Jak sprawić, aby sieć telekomunikacyjna działała sprawnie?

Zakłócenia transmisji danych w sieciach telekomunikacyjnych niosą niepożądane skutki w pracy zależnych od nich aplikacji. Przedstawiamy problemy i zagrożenia oraz metody minimalizacji ich skutków.

Gdy myślimy o usługach sieci telekomunikacyjnych świadczonych dla aplikacji, zazwyczaj pojawia się termin jakości usług QoS (Quality of Service). Dla inżyniera pojęcie jakości usług obejmuje wprowadzenie priorytetów i gwarancji przesyłu ruchu. Związane są one z wymaganiami technicznymi jakie są niezbędne do stabilnej pracy konkretnych aplikacji.

Najczęściej występujące problemy z jakością transmisji danych

Do podstawowych problemów związanych z niedostateczną jakością usług aplikacji należą:

Zbyt mała chwilowa przepustowość – spowodowana jest różnym obciążeniem ruchem generowanym przez użytkowników. Powoduje to zakłócenia w pracy aplikacji szczególnie wrażliwych na ograniczenia pasma.

Błędy w transmisji – związane są z szumem lub innymi zakłóceniami. Występują zwłaszcza w przypadku łączy radiowych lub miedzianych zestawianych na długim odcinku.

Utrata pakietów – spowodowana jest opuszczeniem pakietów z uszkodzoną zawartością lub tych, które przybyły do routera przy całkiem wypełnionym buforze. W takim przypadku, zazwyczaj na odpowiedniej warstwie, wysyłane jest żądanie ponownego wysłania tej porcji informacji. Taki mechanizm, niewątpliwie potrzebny, wprowadza jednak do transmisji dodatkowe, niepożądane opóźnienie.

Opóźnienie – wywołane oczekiwaniem pakietów w kolejce lub przesłaniem ich dłuższą drogą. Opóźnienie może być zmienne w czasie, może rosnąć, nawet jeśli nie mamy do czynienia z nadzwyczaj dużym zajęciem pasma. W miarę wzrostu opóźnienia niektóre usługi – telefonia internetowa, wideokonferencje, określone gry online – mogą w ogóle przestać działać.

Dostarczanie pakietów w niewłaściwej kolejności – związane jest z różną trasą pakietów i różnym opóźnieniem. Do rozwiązania tego problemu stosuje się dodatkowe protokoły odpowiedzialne za ponowne zgrupowanie pakietów we właściwej kolejności i dostarczenie w określonym czasie.

Jitter – to dostarczanie pakietów z różnym opóźnieniem, spowodowanym np. przez różne wypełnienie kolejek na routerach.

Które usługi najbardziej ucierpią z powodu problemów z siecią?

Do usług, które są szczególnie wrażliwe na utratę pakietów, opóźnienia oraz Jitter – wymagają zatem specjalnego zarządzania ruchem – należą:

media strumieniowe – w tym: telefonia internetowa, telewizja IP, telekonferencje (szczególnie szerokopasmowe) i usługi telepresence,
transmisja pakietów w sieci SAN (Storage Area Network),
gry internetowe – zwłaszcza dynamiczne, obsługujące wielu użytkowników,
aplikacje krytyczne czasu rzeczywistego – spotykane np. w automatyce przemysłowej,
usługi terminalowe – czyli zdalny dostęp do aplikacji.

Jak zapewnić wysoką jakość transmisji danych?

Zapewnienie optymalnego użycia zasobów osiągnąć można przez priorytetyzację ruchu w sieciach telekomunikacyjnych. Inną drogą będzie wydzielenie ruchu wybranych aplikacji do osobnych podsieci, zaplanowanych z nadmiarem zasobów (overprovisioning). Precyzyjne zarządzanie ruchem umożliwia wprowadzenie priorytetów dla aplikacji, które są szczególnie wrażliwe na omawiane wyżej problemy. Dla takich aplikacji można zagwarantować określone parametry. Są to m.in.: gwarantowana przepustowość, maksymalne dopuszczalne opóźnienia i ich zmienność w czasie, a także maksymalna stopa błędów.

W ramach priorytetyzacji ruch dzieli się zazwyczaj na odpowiednie klasy, wydzielając aplikacje wrażliwe (usługi strumieniowe, terminalowe), przeciętnie wrażliwe (ogólne aplikacje biznesowe) oraz masowy transfer (pobieranie plików, przeglądanie stron www). Następnie każdej klasie zapewnia się niezbędne zasoby, aby ruch mniej istotnych aplikacji nie wpływał na te krytyczne.

Pamiętajmy!

Nie w każdej sieci można jednak w pełni wprowadzić jakość usług QoS. Dzieje się tak choćby ze względu na to, że obecnie większość ruchu jest szyfrowana. Utrudnia to inspekcję i późniejszą klasyfikację. Wprowadzenie Quality of Service napotyka trudności także przy niektórych łączach międzyoperatorskich, gdzie częściowym rozwiązaniem problemu są architektury NNI.