbijanja te pojave, npr. kod Interneta gubici imaju karakteristiku da se pojavljuju u skupovima. Ovisno od toga koji mehanizam kodiranja se koristi i do koje mjere su podaci redundantno zatieni, ovi gubitci mogu uzrokovati manje ili vee degradacije kvaliteta. Predloene su i razliite eme da bi se poboljala zatita od greaka ili gubitaka u prenosu poruka. Mrea sa visokom raspoloivou treba da ima manje od jednog procenta gubitaka. Kompenzacija paketskih gubitaka mogua je koritenjem proaktivnih ili direktnih rjeenja (redundantno kodiranje) ili indirektno, preko mehanizama kontrole zaguenja na mrenom i transportnom nivou.

3. Arhitektura kvaliteta usluga i mehanizmi realizacije QoS-aOsiguranje QoS-a je proces kojim se implementira QoS u mrei i terminalima. Ovaj proces prevodi rezultate planiranja u mehanizme i parametre razumljive mrenim elementima i terminalima i koristi ih za njihovu buduu konfiguraciju na opremi ili komponentama. Osiguranje QoS moe se klasificirati u tri kategorije: osiguranje QoS-a u pristupu, jezgri i prijenosu kojim se konfiguriu QoS mehanizmi unutar mree, osiguranje uslunog QoS-a koji mapira usluge unutar QoS profila (set atributa noseih usluga) i osiguranje terminalskih QoS koje se vri postavljanjem usluno specifinih aplikacija - QoS informacija u terminale.Za osiguranje odreenog QoS-a potrebna je kontrola pristupa, izbjegavanje zaguenja, upravljanje resursima ali i odgovarajui signalizacijski protokoli (npr. SIP ili H.323), protokoli za rutiranje (npr. RIP, OSPF, BGP), gateway protokoli koji omoguavaju komunikaciju izmeu fiksne i beine mree (npr. Media Gateway Control Protocol), transportni protokoli (RTP, RTCP, DiffServ, RSVP). Za uspjeno osiguranje QoS-a neophodno je razumijevanje karakteristika saobraaja u cilju definisanja i implementacije QoS zahtjeva. Porebno je osigurati i raspodjelu sistemskih i mrenih resursa kao i uspostaviti odgovarajuu QoS arhitekturu sa pripadajuim mehanizmima. Navedeni koncept poiva na slijedeim principima. Princip transparentnosti koji podrazumijeva da QoS mehanizmi ne treba da budu vidljivi za aplikacije i korisnike. To znai da korisnika interesuje samo da dobije kvalitetnu uslugu, ali ne i nain na koji je taj kvalitet ostvaren. Transparentnost umanjuje potrebu za uvoenjem QoS funkcionalnosti u aplikaciju, skriva tehnike detalje o usluzi od korisnika i aplikacije, te preputa poslove oko upravljanja kvalitetom specijalizovanim entitetima (korisnikim agentima). Princim integracije znai da QoS mora imati mogunost konfigurisanja, predvianja i odravanja kako bi se ostvarile zahtijevane performanse s kraja na kraj. Princip separacije podrazumijeva da je naophodno razlikovanje funkcija prijenosa, kontrole i upravljanja. Jedan od aspekata separacije je potreba za razlikovanjem tokova korisnikih i signalizacijskih podataka ili separacije samih korisnikih tokova prema njihovom prioritetu. Neke funkcije zahtjevaju rad u realnom vremenu, a neke ne, i to je zapravo princip razliitih tokova vremena. Po principu performansi neophodno je utvrditi pravila po kojima e se implementirati sistemi koji podravaju QoS koncept.Radna grupa 13 pri ITU organizaciji predloila je koncept arhitekture (preporuka Y.qosar) koja je prikazana na slici 6. Arhitektura se odnosi na paketske mree, sa posebnim naglaskom na mree bazirane na Internet protokolu. Ova arhitektura bi trebalo da doprinese stvaranju sveobuhvatnog rjeenja za podrku kvalitetu servisa, naroito u okruenjima koja obuhvataju heterogene administrativne i tehnoloke domene kao to je Internet i mree koje omoguuju pristup Internetu.Slika 3. Arhitektura i mehanizmi kvaliteta servisa[footnoteRef:5] [5: Hui-Lan Lu and Igor Faynberg, An Architectural Framework for S upport of Quality of Service in PacketNetworks ,IEEE Communications Magazine , June 2003, p. 98-105.]

Arhitektura prikazana na slici 3. je predloena preporukom ITU-T Y.1291. Osnovna namjera ove arhitekture je definisati generike mrene mehanizme koji bi kontrolisali odgovor mree na zahtjeve za uslugom. Ovi mehanizmi mogu biti specifini za odreeni element mree, signalizaciju izmeu odreenih mrenih elemenata, ili pak kontrolu i administraciju saobraaja u cijeloj mrei. Arhitektura se sastoji od tri ravni: kontrolna, podatkovna i ravan upravljanja. Kontrolna ravan sadri mehanizme koji se odnose na putanje saobraaja korisnikih podataka, odnosno upravljanje putevima prenosa podataka. Mehanizmi koji se nalaze u ravni su vidljivi na slici. Ravan upravljanja sadri mehanizme koji se odnose na postupanje, administriranje i upravljanje aspektima saobraaja korisnikih podataka, tj. pravila, SLA ugovori, mjerenje i snimanje saobraaja. Podatkovna ravan sadri mehanizme koji se neposredno primjenjuju na saobraaj korisnikih podataka.

3.1 Mehanizmi kontrolne ravniMehanizmi u kontrolnoj ravni su odgovorni za konfigurisanje mrenih vorova, odnosno definisanje skupa procedura koje se koriste u voru sa ciljem da se izvri odgovarajua obrada paketa u skladu sa zahtjevanim nivoom usluge.

Slika 4. Mehanizmi za kontrolu saobraaja u QoS baziranim ruterima

U mehanizme kontrolne ravni spadaju: kontrola pristupa (eng. admission control), rezervisanje resursa (brokeri propusnog opsega) i QoS rutiranje. Na slici su prikazani mehanizmi koji su implementirani u ruterima sa podrkom za osiguranje QoS-a.Kontrola pristupa odreuje koji saobraaj e se propustiti u mreu. Da li e, ili nee odreeni saobraaj biti proputen, ovisi od a priori usvojenog SLA, a odluka moe ovisiti i od dostupnosti adekvatnih resursa mree, tako da novopristigli saobraaj svojim zahtjevima za resursima ne ugrozi performanse saobraaja. Za provajdera usluge, cilj je omoguiti pristup novom saobraaju, omoguivi u isto vrijeme isti kvalitet usluge za postojee korisnike. Implementacije kontrole pristupa mogu biti parametarski ili mjerno zasnovani. Kod parametarskog pristupa, kao kriterij se uzimaju najgori sluajevi parametara kvaliteta usluge (opsega, kanjenja, ditera i gubitaka); u literaturi se naziva i tvrdi QoS. Kod mjerno zasnovanog pristupa, za odreivanje kriterija koriste se trenutne mjerene vrijednosti parametara QoS-a, i ovo je poznato kao meki QoS. Ovaj pristup rezultuje boljim iskoritenjem parametara mree, a mogue su i hibridne implementacije.Rezervacija resursa je neophodna da bi se mogao garantovati odreeni QoS. Mehanizmi rezervacije su usko vezani sa mehanizmima kontrole pristupa i ovi mehanizmi moraju uzajmano raditi da bi se osigurao stvarni QoS. Razliite usluge imaju razliite zahtjeve za pojedinim parametrima kvaliteta.QoS rutiranje predstavlja izbor puta kojim e se zadovoljiti korisniki zahtjevi za kvalitetom usluge. Kako mrea raste tako i rutiranje postaje skuplje, a ovisi od izabrane metrike i broja parametara QoS-a koji ulaze u proraun. Praktinije i ekonominije je koristiti metode QoS rutiranja koje uzimaju u obzir jedan parametar QoS-a (opseg ili kanjenje) ili koriste dualnu metriku (cijena-opseg, cijena-kanjenje, ili opseg-kanjenje). Postoji veliki broj strategija rutiranja, razvijenih u cilju redukovanja kompeksnosti problema. Vano je napomenuti da QoS rutiranje samo odreuje vjerovatnou da izabrani put zadovoljava zahtjeve za kvalitetom usluge, tj. ne garantuje da e QoS biti ostvaren. Garancije odreenog nivoa performansi je mogue ostvariti samo uz zajedniki rad mehanizma QoS rutiranja i mehanizama rezervacije resursa.

3.2 Mehanizmi ravni upravljanjaMjerenje i snimanje saobraaja vri se pomou mehanizama koji vre monitoring karakteristika saobraaja i poredi dobivene rezultate mjerenja sa vrijednostima dogovorenim u SLA. Cilj mjerenja i snimanja saobraaja jeste da se provjeri da li su zadovoljeni dogovoreni uslovi iz SLA. Ovisno o SLA, entitet za mjerenje i snimanje moe inicijalizirati neophodne akcije (npr.odbacivanje ili oblikovanje saobraaja) prema paketskom toku. Mjerenja saobraaja u mrei omoguavaju da se dobiju podaci o stanju zauzetosti mree ime se ostvaruju preduslovi za saobraajni ininjering.Pravila QoS-a predstavljaju skup propisa za administriranje, upravljanje i kontroliranje pristupa mrenim resursima. Provajderi usluga implementiraju pravila u mehanizme kontrolne i ravni podataka. Neke potencijalne aplikacije su pravila rutiranja (usmjeravanje paketskog toka prema destinaciji bez tabela rutiranja), pravila filtriranja paketa (markiranje ili odbacivanje paketa prema odreenim pravilima), logiranje paketa (omoguavanje korisnicima da loguju odreene tokove paketa).Obnavljanje saobraaja se definie kao reakcija mree u uslovima kvara (potpunog prestanka rada). Reakciju mree je potrebno razmatrati na svim slojevima.SLA (Service Level Agreement) - sporazum o nivou usluge obino predstavlja sporazum izmeu korisnika i provajdera usluge koji specificira nivo dostupnosti, performansi, uslunosti i drugih atributa, a moe ukljuivati i vrijednosti finansijske prirode. Tehniki dio sporazuma se naziva SLS (Service Level Specification) - specifikacija nivoa usluge, koji odreuje skup parametara i njihove vrijednosti koje skupa definiu uslugu koju provajder nudi. ITU-T preporuka E.860 definie SLA okvir za generalizirano mreno okruenje.

3.3 Mehanizmi na ravni podatakaUpravljanje redovima - Mehanizmi upravljanja redovima operiu s paketima koji ekaju na transmisiju i donose pdluke o baferovanju ili odbacivanju tih paketa. Vaan zadatak ovih mehanizama je da minimizacija veliine bafera, bez smanjenja iskoritenosti opsega, te izbjegavanje fenomena zaguenja, gdje jedna konekcija ili tok monopolizira cijeli kapacitet bafera. Rjeenja upravljanja baferima razlikuju se uglavnom u kriterijimima odbacivanja paketa i izboru paketa za odbacivanje. Jedna od varijacija je i koritenje viestrukih redova ekanja.Zajedniki krierij za odbacivanje paketa je dostizanje punog kapaciteta bafera. Kada se red ekanja napuni paketi se odbacuju. Koje pakete odbaciti, ovisi od usvojene discipline odbacivanja, npr.: Droptail odbacuje novopristigle pakete. Ovo je najrairenija strategija, Front drop uva novopristigle pakete na raun onih koji najdue ekaju u redu, Random drop uva novopridole pakete na redu ekanja, uz odbacivanje sluajno izabranog paketa iz reda. Ovo rjeenje je sloenije i skuplje jer zahtijeva pretragu bafera.Kontrola toka i izbjegavanje zaguenja - Potreba za kontrolom toka u komunikacijskim mreama javlja se zbog ogranienih resursa, odnosno kapaciteta kanala i brzine prijemnika. Kontrola toka je samo jedna od metoda kontrole zaguenja, s njom je usko povezana pa se ova dva pojma esto poistovjeuju. Zadatak mehanizama kontrole toka je da brzinu slanja podataka predajnika prilagodi trenutno dostupnim mrenim resursima. Zaguenje nastaje kada koliina ponunenog saobraaja postane vea od kapaciteta mree i posljedica je nedostatka resursa kao to su opseg ili kapacitet bafera. Ovisno o njegovom trajanju razlikujemo permanentno, periodiko, privremeno i trenutno zaguenje. Zaguenje moe dovesti do toga da je protok saobraaja praktino jednak nuli. Permanentno zaguenje se izbjegava pravovremenim planiranjem i poveavanjem resursa, a periodiko politikom cijena, kontrolom pristupa i dinamikim usmjeravanjem. Za izbjegavanje privremenog zaguenja koristi se kontrola toka i kontrola pristupa. Kontrola toka je osnovni mehanizam izbjegavanja zaguenja kod podatkovnog saobraaja, a kontrola pristupa kod neelastinog saobraaja u stvarnom vremenu.

Rasporeivanje paketa - Ovi mehanizmi kontroliraju izbor paketa koji se isporuuju u izlazne linkove. Dolazni saobraaj se zadrava u redovima ekanja, koji su sastavljani obino iz vie redova i rasporeivaa (scheduler). Postoji nekoliko glavnih pristupa: FIFO First In First Out queuing: paketi su smjeteni u jedan red ekanja i posluuju se onim redoslijedom kojim stiu na red. FQ Fair Queuing: Paketi su rasporeeni po tokovima i dodijeljeni redovima ekanja za odgovarajue tokove. Redovi se tada posluuju round robin tehnikom. Prazni redovi se preskau. FQ disciplina se takoer naziva i per-flow ili flow-based queuing. PQ - Priority queuing: paketi se prvo klasificiraju i pohranjuju u redove ekanja sa razliitim prioritetom. Unutar svakog takvog reda, paketi se posluuju po FIFO disciplini. WFQ Weighted Fair Queuing: paketi se dodjeljuju redovima ekanja prema tokovima. Svakom redu ekanja se dodjeljuje procenat izlaznog opsega, ovisno od potrebe svakog toka. Razlikovanjem paketa prema veliini, ova disciplina predstavlja dobar mehanizam za prevenciju okupiranja veine kapaciteta od strane tokova sa veim paketima. CBQ Class Based Queuing: paketi se razvrstavaju u razliite klase i dodjeljuju redovima ekanja koji korespondiraju tim klasama. Svakom redu se moe dodijeliti odreeni postotak izlaznog opsega, a izlazno posluivanje se vri round robin disciplinom.Pored navedenih tehnika posluivanja, u praksi postoji veliki broj disciplina za razliite vrste saobraaja, kao to su: Stochastic Fair Queuing, Deficit Round Robin, itd. Oznaavanje paketa - Paketi mogu biti oznaeni saglasno specifinoj klasi usluge koju zahtijevaju, i obino se markiraju na voru na ivici mree. Oznaavanje paketa se vri promjenom vrijednosti nekog polja na zaglavlju paketa koje je standardizirano za razliite implementacije mrea. U nekim sluajevima se moe oznaiti i paket koji ima prioritet odbacivanja u sluaju zaguenja. Paketi se takoer mogu promovisati ili degradirati ovisno o rezultatima mjerenja saobraaja u mrei. Bilo da se radi o markiranju paketa na izvoru informacija ili na nekom voru u mrei, kriterij za markiranje se mora dinamiki podeavati kako se mijenja stanje u mrei. Za dinamiku konfiguraciju se moe korisititi RSVP protokol. Klasifikacija saobraaja - Klasifikacija saobraaja se moe obavljati na nivou toka ili paketa. Na ivici mree, mehanizmi zadueni za klasifikaciju sadraja provjeravaju predodreena polja na zaglavljima paketa i odreuju kojem toku paket pripada, kao i odgovarajui SLA.Upravljanje saobraajem - Ovi mehanizmi odreuju da li saobraaj izmeu dva vora na odreenom toku odgovara dogovorenom nivou usluge (SLA). Paketi koji ne potpadaju pod dogovoreni SLA se obino odbacuju.Oblikovanje saobraaja - Oblikovanje saobraaja je kontrola brzine i koliine saobraaja koji ulazi u mreu. Entitet zaduen za upravljanje saobraajem baferuje pakete sa niim prioritetom dok se ne postignu povoljni uslovi za slanje svih paketa. Rezultujui saobraaj ima manje burstova i predvidljiviji je. Oblikovanje saobraaja se obino obavlja izmeu poiljaoca podataka i vorova na ivici mree.

Postoje dvije glavne metode oblikovanja saobraaja: leaky bucket (curei lijevak). LB metoda bez obzira na brzinu dolaznog saobraaja odrava odlazni saobraaj na konstantnoj brzini. Svi dolazni paketi koji preliju lijevak se odbacuju. Dva parametra koji karakteriu ovu metodu, veliina lijevka i izlazna brzina, su obino konfigurabilne od strane korisnika. token bucket (etonski lijevak). Metod etonskog lijevka nije tako strog prema izlaznom saobraaju, omoguavajui izlaznim paketima da naputaju lijevak brzinom kojom pristiu ali samo u sluaju da etoni nisu potroeni. etoni se generiu fiksnom brzinom i pohranjuju u etonski lijevak dok se ovaj ne napuni. Kako se paketi proputaju kroz lijevak, etoni se troe. Tako se i burstovi mogu proputati, ali u tom sluaju se troi vie etona. Ovaj metod, za razliku od LB metoda, nema strategiju odbacivanja paketa, ve ostavlja baferu da odlui kako da odbacuje pakete ukoliko se etoni potroe. Dva parametra koja karakteriu TB su takoer konfigurabilna: veliina etonskog lijevka i brzina generisanja etona. LB i TB mogu se koristiti skupa. Recimo, saobraaj se prvo moe oblikovati TB metodom, a poslije LB metodom eliminirati neeljene burstove. Takoer, mogue su izvedbe i sa tandemom dva etonska lijevka

4. Implementacija mehanizama za osiguranje QoS-aOsiguranje QoS-a predstavlja proces koji razvija i implementira QoS u mreu i terminale. Ovaj proces prevodi rezultate planiranja u mehanizme i parametre koji su razumljivi mrenim elementima i terminalima, te ih dalje podeava na opremi ili ureajima. Odluka o prolasku paketa kroz mreu donosi se u usmjeriteljima koji usmjerava paket na sljedei usmjeritelj ili odredite na osnovu zapisa u tablici usmjeravanja. Algoritam usmjeravanja se stalno osvjeava i nadograuje tablicu usmjeravanja. Korisnik ne moe rezervirati potrebnu irinu pojasa za svoje podatke tako da u razumnom vremenu prenese odreenu koliinu podataka. Odreeni mehanizmi omoguuju detekciju zaguenja u mrei tako da se smanji brzina slanja, a samim time i zaguenje. IETF je radio na definisanju internet QoS modela mnogo godina. Zadatak nije bio lak, jer se moralo prei preko mnogo mrea i provajdera, i ne samo da su se svi morali sloiti kako e se QoS-om upravljati nego i kako e se plaati za isti. Primarne QoS tehnike razvijene od strane IETF-a su: Int-serv (Integrated Services), Diff-serv (Differentiated Services) i MPLS (Multiprotocol Label Switching). U radu su objanjeni navedeni mehanizmi koji predstavljaju implementaciju razliitih mehanizama za osiguranje QoS-a u razliitim tehnologijama

4.1 Integrated Services (Int-Serv)

Integrated Services (Int-Serv) je model za pruanje QoS na Internetu i intranetu. Namjera Int-Serv dizajnerima je bila da izdvoje neki dio propusnosti mree u prometu, kao to su real-time glasa i videa, koja je zahtjevala malo kanjenje, malo podrhtavanje (varijabla kanjenja), i garantovan protok. Filozofija pristupa je sljedea: pretpostavi li se da se svakom toku podataka rezervira opseg neto vei od zahtijevanog, stei e se uslovi da se daju pouzdane garancije za parametre kvaliteta usluge kao to su kanjenje ili jitter. Dakle, kod ovog pristupa, aplikacija, prije nego doe do slanja podataka, prvo signalizira mrei kakve parametre kvaliteta usluge oekuje i kakav karakter saobraaja e biti prenoen. Mrea potom odluuje postoje li resursi koji zadovoljavaju korisnike zahtjeve. Prenos podataka moe poeti samo kada se odobre resursi. Dok aplikacija potuje opisane karakteristike svog saobraajnog toka, mrea e obezbjeivati dogovoren nivo kvaliteta usluge, koritenjem naprednih disciplina posluivanja redova ekanja kao to je WFQ. Blokovi IntServ aritekture omoguavaju mehanizme kao to su: kontrola pristupa, discipline posluivanja, rezervacija resursa, klasifikacija saobraaja i pravila saobraaja. IETF (International Engineer Task Force) je krovna standardizacijska organizacija za Internet koja je uloila velike napore u istraivanjima o tome na koji nain uiniti Internet spojno orjentisanom mreom koja bi mogla osigurati kvalitet prijenosa paketa za real-time aplikacije. Postoje razliiti pristupi uvoenja QoS od kojih se istie ve navedeni IntServ i DiffServ modeli.

Slika 5. Hronologija uvoenja QoS-a u mreuKod ovog modela aplikacija unapred zahtjeva specifinu vrstu servisa od mree prije slanja podataka. Zahtjev se ostvaruje odgovarajuom eksplicitnom signalizacijom. Aplikacija obavjetava mreu o svom profilu saobraaja i zahtjeva posebnu vrstu servisa koja obuhvata zahtjeve u pogledu propusnosti i kanjenja. Oekuje se da aplikacija alje podatke tek poto dobije potvrdu od mree. Takoe se oekuje da se alju podaci koji ulaze u okvire opisane u profilu saobraaja. Mrea obavlja kontrolu pristupa, baziranu na informacijama iz aplikacije i raspoloivim mrenim resursima. Takoe se posveuje ispunjenju QoS zahtJeva aplikacije, sve dok se potuje specifikacija profila saobraaja. Mrea ispunjava obaveze odravanjem stanja po tokovima (per-flow) i sprovoenjem klasifikacije paketa, politike i inteligentnog upravljanja redovima, na osnovu tog stanja. IntServ model doputa aplikacijama da koriste IETF Resource Reservation Protocol (RSVP), koji se moe koristiti od strane aplikacija da ruterima signaliziraju svoje zahtjeve za QoS. Int-Serv Radne grupe razvile su RSVP (protokol za rezervaciju resursa), signalni mehanizam za odreivanje QoS zahtjeva preko mree. Int-Serv ima problem skalabilnosti i bilo bi previe teko da se inplementira na internetu. Meutim, RSVP se koristi u poslovnim mreama, a kontrolni mehanizam za postavljanje propusnosti preko mree se koristi na nov nain sa MPLS (Multiprotocol Label Switching). RSVP je dizajniran kao dinamiki mehanizam za rezervaciju resursa u IntServ arhitekturi (IntServ moe koristiti i druge mehanizme). Aplikacija mora specificirati svoje zahtjeve za QoS parametrima koje provjerava RSVP protokol uz provjeru raspoloivosti resursa i prava pristupa. Pri tome se koristi mehanizam za rasporeivanje paketa. IntServ zahtjeva protokol koji e prvo provjeriti raspoloivost resursa (eng. admission control) to zahtjeva utvrivanje dvije vrste zahtjeva: zahtjevi kod kojih korisnici alju zahtjev za rezervaciju resursa i zahtjevi paketa koji koriste rezervisane resurse. RSVP nije transportni, nego mreni kontrolni protokol i kao takav, on ne odreuje nain prenosa podatka, ali radi paralelno sa TCP i UDP protokolom. RSVP ne zna ta se prenosi u datom toku, a omoguava prijemnoj strani da zatrai odreeni kvalitet usluge s kraja na kraj. RSVP razlikuje poiljatelja i primatelja. Iako u mnogim sluajevima jedan raunar moe biti i primatelj i poiljatelj, jedna RSVP rezervacija rezervira resurse za tok podataka u samo jednom smjeru. Vano pitanje se postavlja kod odreivanja da li e poiljalac ili primalac zahtjevati rezervaciju resursa. Dok poiljalac poznaje parametre saobraaja koje moe da poalje, primalac poznaje one parametre koje moe primiti. RSVP ima podrku za pojedinani (eng. unicast) i vieodredini (eng. multicast) nain rada i prilagoava se promjeni korisnika i ruta. RSVP je prilagoen primatelju, obrauje heterogene primatelje i kompatibilan je sa drugim protokolima (Ipv4 i IPv6). Meutim, IntServ implementacija sa RSVP-om je zahtjevala konstantno utvrivanje stanja i signalizaciju na svakom voru to je dovelo do uslonjavanja mrenih operacija, i generalno gledano, smatrano je neskalabilnim. Sa dananje perspektive IntServ model je implementiran u malom broju mrea, te je IETF razvio DiffServ model, kao alternativu pristupa QoS-u sa minimalnom kompleksnou.

4.2 DiffServ (Differentiated Services)Diferencirani servisi ili DiffServ arhitektura je noviji standard koji je proizaao iz IETF (Internet Engineering taskforce). Obrnuta logika od IntServ arhitekture: svaki ruter nezavisno sprovodi DiffServ servise na bazi pojedinanih IP paketa. Za razliku od IntServ modela, DiffServ ne zahtjeva da mrene aplikacije budu svjesne QoS, osim polazne klasifikacije. Provajder usluge zasniva sa svakim korisnikom SLA ili neku specifikaciju nivoa usluge koja odreuje izmeu ostalog i koliko saobraaja korisnik moe genrisati u mreu unutar odreene klase kvaliteta usluge. Ulazni saobraaj se klasificira (na nivou paketa) u mali broj klasa na ulazu u mreu. Kada saobraaj ue u mreu, ruteri e ove klase tretirati na razliite naine. Za razliku od IntServ pristupa, tretman nije zasnovan na toku paketa, nego na indiciranoj klasi na paketu. Diferencirane usluge klasifikuje i oznaava pakete, tako da oni primaju odreene per-hop (preporuene vrijednosti DSCP polja za razliite namjene, koje definiu nivo QoS servisa u DiffServ modelu koji se dodeljuje svakom ruteru) i prosljeduju mrenim ureajima du rute.Vano je da Diff-Serv obavlja posao na rubu mree tako da mreni ureaj treba da se ukljui u proces ekanja u redu i proslijedi dodijeljen paket. Diff-Serv je moda najbolji izbor za signalizaciju QoS nivoa dostupan danas.

Slika 7. Arhitektura DiffServ modela prema IETF-u[footnoteRef:6] [6: Cisco IOS MPLS Quality of Service , White paper, 2001, p. 2]

Zbog velikih zahtjeva korisnika za mutimedijskim uslugama, neophodno je osigurati odreene mehanizme koji bi mogli garantovati zadovoljavajui stepen QoS-a. Best effort je takav model da ne garantuje nikome QoS, ve svima prua najbolju uslugu to je u datom trenutku mogue u skladu sa raspoloivim resursima. Diferenciranjem saobraaja na odreene klase pojedine vrste saobraaja imaju prioritet u odnosu na ostali saobraaj. Ulazni saobraaj se klasificira (na nivou paketa) u klase na ulazu u mreu. Kada saobraaj ue u mreu, ruteri e ove klase tretirati na razliite naine. Za razliku od IntServ pristupa tretman nije zasnovan na toku paketa nego na indiciranoj klasi na paketu. Cijela mrea je projektovana tako da je u stanju ispotovati sve klase kvaliteta. Za bolje razumijevanje Diffserv modela korisna je usporedba sa IntServ modelom. Arhitektura diferenciranih usluga se pojavljuje kao skalabilno rjeenje koje osigurava viestruke klase usluga unutar mree tako da se razliitim aplikacijama dodijeli odgovarajua razina usluge uz zadravanje visokog stepena skalabilnosti. Osnovna pretpostavka DiffServ mree je da usmjeritelji unutar jezgra mree upravljaju paketima razliitih saobraajnih tokova vrei njihovo prosljeivanje upotrebom razliitih PHB. PHB jeste pravilo po kojem se paket odreene klase tretira na odreenom usmjeritelju, odnosno PHB predstavlja opis ponaanja prosljeivanja paketa. Ponaanja prosljeivanja (eng. forwarding behavior) mogu biti odreena na osnovu kanjenja, gubitka paketa, jitter-a itd. Za razliku od DiffServ modela, kod implementacije RSVP protokola u IntServ modelu usmjerivai moraju voditi rauna o pojedinanim tokovima (komunikacijama). Kod DifServ modela je dovoljno da usmjeriva proita u zaglavlju IP paketa (polje "TOS") "klasu" (prioritet) kojoj posmatrani paket spada, pa da na temelju toga zna koliko resursa bi trebalo dodijeliti tom paketu. Opisani DiffServ model rada uveliko podrava temeljna naela rada Interneta (tj. TCP/IP protokola). Meutim, DiffServ pristup ne moe pouzdano garantovati rezervisanje resursa (odnosno, propusnost) za bilo koju klasu paketa. To znai da ne moe garantovati propusnost (performanse) ni aplikaciji u realnom vremenu za ije potrebe se neki paketi prenose. Podjela saobraaja u klase samo poveava izglede (matematiko oekivanje) da e paketi veeg prioriteta biti preneseni veom brzinom, i to zato to usmjerivai nastoje takvim paketima dodijeliti vie resursa (ali u granicama trenutno raspoloivih mogunosti), i time za takve pakete osigurati "put/vezu" vee propusnosti. Za diferencirane servise definisana su tri glavna ponaanja u DiffServ radnoj grupi RFC4594: DF (Default Forwarding), EF (ExpeditedForwarding) za real-time saobraaj i AF (Assured Forwarding). Osnovni (eng. default) PHB odgovara uobiajenom best effort nainu prosljeivanja paketa koji je dostupan u svim usmjeriteljima za standardnu vrstu saobraaja ija je odgovornost jednostavno prosljeivanje to je mogue vie paketa. Kod best-effort saobraaja paketi u prenosu mogu biti izgubljeni, moe doi do njihovog dupliciranja, reorganizacije ili kanjenja.Za bolje razumijevanje Diffserv modela korisna je usporedba sa IntServ modelom.

KarakteristikeIntServDiffServ

Osiguranje QoS-aPo toku (per flow)Po agregatima

Domet osiguranja QoS-aE2E(aplikacija prema aplikaciji)DiffServ domena (s kraja na kraj)

Rezervacija resursaKontrola od strane aplikacijePodeena na krajnjim takama (eng. node) baziranim na SLA

Upravljanje resursimaDistribuiranoCentralizirano unutar DiffServ domene

SignalizacijaDodijeljeni protokol (RSVP) Potrebno osvjeavanjeBazran na DiffServ kodnoj taki (DSCP) koja je noena u IP zaglavlju

SklalabilnostOgraniena brojem tokovaOgraniena brojem klasa

QoS uslugeGS, CLS, best effortEF, AF, best effort

KompleksnostVisokaMala

DostupnostDaDa

Tabela 1. Razlike Intserv I Diffserv modela

4.3 MPLS (Multiprotocol Label Switching)MPLS (Multiprotocol Label Switching) ili vieprotokolarno komutiranje labela je tehnika komutacije paketa koja se koristi u jezgru mree, a podrka za QoS treba da bude zasnovana na agregatnom pristupu po klasi. MPLS predstavlja novu generaciju backbone tehnologija za primjenu u mreama servis provajdera. MPLS je kljuna tehnologija koja otvara vrata za primjenu virtuelnih privatnih mrea (VPN) nove generacije koja obezbjeuje istu privatnost kao kod primjene Frame Relay ili ATM virtuelnih kola (VC).

MPLS nije arhitektura usluga kao IntServ ili DiffServ, ve je to tehnika komutacije u paketskoj mrei koja ne pripada ni mrenom, a ni sloju podatkovne veze (DLL) OSI modela, ve je po funkcionalnosti izmeu ta dva sloja. Rije multiprotocol dolazi od mogunosti MPLS-a da radi s drugim protokolima mrenog sloja, pa se tako Internet, ATM, pa ak i Frame Relay mogu uklopiti u koncept MPLS-a. MPLS omoguava servis provajderima implementaciju saobraajnog ininjeringa u vlastitim mreama kao i postizanje raznih ciljeva koji vode do osiguranja mrenih QoS parametara. Aplikacije (npr. govor, video, multimedia) pred QoS se postavljaju dva kljuna zahtjeva uslova:1. Propusni opseg mora biti zagarantovan za aplikacije u raznim uslovima, ukljuujui prevazilaenje problema uskih grla i ispada;2. Tretman baziran na klasama koji ukljuuje rasporeivanje i odbacivanje paketa.

MPLS je termin koji se obino vezuje za QoS u paketskim mreama. To je inovativan pristup koji koristi paradigmu otpremanja zasnovanu na labeli. Razvojem kratkih labela postie se znaajno poveanje u brzini prenosa podataka. Labele indiciraju atribute puteva (ruta) i servisa. Da bi se osigurala najpovoljnija putanja u datom trenutku (manja kanjenja, manji jitter, maksimalni dostupni bendvit,...) kreiraju se tabele instrukcija u ruteru. Prvobitno razvijen za prevazilaenje razlika IP i ATM (ili Frame Relay) mrea, MPLS razvojem kratkih labela postie znaajno poveanje u brzini prenosa podataka. Poslije ulaska u MPLS mreu, paketu se dodjeljuje jednom za stalno FEC (Forward Equivalent Class) labela, koja je u osnovi string fiksne veliine. Kada se paket prenosi s rutera na ruter, i prenosi se i labela. Na sljedeem hopu, labela se koristi za kao indeks u posebnoj tabeli za identifikaciju sljedeeg hopa i sljedee labele. Stara labela se zamjenjuje novom labelom, i paket se prosljeuje dalje, na sljedei hop. Proces se nastavlja, dok paket ne stigne do odredita. Drugim rijeima, paketsko rutiranje u MPLS mreama je u potpunosti odreeno labelama, a paketi kojima je dodijeljen isti FEC prosljeuju se na isti nain. Sa ovim instrukcijama se odreuje i put izmeu krajnjih hostova. Ovaj put nazivamo LSP (Label Switched Path) to je predstavljeno strelicama na slici ispod. Putevi su odreeni u skladu sa njihovim saobraajnim karateristikama (npr. put sa najveim kanjenjem, dogovoreni ili maksimalni tok i sl.).Slika 8. MPLS koncept radaMPLS prometno inenjerstvoMPLS TE (MPLS Traffic Engineering) [18] tehnologija igra veoma bitnu ulogu u implementaciji mrenih servisa koji zahtijevaju odreene garancije za kvalitet usluge (QoS). Mree bazirane na MPLS tehnologiji koriste prirodne TE mehanizme da bi minimizirali zaguenja u mrei i na taj nain poboljali mreene performanse. TE je u stanju da izmijeni postojee usmjeriteljske sheme u cilju efikasnijeg rasporeivanja prometnih tokova prema raspoloivim mrenim resursima. Efikasnije eme za rasporeivanje mogu u mnogome reducirati pojavu zaguenja na mrei te poboljati kvalitet usluge u vidu smanjenja kanjenja prilikom pristizanja paketa na odredite, reduciranja broja pogreno poslatih i izgubljenih paketa.MPLS tehnologija koristi postojeu infrastrukturu IP mrenih protokola te koristi ugraene sposobnosti prosljeivanja da bi obezbijedila naizgled prirodan TE mehanizam. Osnovna ideja prometnog inenjerstva uzima u obzir nain usmjeravanja mrenog prometa tako da se pokuaju izbjei sva mogua zaguenja unutar mree te se povea cjelokupna propusnost. Da bi se ispunio pomenuti cilj mogue je korisiti nekoliko tehnika prometnog inenjerstva, a jedna od njih svakako je i tehnika bazirana na MPLS tehnologiji.Uvoenjem MPLS TE-a namee se niz razliith mogunosti sa visokim stepenom granularnosti u cilju postizanja efikasnog prometnog inenjerstva u sklopu IP/MPLS mrea.Za razliku od IP koji koristi metodu usmjeravanja sa zadanom destinacijskom IP adresom, MPLS tehnologija podrava simultano koritenje usmjeravanja baziranog na destinacijskog adresi i eksplicitnog usmjeravanja koje je mogue koristiti zahvaljujui RSVP odnosno LDP protokolu. Naime, prije nego to se izvri mapiranje paketa na LSP, vri se kompletno uspostavljanje i signaliziranje LSP od ingress do egress vora tako da se tano odrede intermedijarni vorovi te izvri alokacija resursa na njima pomou nekog od signalizacijskih protokola. Svaki zahtjev za uspostvljanjem LSP-a stie do usmjeriteljskog posuitelja koji odreuje eksplicitnu rutu za LSP. Zahtjev prema posluitelju stie direktno ili preko ingress usmjeritelja koji prvi zaprima ovaj zahtjev. Nakon toga se vri propagiranje informacija o eksplicitnoj ruti preko svih vorova koji se nalaze du predviene putanje, te se uz pomo signalizacijsih mehanizama vri rezervacija bandwitha (eng. bandwith, propusni opseg) na svakom od linkova. Za proraun eksplicitnih ruta uzima se pretpostavka da usmjeriteljski posluitelji posjeduju znanje o trenutnoj topologiji mree i dostupnim kapacitetima. MPLS takoer podrava i usmjeravanje uz postojea ogranienja (constraint-based routing). Osnovna ideja MPLS TE-a je da iskoristi postojee TE LSP puteve ili tunele za prosljeivanje mrenog prometa i da se pri tome uzmu u obzir nametnuta ogranienja vezana za mernu topologiju i dostupnost mrenih resursa, a sve u cilju maksimalnog iskoritavanja mrenih kapaciteta. Neke od osnovnih funkcionalnosti MPLS TE-a su: Distribucija informacija o linkovima Izraunavanje puta Optimizacija resursa TE LSP signalizacija, MPLS prometno inenjersto sa proirenjima za DiffServ arhitekturu Protekcijska shema (Network Recovery) u sluaju ispada nekog od linkova Tuneliranje i stavljanje labela na stog(MPLS VPN-ovi)

Kombinacija MPLS i DiffServDifferentiated Service (DiffServ) arhitektura predstavlja efikasno i skalabilno rjeenje koje osigurava QoS u Internet Protocol (IP) mreama, a osnovni cilj mu je diferenciranje servisa na nivou mree, tako da razliite aplikacije ukljuujui i realtime promet dobiju garanciju o kvaliteti usluge. U cilju optimiziranja prijenosnih resursa, ovoj arhitekturi se moraju dodati efikasni TE mehanizmi.MPLS tehnologija predstavlja prikladnu metodu za osiguranje TE funkcionalnosti kao to su rezervacija resursa, tolerancija na pogreke i optimizacija iskoritenosti resursa. Kombinirana upotreba DiffServ i MPLS arhitekture predstavlja atraktivno rjeenje problema osiguranja QoS za multimedijski promet uz efikasno iskoritenje mrenih resursa. Rezultat ove integracije je DiffServ-aware Traffic Engineering (DS-TE). U cilju omoguavanja DS-TE funkcionalnosti, potrebna je razmjena DiffServ, MPLS i TE informacija izmeu usmjeritelja u kontrolnoj ravni posredstvom dinamikog signalizacijskog protokola. Jedan od najveih izazova ove arhitekture je odabir signalizacijskog protokola, s obzirom da ne postoji generiki signalizacijski protokol. Standardizirana su tri signalizacijska protokola koja se mogu koristiti u MPLS mreama: Label Distribution Protocol (LDP), CRLDP i RSVP-TE. Kako LDP prua jedino osnovne funkcionalnosti i ne podrava TE mehanizme, ne moe se koristiti u DS-TE mreama. Preostala dva rjeenja omoguavaju TE funkcionalnosti kao to su uspostava Label Switched Path (LSP), rezervacija propusnog opsega za LSP, te Fast Rerouting (FRR) mehanizmi, to predstavlja klju za ispunjavanje QoS zahtjeva. Za razliku od CR-LDP, RSVP-TE je najee koriteni signalizacijski protokol. U praksi se preferira proirivanje postojeih protokola kada god je to mogue, prvenstveno zbog napora koji je potrebno uloiti u dizajn, standardizaciju, razvoj i otklanjanje pogreki novih protokola. Iz tog razloga je RSVP-TE odabran kao MPLS signalizacijski protokol, dok se odustalo od daljnjeg razvoja CR-LDP protokola. IETF je u okviru radnih grupa pokrenuo istraivake aktivnosti u svrhu razvoja proirenja RSVP protokola kako bi podrao funkcionalnosti DiffServ-aware MPLS mrea.Resource Reservation Protocol - Traffic Engineering (RSVP-TE) je odabran kao MPLS signalizacijski protokol, dok je obustavljen rad na daljnjem razvoju Constraint based Routing Label Distribution Protocol (CR-LDP). RSVP-TE predstavlja proirenje RSVP protokola koji je razvijen u okviru Integrated Services (IntServ) arhitekture. S obzirom na nedostatke temeljnog RSVP protokola kao QoS signalizacijskog protokola, potrebno je izvriti njegovu optimizaciju. RSVP-TE je signalizacijski protokol za MPLS TE, koji poiva na RSVP protokolu uz dodatak proirenja za MPLS TE i MPSL DiffServ. RSVP-TE koristi RSVP poruke za uspostavu, odravanje (osvjeavanje) i prekid TE LSP-a, te signalizaciju pogreaka. RSVP-TE se koristi u MPLS okruenju koje se razlikuje u odnosu na okruenje za koje je dizajniran originalni RSVP. U MPLS mreama ne dolazi do este i brze promjene LSP-a. Kao rezultat, RSVP-TE ne mora manipulirati velikim brojem novih ili modificiranih poruka. Veina razmjenjivanih poruka predstavljaju poruke osvjeavanja koje se upravljaju mehanizmima definiranim u RFC 2961. Definiranje ovog dodatka ini RSVP-TE idealnim za TE LSP unutar MPLS mree. Iako se uz TE dodatak moe razmatrati izvan QoS konteksta, RSVP protokol predstavlja primarni QoS signalizacijski protokol u IP mreama.DiffServ model omoguava diferenciranje usluga u mrei tako da se razliitim aplikacijama dodijeli odgovarajua razina usluge uz zadravanje visokog stupnja skalabilnosti. [footnoteRef:7] [7: QoS Support in MPLS Networks, MPLS/Frame Relay Alliance White Paper, May 2003, p.14.]

5. Primjer: Primjena DiffServ QoS mehanizma na VoIPIako obezbjeenje QoS u savremenim tehnologijama podrazumijeva uvijek samo jedan cilj: omoguiti svakoj usluzi dovoljno resursa za prenos infromacije bez gubitaka i sa kanjenjem primjerenim prirodi usluge, razliite tehnologije zahtjevaju razliite mehanizme za realizaciju QoS-a. U nastavku rada, dali smo konkretan primjer primjene DiffServ QoS mehanizma na VoIP.VoIP (Voice over IP) predstavlja integraciju konvencionalnih telefonskih servisa sa brojnim IP-baziranim aplikacijama. Prenos govora u IP mreama vien je od strane telekom operatera kao jedna od najvanijih tehnologija, jer se na ovaj nain mogu znaajno smanjiti trokovi komunikacije. Uvoenje VoIP-a doprinosi i jednostavnosti mree, jer se time razvija integralna mrea koja e podrati sve oblike komunikacija. Brojne prednosti ove tehnologije e tek doi do izraaja u budunosti jer VoIP omoguava razvoj novih aplikacija, pri emu se teite svakako stavlja na multimediju. Da bi VoIP bio implementiran na globalnom nivou potrebno je obezbijediti mehanizme koji e pruiti isti kvalitet prenosa govora kao u klasinim telefonskim mreama. Diferencirani servisi (Diffserv) su se, prije svega svojom skalabilnou, izdvojili od ostalih mehanizama pruanja kvaliteta servisa i predstavljaju mehanizam koji je najblii masovnoj implementaciji u IP mreama. Upravo iz gore navedenih razloga u ovome radu je simuliran uticaj mehanizma diferenciranih servisa na kvalitet prenosa govora.

VoIP i parametri kvaliteta uslugeDa bi VoIP bio realna zamjena za klasinu PSTN telefoniju, korisnici moraju da dobiju isti kvalitet prenosa govora i iste servise koje prua klasina telefonija. Kao i druge aplikacije koje rade u realnom vremenu, VoIP je najvie osjetljiv na kanjenje, a da bi prenos govora putem VoIP-a bio razumljiv i jasan, VoIP paketi se ne bi smjeli odbacivati niti trpjeti veu varijaciju kanjenja.Da bi se izbegle primijetne greke, osnovni G.729 kodek zahtijeva vjerovatnou odbacivanja paketa manju od jednog procenta. U idealnom sluaju ne bi trebalo da bude gubitka paketa. ITU G.114 specifikacija preporuuje manje od 150ms kanjenja u jednom smjeru s kraja na kraj mree. Da bi VoIP bio implementiran tako da korisnici dobiju zadovoljavajui nivo kvaliteta moraju se obezbijediti odreeni propusni opseg i garancije u pogledu kanjenja i varijacije kanjenja, a ovo se moe ostvariti samo ako VoIP paketi imaju prioritet u odnosu na ostali saobraaj u mrei. Postoji vie izvora kanjenja koji utiu na ukupno kanjenje. To su: algoritamsko kanjenje, kanjenje paketizacije, kanjenje zbog ubacivanja u mreu, propagacijsko kanjenje i kanjenje u mrenim ureajima. Kanjenje pojedinanih paketa koji se prenose IP mreom je promjenljivo. Razlog za ovo je promjenljivo kanjenje baferisanja i obrade paketa u vorovima mree koje zavisi od trenutnog optereenja mree. Prije primjene bilo kog mehanizma za kontrolu kvaliteta servisa mora se obezbijediti i dovoljan propusni opseg i za VoIP aplikaciju. Kontrola kanjenja, varijacije kanjenja i broja izgubljenih paketa nema smisla ako nema dovoljno propusnog opsega za prenos paketa govora.

Mehanizam diferenciranih servisaMehanizam diferenciranih servisa zasniva se na prioritetizaciji paketa i pruanju kvaliteta servisa za agregacije tokova. Ovim je obezbijeena jednostavnost i skalabilnost, to je izdvojilo diferencirane servise u odnosu na druge mehanizme kvaliteta servisa.Diferencirani servisi klasifikuju pakete na osnovu polja diferenciranih servisa (DS polja) u IP zaglavlju. Klasifikacija, oznaavanje i prosljeivanje paketa vri se na osnovu pravila odreenih ugovorom o nivou servisa (Service Level Agreement, SLA) izmeu korisnika i telekom operatora. Diferencirani servisi su zasnovani na sljedeim principima: IP zaglavlje sadri DS polje sa kodnim poljem diferenciranih servisa (Differentiated Services Code Point, DSCP) koje oznaava odreenu klasu servisa. DSCP odreuje nain prosljeivanja paketa, Per hop behavior (PHB), u mrenom ureaju koji podrava diferencirane servise. PHB obezbjeuje odgovarajui nivo kvaliteta servisa odreen ugovorom izmeu korisnika i telekom operatera.

PHB se odnosi na rasporeivanje, baferisanje i primjenu odreenih pravila na pakete, na nain specificiran ugovorom o nivou servisa. Definisano je vie razliitih PHB-ova. Osnovni PHB podrazumeva prosljeivanje po principu najboljeg pokuaja (Best Effort). Od svih definisanih PHB-ova, a najee se koriste ubrzano prosljeivanje i osigurano prosleivanje. Mehanizam diferenciranih servisa se moe opisati na sljedei nain. Saobraaj ulazi u mreu preko ulaznog graninog rutera koji ga kontrolie i prosljeuje na osnovu odgovarajueg PHB. PHB se primjenjuje i u svakom sljedeem ruteru na putanji, sve dok saobraaj ne doe do izlaznog graninog rutera. U izlaznom graninom ruteru saobraaj se moe uobliiti prije slanja ka narednom domenu ili krajnjem korisniku. Arhitektura vora mree koji podrava diferencirane servise e se razlikovati u zavisnosti od poloaja vora u mrei. Granini vor obavlja vie funkcija od vora koji se nalazi u unutranjosti mree, jer mora da izvri oznaavanje i uobliavanje saobraaja koji dolazi sa raunara ili iz domena koji te funkcije ne mogu da izvre. vor koji se nalazi u unutranjosti mree moe da pretpostavi da je saobraaj ve proao kroz granini vor, te da je ve oznaen i obiljeen. Zbog ovoga funkcije oznaavanja i uobliavanja saobraaja mogu da se izostave iz vora u unutranjosti mree.IP telefonija se i poslije nekoliko godina istraivanja i testiranja, i dalje nalazi pred ozbiljnim problemima ijim e rjeavanjem ui u iroku primjenu i izai iz lokalnih okvira. Kvalitet prenosa govora ne moe se dovesti na prihvatljiv nivo samo poveavanjem propusnog opsega. Poveanjem propusnog opsega samo se smanjilo kanjenje s kraj na kraj mree, ali nije bilo uticaja na varijaciju kanjenja i broj odbaenih paketa.

2

6. Zakljuak:Operatori, korisnici i drugi uesnici na telekomunikacijskom tritu nerijetko imajurazlicita shvaanja kada je u pitanju kvalitet usluga. Da bi se osiguralo zadovoljstvo korisnika neophodno je osigurati efikasne poslovne procese ali i zadovoljavajui stepen usluge sa tehnikog aspekta. Iz tog razloga su definisani parametri koje je neophodno osigurati da bi sezadovoljili zahtjevi korisnika. Performanse sistema treba da omogue ispunjenje postavljenih ciljeva u pogledu odreenih karakteristika saobraaja, pa su definisani parametri QoS-a. Oviparametri predstavljaju mjerljive velicine koje je potrebno kontinuirano mjeriti da bi se pratilo ispunjenje odreenih vrijednosti parametara koje su definisane preporukama. U posljednjih nekoliko godina dolo je do razvoja velikog broja razlicitih usluga koje postavljaju razliite zahtjeve prema mrei u pogledu propusnog opsega kanala,odnosno brzine prijenosa i drugih QoS parametara. Cilj rada je upravo da objasni razvijene mehanizme za osiguranje mrenih QoS parametara i da prikae njihove prednosti i nedostatke. Procesi u telekomunikacijskim mreama su sve sloeniji i mree se svakodnevno susreu sa sve veim saobraajnim optereenjem. Usmjeritelji temeljne mree primaju daleko vei broj zahtjeva i saobraaja od rubnih usmjerivaa jer temeljna mrea povezuje rubne dijelove mree,pa zbog toga ima daleko vee zahtjeve za prijenosnim kapacitetom. Zbog velike kolicine ovih zahtjeva procesori usmjeritelja temeljne mree su znatno optereeni i zato IntServ arhitektura moe dovesti do problema da usmjeritelji rade na granici procesorskih mogunosti to zahtjeva izgradnju procesorski jacih usmjeritelja. Kako bi se izbjegli ti problemi potrebna je kontrola zaguenja u mrei. Zbog toga, procese na usmjerivaima "unutar mree" treba to vie uciniti jednostavnijim, a zahtjevnije procese prebaciti na domaine/hostove. Koristei ovu injenicu razvijeni su mehanizmi za osiguranje mrenih QoS parametara u IP mreama. DiffServ sa implementiranim mehanizmima za osiguranje QoS parametara potuje navedeno naelo u znatno veoj mjeri nego IntServ. Kroz rad je prikazana snaga DiffServa,a naroit naglasak je na njegovoj skalabilnosti, pa tako ovaj model prua mogunost koritenja zajedno sa IntServ-om. Njegova velika prednost je i u mogunosti primjene zajedo sa MPLS tehnologijom. Osiguranje mrenih QoS parametara u IP mrei je neophodan preduslov kako bi se ostvarilipostavljeni ciljevi,a to su:zadovoljstvo korisnika i uspjeh na tritu. Kljuc za uspijeh na telekomunikacijskom tritu je upravo zadovoljstvo korisnika.

7. Popis skraenica:ATM (Asynchronous Transfer Mode) QoE (Quality of Experience)BER (Bit Error Rate) QoS (Quality of Service)CBQ (Class Based Queuing) RSVP (Resource ReSerVation Protocol)CER (Cell Error Ratio). RTCP (Real-Time Control Protocol)CLR (CellLoss Ratio) SLA (Service Level Agreement)CR ( Constraint Routing) SLS (Service Level Specification)DF (Default Forwarding) SONET (Synchronous Optical NETwork)DiffServ (Differentiated Services) TB (Token bucket)DSCP (Differenciated Services Code Point) TCP (Transmission Control Protocol)EF (ExpeditedForwarding) TE (Traffic Engineering)FEC (Forward Equivalent Class) UDP( User Datagram Protocol)FIFO (First In First Out queuing) VoIP (Voice over IP)FQ (Fair Queuing) WFQ (Weighted Fair Queuing)FRR (Fast Rerouting)IETF (International Engineer Task Force)IntServ (Integrated Services)ISO (International Standardization Organization)IP (Internet Protocol)ITU (International Telecommunication Union)KPI (Key Performance Indicators)LDP (Label Distribution Protocol)LP (Leaky bucket)LSP (Label Switched Path)MP (Meausurement Point)MPLS (Multiprotocol Label Switching)MPLS TE (MPLS Traffic Engineering)PHB (Per Hop Behavior)8. Popis koritene literature:

1. arsimamovi, T., Skripta predavanja iz predmeta Tehnologija komunikacija, Fakultet za saobraaj i komunikacije, Sarajevo 20122. Bajri, H., Skripta predavanja iz predmeta Upravljanje kvalitetom komunikacijskih usluga, Sarajevo 20123. ITU-T Recommendation G.1000: Communications Quality of Service: A Framework and Definitios ITU -T 11/2001.4. Milan Bjelica,Zoran Petrovi: Nova shvatanja kvaliteta servisa u telekomunikacionim mreama,Telekomunikacije,Januar -Juni, 2005.5. Hui-Lan Lu and Igor Faynberg, An Architectural Framework for S upport of Quality of Service in PacketNetworks ,IEEE Communications Magazine , June 20036. Cisco IOS MPLS Quality of Service , White paper, 20017. QoS Support in MPLS Networks, MPLS/Frame Relay, Alliance White Paper, May 2003.Internet izvori:www.wikipedia.orgwww.script.comwww.bhtelecom.ba

34