Блог

Рекомендации IETF (категории трафика, классы сервиса и модели поведения)

• Каждая железка (вендор) самостоятельно выбирает, какие механизмы использовать для PHB — нет сигнализации, нет проблем совместимости.
• Администратор каждой сети может гибко распределять трафик по разным классам, выбирать сами классы и соответствующий им PHB.

• На границах DS-доменов возникают вопросы преобразования.
• В условиях полной свободой действий — кто в лес, кто бес.

RFC 4594Configuration Guidelines for DiffServ Service Classes

Модели поведения (PHB)

DF — Default ForwardingСтандартная пересылка.A Lower EffortAF — Assured Forwarding Гарантированная пересылка.RFC 2597Assured Forwarding PHB GroupEF — Expedited ForwardingЭкстренная пересылка.RFC 3246An Expedited Forwarding PHBCS — Class Selector

Короткий итог по классификации

1. Не везде есть оптика. РРЛ — наша реальность. Иногда в момент аварии (да и не только) в узкий радио-линк хочет пролезть весь трафик сети.
2. Всплески трафика — наша реальность. Кратковременные всплески трафика легко забивают очереди, заставляя отбрасывать очень нужные пакеты.
3. Телефония, ВКС, онлайн-игры — наша реальность. Если очередь хоть на сколько-то занята, задержки начинают плясать.

Инструменты PHB

• Предотвращение перегрузок (Congestion Avoidance) — что делать, чтобы не было плохо.
• Управление перегрузками (Congestion Management) — что делать, когда уже плохо.
• Ограничение скорости (Rate Limiting) — как не пустить в сеть больше, чем положено, и не выпустить столько, сколько не смогут принять.

Tail DropHead Drop

Региональные операторы

1. Продолжаем ускорять блог на wordpress

   Вайнах Телеком. Компания, оказывающая телекоммуникационные услуги на территории Чеченской Республики. Были попытки проникновения на рынки сопредельных регионов, закончившиеся провалом. Особой конкуренции «большой четверке» составить не в состоянии, однако спектр услуг, кроме сотовой связи, включает стационарный и мобильный интернет, а также цифровое телевидение. Абонентская база не превышает 100 тысяч номеров, реально – еще меньше.

   Плюсы:Минусы:

   • Очень дорогие тарифы, особенно интернет.
   • Низкое качество оказываемых услуг.
   • Неудовлетворительная работа технической поддержки.

   Вывод

   : лучше не создавать себе проблем и подключиться к любому из операторов «большой четверки».

2. Мотив Телеком. Предоставляет услуги сотовой связи в четырех регионах УрФО: Свердловской и Курганской областях, ХМАО и ЯНАО. Входит в число старейших операторов, доживших до наших дней и не поглощенных акулами рынка аж с 90-х. Продает под собственным брендом телекоммуникационное оборудование. Имеет проблемы из-за отсутствия лицензий на 3G интернет.

   Плюсы:

   • Низкое число случаев навязывания платных услуг без ведома абонента.
   • Достаточно выгодные тарифы.
   • Возможность приобрести фирменные модемы и роутеры.
   • Достаточно большая абонентская база.

   Минусы:

   • Проблемы с 3G интернетом: абонентам доступны только технологии EDGE и LTE.
   • Не слишком высокое качество фирменного оборудования: пусть делают его в Китае, но за выбор OEM-поставщика отвечает оператор.
   • Не слишком высокое качество связи, особенно интернета.

   Вывод

   : для жителей регионов присутствия может представлять интерес, однако из-за проблем с интернетом стоит поискать другие варианты.

3. Таттелеком. Как ясно из названия, основным регионом присутствия является Татарстан. Попытки экспансии в соседние области оказались неуспешными. Абонентская база достаточно внушительная – более полумиллиона человек, но постепенно их число уменьшается. В числе прочих услуг – домашний интернет под маркой «Летай», однако его качество оставляет желать лучшего. Интересно, что оператор полностью находится в собственности республики.

   Плюсы:Минусы:

   • Не слишком высокое качество связи.
   • Отношение к мобильной связи «постольку поскольку»: главный упор делается на домашний интернет.
   • Сомнительная политика по отношению к абонентам, как с юридической, так и с этической стороны.

   Вывод

   : связываться явно не стоит, лучше подключиться к кому-то из «большой четверки».

4. АСВТ. Агонизирующий оператор транкинговой связи, в настоящее время считающейся устаревшей. Географически опирается на Москву, однако GSM сетью не располагает, MVNO не является, и даже с точки зрения пользователей стационарных телефонов, способных использовать ресурсы оператора через стандарт DECT, интереса не представляет.

   Плюсы:Минусы:

   • Используется морально и технически устаревшее оборудование.
   • Нет GSM связи.

   Вывод

   : оператора как такового уже фактически нет, а значит, и говорить о подключении нет смысла.

5. Ufanet. Крупная региональная телекоммуникационная компания, основными регионами присутствия являются Республика Башкортостан и Республика Татарстан. В последние годы сумела проникнуть на рынки еще двух областей. Специализируется на домашнем интернете, телевидении. С рынка сотовой связи ушла несколько лет назад.

   Плюсы:Минусы:Вывод: подключаться уже некуда, потому – R.I.P.

6. NetByNet. С 2011 года – «дочка» МегаФона. Штаб квартира располагается в Москве, основная специализация – широкополосный доступ в интернет, цифровое телевидение, виртуальный хостинг, системная интеграция. К мобильной связи имеет отношение постольку поскольку, предоставляет только мобильный интернет в нескольких областях.

   Плюсы:Минусы:

   • Не слишком привлекательные тарифы.
   • Покрытие, ограниченное несколькими регионами.

   Вывод

   : подключаться смысла нет, у того же МегаФона, владеющего компанией, тарифы куда интереснее.

3Библиотека «Wire» для работы с IIC

Для облегчения обмена данными с устройствами по шине I2C для Arduino написана стандартная библиотека Wire. Она имеет следующие функции:

Содержимое пакетов уровня транзакций

Рисунок 3 — Пример запроса на запись в память длиной в 1 DWРисунок 4 — Пример запроса на чтение из памяти длиной в 1 DWРисунок 5 — Пример успешного ответа на чтениеРисунок 6— Пример ответа о неподдерживаемом запросеРисунок 7 — Пример заголовка запроса на запись 128 байтТаблица 4 — Перечень сокращений для полей заголовков

• унаследованные прерывания (Legacy Interrupts или INT);
• прерывания в виде сообщений (Message Signaled Interrupts или MSI);
• расширенные прерывания в виде сообщения (Message Signaled Interrupts Extended или MSI-X).

Рисунок 8 — Таблица векторов прерываний MSI-XРисунок 9 — Таблица флагов ожидающих прерываний

Multi-Field

Практика по MF классификации

Linkmeup_R2

1. Процедура та же, но теперь матчить будем по ACL, которые выцепляют нужные категории трафика, поэтому сначала создаём их.
   На Linkmeup_R2:
2. Далее определяем классификаторы:
3. А теперь определяем правила перемаркировки в политике:
4. И вешаем политику на интерфейс. На input, соответственно, потому что решение нужно принять на входе в сеть.

Политику с Linkmeup_R1 я уже убрал, поэтому трафик приходит с маркировкой CS0, а не CS7.Linkmeup_R1. E0/0.pcapngLinkmeup_R2. E0/0.pcapngLinkmeup_R1. E0/0.pcapngLinkmeup_R2. E0/0.pcapngiperf3 -siperf3 -c -u -t1-c-u-t1Linkmeup_R1. E0/0.pcapngLinkmeup_R2. E0/0pcapng

Tail Drop и Head Drop

Tail DropHead Dropпоглубжеэкстремально глубокоrwnd — Reciever’s Advertised WindowCWND — Congestion WindowSlow StartЭкспоненциальныйssthresholdлинейныйTCP BackoffFast Recovery

1. отправляются потерянные сегменты (Fast Retransmission),
2. окно скукоживается в два раза,
3. значение ssthreshold тоже становится равным половине достигнутого окна,
4. снова начинается линейный рост до первой потери,
5. Повторить.

1. Допустим через маршрутизатор лежит путь тысячи TCP-сессий. В какой-то момент трафик сессий достиг 1,1 Гб/с, скорость выходного интерфейса — 1Гб/с.
2. Трафик приходит быстрее, чем отправляется, буферы заполняются всклянь.
3. Включается Tail Drop, пока диспетчер не выгребет из очереди немного пакетов.
4. Одновременно десятки или сотни сессий фиксируют потери и уходят в Fast Recovery (а то и в Slow Start).
5. Объём трафика резко падает, буферы прочищаются, Tail Drop выключается.
6. Окна затронутых TCP-сессий начинают расти, и вместе с ними скорость поступления трафика на узкое место.
7. Буферы переполняются.
8. Fast Recovery/Slow Start.
9. Повторить.

RFC 2001TCP Slow Start, Congestion Avoidance, Fast Retransmit, and Fast Recovery AlgorithmsGlobal TCP SynchronizationГлобальнаяСинхронизацияTCPTCP Starvation

Архитектура eCPRI

Архитектура базовых станций должна обеспечивать гибкость и простоту развертывания для операторов связи. Это может быть достигнуто благодаря разделению функционала базовой станции на два основных блока eREC (eCPRI Radio Equipment Control) и eRE (eCPRI Radio Equipment), которые соединены друг с другом через транспортную сеть оператора связи, т.е. могут быть физически разнесены на достаточно большие расстояния, например, eRE располагается рядом с антенной или внедрен в неё, а eREC расположен в телекоммуникационном шкафу или дата центре.

Спецификация eCPRI имеет следующую область применения (см. Рисунок 3):
1. Определение и описание интерфейса взаимодействия между блоками eREC и eRE, используя пакетную транспортную сеть.
2. Определение и описание трех логических интерфейсов взаимодействия для трех разных потоков информации (пользовательские данные, данные плоскости управления, данные синхронизации), как показано на рисунке 4.
3. Определение нового уровня eCPRI, который расположен над транспортным уровнем. Для транспортного уровня, уровня плоскости управления и синхронизации используются стандартные протоколы.

Рисунок 3. Область применения спецификации eCPRI Specification V1.2

Рисунок 4. Интерфейсы взаимодействия

На рисунке 5 показана архитектура системы с использованием объединённых (локальных) eCPRI интерфейсов. Локальным eCPRI интерфейсом, называется eCPRI интерфейс, когда несколько узлов eREC или eRE объединены одной локальной сетью.

Рисунок 5. Архитектура eCPRI

История

В конце XIX века благодаря изобретениям Александра Степановича Попова и итальянца Гульельмо Маркони мир впервые начал передавать голос без проводов на дальние расстояния и через препятствия. Их устройства использовали в военной промышленности Российской Империи и на частных судах Европы, и США. Началась новая эра беспроводных технологий.

В 1946 году компании AT&T и Telephone Laboratories запустили первый проект, похожий на современные сотовые сети связи. Абонент выбирал канал, связывался с оператором, который и соединял его с нужным человеком. Общение абонентов было полудуплексным, т.е. люди не могли говорить одновременно. Работу системы обеспечивало одно мощное радиоэлектронное средство, а телефон весил до 40 кг. Поэтому систему устанавливали в автомобили или стационарные строения. Только к 1964 году компании смогли автоматизировать проект и сделать общение по телефону полностью дуплексным, как сейчас.

Первые сети сотовой связи

В 70-х годах прошлого века компаниями-гигантами была устроена гонка технологий. Они пытались реализовать недавно выдвинутую идею сотового принципа организации сетей сотовой связи. Победу одержала Motorola. Первую базовую станцию на 30 абонентов смонтировали в США на крыше небоскреба. 3.04.1973 глава подразделения по разработке мобильных устройств Motorola совершил первый звонок. Его мобильное устройство весило 1,15 кг, было похоже на кирпич, а заряда аккумулятора хватало на 20 минут общения. До 1983 года компания улаживала законодательные вопросы, дорабатывала телефон и устраняла выявленные недоработки. Первый телефон вышел в продажу под названием Motorola DynaTAC 8000X и стал самым мобильным для своего времени.

В 80-е годы XX века активно использовали технологии, известные под общим названием 1G. Первую коммерческую сеть развернули японцы в 1979 году. Но к концу 80-ых, Европейский институт стандартизации электросвязи разработал стандарт 2G или GSM, который до сих пор использует 29% населения Земли.

В 2001 году в Японии, а в 2003 в Европе запустили технологии CDMA и UMTS, известные под общим наименованием 3G. Уже через 7 лет началось развитие сетей 4G/LTE. Технология была недоработана до конца, но ко второй половине этого десятилетия сотовые компании достигли первоначально заявленной пропускной способности сетей LTE – 1 Гбит/секунду. Для этого пришлось усовершенствовать протоколы передачи данных и увеличить ширину полос беспроводных каналов связи с 5 до 20 МГц.

Сотовая связь в России

Разработки систем сотовой связи велись по всему миру. СССР рассматривал их исключительно для военных целей. Поэтому только к концу 1991 году в Российской Федерации появились сети 1G. Вплоть до экономического кризиса конца 90-ых сотовую связь использовало менее 0,5% населения Российской Федерации. Операторы брали не менее 50 центов за минуту разговора и тарифицировали даже входящие вызовы. Мобильные аппараты стоили слишком дорого. К примеру, телефон, по которому Анатолий Собчак впервые вызывал Сиэтл, обошелся в 5000$. Кризис совпал с падением цен на телефоны и услуги связи. Благодаря этому, число абонентов увеличилось с 300 тысяч человек в 1997 году до 1,5 млн. в конце 1999 года. К 2008 году количество проданных SIM-карт превысило население РФ.

Россия сокращала технологическое отставание сотовой инфраструктуры. В 2003 году группа операторов перешла на устаревший в мире стандарт 3G – CDMA. В 2007 году началось строительство сетей связи другой технологии третьего поколения – UMTS. Она, в отличие от CMDA, востребована по всему миру, работает на больших скоростях передачи данных и может обслуживать большее число абонентов одновременно. В 2012 году началась тестовая эксплуатация 4G.

В 2015 году ООО «Т2 Мобайл» начал предоставлять услуги связи в Москве, не имея передатчиков 2 поколения, – только 3G и 4G.

Часть первая, I2C и библиотека «Wire».

Последовательный протокол обмена данными IIC (также называемый I2C — Inter-Integrated Circuits, межмикросхемное соединение). Разработана фирмой Philips Semiconductors в начале 1980-х как простая 8-битная шина внутренней связи для создания управляющей электроники. Так как право на использование его стоит денег фарма Atmel назвала его TWI, но смысл от этого не меняется.

Как это работает ?

Для передачи данных используются две двунаправленные лини передачи данных. SDA (Serial Data) шина последовательных данных и SCL (Serial Clock) шина тактирования. Обе шины подтянуты резисторами к плюсовой шине питания. Передача/Прием сигналов осуществляется прижиманием линии в 0, в единичку устанавливается сама, за счет подтягивающих резисторов.

В сети есть хотя бы одно ведущее устройство (Master), которое инициализирует передачу данных и генерирует сигналы синхронизации и ведомые устройства (Slave), которые передают данные по запросу ведущего. У каждого ведомого устройства есть уникальный адрес, по которому ведущий и обращается к нему. Конечно понятно что Ведущий это наш микроконтроллер , а ведомый наша память. Ведущее устройство начинает прижимать шину SCL  к нулю с определенной частотой, а шину SDA прижимать или отпускать на определенное число тактов передавая Единичку или Нолик. Передача данных начинается с сигнала START потом передается 8 бит данных и 9-тым битом Ведомое устройство подтверждает прием байт  прижимая шину SDA к минусу. Заканчивается передача сигналом STOP.

Библиотека «Wire».

Для облегчения обмена данными с устройствами по шине I2C для Arduino написана стандартная библиотека Wire которая есть уже в комплекте IDE. Она имеет следующие основные функции:

Wire.begin(Address) вызывается один раз для инициализации  и подключения к шини как Ведущий или Ведомое устройство. Если Address не задан подключаемся как Мастер устройство.

Wire.beginTransmission(address)  начинает передачу на ведомое I2C устройство с заданным адресом.

Wire.endTransmission() прекращает передачу данных ведомому. Функция возвращает значение типа byte:

• 0 — успех.
• 1- данные слишком длинны для заполнения буфера передачи.
• 2 — принят NACK при передаче адреса.
• 3 — принят NACK при передаче данных.
• 4 — остальные ошибки.

Wire.write() запись данных  от ведомого устройства в отклик на запрос от ведущего устройства, или ставит в очередь байты для передачи от мастера к ведомому устройству.Фактически записывает данные в буфер. Размер буфера 32 байта ( минус 2 байта адрес, фактически 30 байт), а передает буфер функция Wire.endTransmission().

• Wire.write(value) — value: значение для передачи, один байт.
• Wire.write(string) — string: строка для передачи, последовательность байтов.
• Wire.write(data, length) — data: массив данных для передачи, байты. length: количество байтов для передачи.

Wire.read() Считывает байт, который был передан от ведомого устройства к ведущему или который был передан от ведущего устройства к ведомому. Возвращаемое значение byte : очередной принятый байт.

Это самые основные функции библиотеке, остальные мы рассмотрим по ходу пьесы ))

Пакет

Почему использование упорядоченной структуры позволяет ускорить отправку? Информация будет передаваться небольшими порциями. Вместо частотной, временной коммутации каналов начинают применять пакетную. Аппаратура располагает большими возможностями автоматизации, оптимизации распределения ресурсов меж абонентами. Становится доступным назначить каждому устройству скорость, реализуя заявленные операторами тарифные планы.

Простейшее определение даёт журнал Наука и жизнь (№11, 2000):

Сервер нарезает сформированную информацию порциями оговорённой длины. Снабжает посылки заголовком. Порция называется пакетом.

Направление в сети интернете выбирает IP-маршрутизатор. Мобильной связью заведуют базовые вышки. Сменяющиеся поколения пакетной передачи заставляют провайдеров модернизировать оборудование. Относиться легкомысленно нельзя – клиенты заклюют. Так Билайн, имевший подавляющее преимущество, отдал ветку первенства МТС. Мегафон идёт вдогонку. Сегодня выигрывает правильно избравший дорогу.

Структура

Преамбулу, формат определяет протокол. Последовательный порт RS-232 предусматривает наличие стартовых битов. Заголовок иногда содержит адрес абонента, обязательно присутствует полезная информация, опционально – контрольная. Длина пакета (MTU), измеряемая байтами, строго фиксирована. Меж посылками соблюдают интервал молчания. Антонимом называют непрерывную передачу информации последовательностью битов.

Структура слоёв OSI:

1. Второй (канальный, связи данных) – кадр.
2. Третий (данных) – пакет.
3. Четвёртый (транспортный) – датаграмма.

TCP-сегмент, являющийся составной частью датаграммы IP-протокола, содержит несколько пакетов, разбитых кадрами. Представление данных определено стандартом. PPP использует 8-битные байты, специальные элементы выступают разделителями. Эксперты, объясняя новичкам понятие пакета, предлагают модель письма:

1. Заголовок – эквивалент конверта.
2. Полезная информация – листок бумаги внутри.

Заголовок IP-пакета содержит следующие набор сведений:

1. Версия (IPv4, IPv6) – 4 бита.
2. Длина заголовка – 4 бита.
3. Приоритет (QoS) – 8 бит.
4. Длина пакета – 16 бит.
5. Слот идентификации группы – 16 бит.
6. 3 бита фрагментации:
   • Всегда нуль.
   • Допустимость разбиения на части.

   • Наличие иных частей текущего пакета, идущих следом.

7. Смещение фрагмента относительно сборного пакета – 13 бит.
8. Время жизни (TTL) – 8 бит.
9. Имя протокола (TCP, UDP, ICMP…) – 8 бит.
10. Контрольная сумма заголовка – 16 бит.
11. Адрес отправителя – 32 бита.
12. Адрес получателя – 32 бита.

Сетевые пакеты снабжены двумя адресами:

1. Отправитель.
2. Получатель.

Выявление/коррекция ошибок

Поддерживается различными слоями протокола. Распространённые методики контроля:

• Контрольная сумма.
• Бит чётности.
• Циклический код избыточности.

Иногда возможна модификация битых пакетов промежуточными звеньями передачи.

Счётчик прыжков

Встретив ошибку сети, пакет должен перестать бесцельно грузить сеть. Посланию назначают время жизни. Величина снижается каждой промежуточной точкой. Увидев нулевое время жизни, устройства уничтожают информацию. Сети Ethernet, лишённые возможности контролировать процесс аннулирования, подвергаются широковещательным штормам. Часть вызвана намеренной атакой хакеров.

Приоритет

QoS стал притчей во языцех, отнимая 20% полосы пропускания сети, используемой для передачи приоритетных пакетов «срочно».

Короткий итог по ограничению скорости

• С одним ведром — Single Rate — Two Color Marking. Позволяет допустимые всплески.
• С двумя вёдрами — Single Rate — Three Color Marking (sr-TCM). Излишки из ведра C (CBS) пересыпаются в ведро E. Позволяет допустимые и избыточные всплески.
• С двумя вёдрами — Two Rate — Three Color Marking (tr-TCM). Вёдра C и P (PBS) пополняются независимо с разными скоростями. Позволяет пиковую скорость и допустимые и избыточные всплески.

тут

9. Аппаратная реализация QoS

Добавляйте в комментарии названия для других вендоров — я дополню.предыдущей статье

1. Сигнал попадает на физический входной интерфейс и его чип (PIC). Из него вналивается битовый поток и потом пакет со всеми заголовками.
2. Далее на входной чип коммутации (FE), где заголовки отделяются от тела пакета. Происходит классификация и определяется, куда пакет нужно отправить дальше.
3. Далее во входную очередь (TM/VOQ). Уже здесь пакеты раскладываются в разные очереди на основе своего класса.
4. Далее на фабрику коммутации (если она есть).
5. Далее в выходную очередь (TM).
6. Далее в выходной чип коммутации (FE), где навешиваются новые заголовки.
7. Далее в выходной интерфейс (возможно, через ещё одну очередь) (PIC).

• Классификация
• Полисинг
• Перемаркировка

• Предотвращение перегрузок
• Управление перегрузками
• Шейпинг

здесьCoPP — Control Plane Protection

Полезные ссылки

• Лучшая книга по теории и философии QoS: QOS-Enabled Networks: Tools and Foundations.
  Некоторые отрывки из неё можно почитать тут, однако я бы рекомендовал читать её от и до, не размениваясь.
• На удивление обстоятельная и хорошо написанная книга про QoS от Huawei: Special Edition QoS(v6.0). Очень плотно разбирается архитектура оборудования и работа PHB на разных платах.
• Очень подробное сравнение sr-TCM и tr-TCM от Айни: Understanding Single-Rate and Dual-Rate Traffic Policing.
• Про VOQ: What is VOQ and why you should care?
• Про QoS в MPLS: MPLS and Quality of Service.
• Относительно краткий бриф по QoS на примере Juniper: Juniper CoS notes.
• Практически весь QoS так или иначе ориентирован на специфику TCP и UDP. Не лишним будет досконально разобраться в них: The TCP/IP Guide
• Ну а для тех, кто не чувствует в себе силы одолеть весь этот труд, Лохматый Мамонт для вас написал отдельную заметку: В поисках утерянного гигабита или немного про окна в TCP.
• На этой странице сложно, но подробно описано как работают механизмы группы FQ: Queuing and Scheduling.
  А если подняться на уровень выше, то откроется масштабный открытый документ, называющийся An Introduction to Computer Networks, вгоняющий краску, потому что настолько мощный Introduction, что я там половину не знаю. Даже самому захотелось почитать.
• Про WFQ очень научно, но при должно интеллекте, коим, очевидно, я не обладаю, понятно и в цветах: Weighted Fair Queueing: a packetized approximation for FFS/GP.
• Есть ещё механизм LFI, который я затрагивать не стал, потому что сложно и в наших реалиях стогигиабитных интерфейсов не очень актуально, однако ознакомиться может быть интересно: Link Fragmentation and Interleaving.