Відзначимо, що укладання між користувачем і провайдером (оператором зв'язку) угоди про рівень обслуговування (SLA), у якій чітко обумовлюються вимоги щодо розглянутих параметрів мережного з'єднання – смузі пропускання, затримки, джитера і припустимого рівня втрат, а також деяких інших параметрів потоку, є необхідною умовою забезпечення мережею належної якості обслуговування. SLA є свого роду трафік-контрактом.
Основними функціями формування трафіка є його вирівнювання (traffic shaping) і обмеження (traffic policing). Вирівнювання трафіка дозволяє усунути сплески і тим самим зменшити імовірність втрати пакетів даних. Обмеження трафіка полягає у відкиданні пакетів, що не задовольняють заданим параметрам, і здійснюється, наприклад, за допомогою механізму узгодження швидкості доступу (Committed Access Rate, CAR). В основу задач вирівнювання й обмеження трафіка покладені алгоритми дозування трафіка, які мають назви «кошик маркерів» (token bucket) і «діряве відро» (leaky bucket), а також їхні різновиди.
Управління смугою пропускання може здійснюватися шляхом нормування швидкості TCP (TCP rate shaping), що зводиться до перехоплення і маніпулювання розмірами TCP-вікна, або за допомогою механізмів організації й обслуговування черг. Механізм обслуговування черг шляхом регулювання порядку обслуговування пакетів певного потоку (класу) трафіка дозволяє варіювати частоту їхньої обробки і тим самим виділяти визначену смугу пропускання даному потокові (класові). Для забезпечення QoS механізм обслуговування черг повинен мати можливість диференціювання різних потоків і визначення рівня їхніх вимог до обробки. Прикладами механізмів, здатних забезпечити необхідну смугу пропускання в мережах IP, є зважений механізм рівномірного обслуговування черг WFQ (Weighted Fair Queuing), зважений механізм рівномірного обслуговування черг на основі класу CBWFQ (Class-Based Weighted Fair Queuing) і на основі потоку (Flow-Based Distributed Weighted Fair Queuing).
Необхідною умовою для забезпечення мережею гарантованого рівня обслуговування є відсутність у ній перевантажень, тобто станів, при яких мережа не здатна забезпечити узгоджені параметри існуючих з'єднань. Запобігання перевантажень і їхнє усунення в мережах АТМ відповідно до рекомендації ITU–T I.371 і специфікацією форуму ATM „Traffic Management Specification” визначені як основні задачі управління трафіком (Traffic Management), компонентами якого є управління доступом до мережі, управління пріоритетами, формування трафіка, розподіл ресурсів, відкидання пакетів.
Алгоритм відкидання пакетів визначає спосіб регулювання довжини черги у випадку виникнення перевантаження або при наближенні до цього стану. Перший випадок відповідає механізмові обслуговування черг FIFO, що передбачає відкидання усіх вхідних пакетів при досягненні чергою свого максимального значення. В другому випадку задіються активні механізми управління чергами, що дозволяють запобігти перевантаженню шляхом превентивного відкидання пакетів і тим самим попередити джерело про можливе перевантаження. Прикладами активних механізмів управління чергами є алгоритм довільного раннього виявлення RED (Random Early Detection), зважений алгоритм довільного раннього виявлення WRED (Weighted RED). Запобігання перевантаженню в мережах IP можливе за допомогою алгоритму явного повідомлення про перевантаження ECN (Explicit Congestion Notification), а також шляхом управління розмірами TCP-вікна.
Необхідною умовою гарантованого забезпечення QoS є наявність протоколу, що дозволяє аплікаціям проводити сигналізацію своїх QoS-вимог. Протоколи сигналізації QoS дозволяють механізмам QoS окремих вузлів обмінюватися службовою інформацією, що сприяє координації зусиль щодо забезпечення параметрів якості обслуговування уздовж всього шляху проходження потоку, тобто "з кінця в кінець". Яскравим прикладом протоколів даної групи є протокол RSVP (ReSerVation Protocol), призначений для резервування мережних ресурсів для кожного потоку на всіх маршрутизаторах, через які здійснюється доставка інформації, відповідно до запитуваного рівня QoS. RSVP сигналізує про запити резервування ресурсів доступним шляхом в мережі. При цьому велику роль у забезпеченні QoS відіграють протоколи маршрутизації, що визначають шлях, уздовж якого проводитиметься резервування. У світлі вищевикладеного перехід від традиційної маршрутизації найкоротшим шляхом до маршрутизації, що враховує при виборі маршруту QoS-вимоги потоку і наявність мережних ресурсів уздовж усього маршруту доведення (маршрутизація з підтримкою QoS), дозволить значно підвищити можливості мережі в плані гарантованого забезпечення QoS.
Ініціювати роботу протоколу сигналізації може як кінцевий вузол (як в RSVP), так і проміжний пристрій. Наприклад, прикордонний маршрутизатор сервіс-провайдера здатен виконати класифікацію трафіка і зарезервувати в мережі провайдера даному потокові деяку пропускну здатність. У цьому випадку координація мережних пристроїв відбуватиметься не на всьому шляху проходження трафіка, а тільки в межах мережі даного провайдера, що, звичайно, знижує якість обслуговування трафіка.
Один із примітивних засобів сигналізації є маркування пакета позначкою, яка несе інформацію про необхідний для пакета рівень якості обслуговування. Найчастіше з цією метою використовується поле пріоритету (у пакеті IPv4 перші три біти поля Type оf Service, TоS). Маючи таку позначку, пакет переносить уздовж шляху проходження свої вимоги до якості обслуговування, щоправда, у досить узагальненій формі – у зв’язку з тим, що поле пріоритету має усього кілька можливих значень, якість обслуговування надаватиметься диференційовано за декількома агрегованими потоками мережі.
Як саме перераховані механізми управління впливають на параметри з'єднання, показано в табл. 2 – 4.
Таблиця 2– Засоби QoS , що впливають на смугу пропускання
| Засіб QoS | Механізм впливу |
| Стиснення | Стиснення корисної інформації або заголовка, що зменшує загальну кількість біт, які очікують на передачу |
| CAC | Зменшення загального вхідного навантаження в мережі за допомогою відкидання нових запитів |
| Організація черг | Може використовуватися з метою резервування мінімальної кількості смуги пропускання для окремих типів трафіка |
Таблиця 3 – Засоби QoS , що впливають на втрати
| Засіб QoS | Механізм впливу |
| Організація черг | Підтримка довших черг збільшує затримку, але запобігає втратам |
| Випадкове відкидання пакетів | Механізм випадкового відкидання пакетів при наближенні розміру черги до точки відмови сповільнює деякі з'єднання TCP. Це зменшує загальне завантаження, скорочує переповнення черги, погіршуючи якість обслуговування (збільшується час відповіді) тільки одного користувача |
Таблиця 4 – Засоби QoS , що впливають на затримку і джитер
| Засіб QoS | Механізм впливу |
| Організація черг | Дозволяє розмістити пакети так, щоб чутливі до затримки пакети, наприклад, мовні, були оброблені швидше в порівнянні з менш чутливими, наприклад, пакетами даних |
| Фрагментація пакетів і чергування | Фрагментації великих пакетів даних та їхнє чергування з невеликими за розмірами, але чуттєвими до затримки мовними пакетами, дозволяє уникнути для останніх очікування в черзі, зменшуючи тим самим сумарну затримку |
| Стиснення | Стиснення корисної інформації або заголовка зменшує загальну кількість біт, що підлягають передачі каналом. Вимагаючи тепер меншої кількості смуги пропускання, черги «стискаються», що у свою чергу зменшує затримку. Крім цього, фрагментація пакетів сприяє зменшенню затримки стиснення, тому що обробляється менша кількість біт. Процес стиснення додає деяку затримку обробки |
| Вирівнювання трафіка | Затримка штучно збільшується, тому що при вирівнюванні трафіка використовується буферизація, яка здійснюється з метою зменшення втрат усередині мереж |
Для організації ефективного управління мережею і забезпечення гарантованого QoS необхідними умовами є:
- реалізація QoS «зверху вниз»;
- реалізація QoS «від краю до краю».
Перша умова вимагає узгоджену взаємодію засобів різних рівнів еталонної семирівневої моделі, тому що задача забезпечення гарантованого QoS стосується всіх аспектів функціонування ТКС, не будучи при цьому задачею якого-небудь одного рівня. Тому цілісне розв’язання задачі забезпечення гарантованого QoS можливе тільки шляхом взаємоузгодженого розв’язання підзадач окремих рівнів – від фізичного до прикладного. Використання в рамках однієї мережі різних телекомунікаційних технологій і протоколів, наскрізна взаємодія яких починається, як правило, з мережного рівня, дозволяє зробити висновок про те, що підтримка наскрізного гарантованого QoS у таких мережах найефективніше забезпечується методами мережного рівня, тому в даній дисципліні основну увагу буде зосереджено на забезпеченні QoS засобами саме мережного рівня.
Друга умова вимагає наявності механізмів QoS у мережах різних рівнів ієрархії (оператора зв'язку і підприємства, LAN і WAN), а також їхню координацію.
4. Рівні якості обслуговування і відповідні архітектурні моделі
QoS можна розглядати як міру якості передачі і доступності сервісу в мережі, а згідно з цим можна виділити три рівні якості обслуговування: від відсутності всіляких гарантій щодо якості обслуговування до їхнього твердого забезпечення за всіма параметрами передачі. Виділяють такі рівні якості обслуговування:
- негарантована доставка даних (best-effort service);
- сервіс з перевагою (soft QoS) або диференційоване обслуговування (Differentiated Service, DiffServ);
- гарантоване обслуговування (hard QoS).
Негарантована доставка даних (best-effort service) є доставкою за можливістю, яка передбачає тільки забезпечення зв’язності вузлів мережі, і не гарантує забезпечення будь-яких показників якості обслуговування. Негарантована доставка пакетів є на сьогоднішній день єдиною послугою, яка підтримується в Internet. Незважаючи на деяке зниження продуктивності, для більшості аплікацій, що орієнтовані на передачу інформації (наприклад, аплікацій, які забезпечують взаємодію за FTP), ця послуга є цілком достатньою.