On scalable network quality of service
Ferenc Fejes · Eötvös Loránd Tudományegyetem · 2024
Kivonat Az internet több évtizedes evolúció után mára felhasználók és eszközök milliárdjait kiszolgáló infrastruktúrává n®tte ki magát.A hálózattal szemben támasztott igények széles körének viszont nem egyszer ¶ megfelelni.Egyes alkalmazások rövid válaszid®t és alacsony késleltetést, mások nagy sebességet igényelnek és van, hogy ezeknek együtt kell teljesülniük.Szolgáltatásmin®ségnek (Quality of Service, QoS) nevezzük ezeknek az igényeknek való megfelelést kvantitatívan leíró karakterisztikákat.Az irodalom és az ipar is sok módszert dolgozott ki a QoS mérésére és érvényre juttatására a hálózatokon.Gyakorlatban ezeket csak kisebb méret ¶, egy adminisztratív tartományba tartozó hálózatokon használják.Globális, internet méret ¶ hálózaton egyezményes QoS érvényesítés sosem valósult meg.Ennek több oka is van, ezek nagy része inkább politikai, mint szakmai.Technikai oldalról nehezíti az internet szint ¶ QoS-t a konguráció komplexitása, hiszen a kommunikációs felek között a teljes hálózati útvonalon érvényesíteni kell az adott házirendet: bármelyik eszköz is alkalmaz hibás házirendet, a végpontok közti QoS elromlik.Továbbá nincs olyan módszer, ami alkalmas kell®en sok házirend kifejezésére ahhoz, hogy a gyakorlatban megjelen® felhasználói igényeket lefedje.A disszertációmban olyan hálózati forgalomkezelési módszereket ismertetek, melyek ezeket a problémákat veszik célba.A célom az volt, hogy az általam kidolgozott módszerek gyakorlatban alkalmazhatók legyenek.Ehhez szükséges, hogy széles legyen a módszereim által kifejezhet® házirendek köre és nagy méret ¶ hálózatokban is minimális kongurációs komplexitás mellett alkalmazhatóak legyenek.A munkám az állapot-nélküli maghálózat (core-stateless) koncepcióra épít, melyben a házirendek elosztottan kerülnek érvényesítésre, a hozzáférési és maghálózat együttm ¶ködésében.Ilyen állapot-nélküli maghálózat QoS megoldás a csomagonkénti szolgáltatói érték (Per-Packet Value, PPV) módszere, melyben a házirendek a feladónál, vagy ahhoz közel kerülnek eltárolásra a hálózati csomagokban és a maghálózatban lesznek érvényre juttatva.A PPV koncepció ereje, hogy a maghálózatban elegend® megoldani hogy adott id®egység alatt minél nagyobb összérték ¶ csomag kerüljön átvitelre nem szükséges tudni a házirendek részleteir®l.A munkám a hálózati er®források méltányos elosztására koncentrál.Megmutatom, hogy az internet heterogén hálózati környezetében ma használatos korszer ¶ torlódásszabályozó és aktív sorkezel® algoritmusok méltánytalan sávszélesség elosztást okozhatnak.Mérésekkel bizonyítom, az eredeti formájában javasolt PPV módszer is jelent®sen képes javítani a méltányos elosztást, hagyományos és skálázódó torlódásszabályozó algoritmust használó TCP forgalmak esetében is.Javasolok továbbá egy olyan PPV maghálózati csomagütemez®t, ami hagyományos és skálázódó típusú TCP forgalmak között képes ugyanazt a sz ¶k keresztmetszeti sávszélességet méltányosan elosztani.Ehhez virtuális sorokat is használ, melyekkel a skálázódó TCP-k jó m ¶ködéséhez szükséges alacsony sorbanállási késleltetés és torlódási visszajelzés is megvalósítható.A maghálózatban történik a házirend érvényesítése és azon kívül (például a hozzáférési hálózatban) a házirend szabályainak alkalmazása.Utóbbira koncentrál a disszertáció második fele.El®bb olyan PPV kiterjesztést javasolok, mellyel több id®skálára vonatkozó házirendeket képesek érvényre juttatni.A javasolt módszerrel egyszerre érvényesíthet® méltányos kiszolgálás olyan esetekben is, mikor rövid és hosszabb ideig tartó kapcsolatok egyszerre versengenek a sávszélességért.Végül kiterjesztem a PPV-t hierarchikus QoS támogatással (HQoS), melynek lényege, hogy a forgalmi aggregátumok egyes hierarchia szintjein (adatfolyamok, alkalmazások, felhasználók, háztartások, szolgáltatók, stb.) más-más házirend alkalmazható.Megmutatom, hogy ezzel a módszerrel kifejezhet® és érvényesíthet® a hierarchia legalsó szintjén lév® házirend mélyen a maghálózat belsejében is.