Az emberi lét egyik legalapvetőbb szükséglete az egymással történő kommunikáció. Azok a [629240]

Bevezetés
Az emberi lét egyik legalapvetőbb szükséglete az egymással történő kommunikáció. Azok a
módszerek, amelyekkel kommunikációnkat megvalósítjuk, folyamatosan változnak,
fejlődnek. A technológiai áttörések szignifikánsan kiterjesztették azoknak az eljárásoknak a
körét melyekkel egymás között információt cserélhetünk. Az Internet, amelyre úgy
tekinthetünk, mint egy világméretű hálózatra, szolgál alapul a mai modern
kommunikációnak. Az elmúlt években a számítógépes hálózatok fejlődése nagymértékben
könnyítette és segítette az embereket a mindennapi tevékenységük elvégzésében. Az ezen a
területen dolgozó mérnökök és fejlesztők folyamatosan annak érdekében tesznek lépéseket,
hogy az infokommunikációs hálózatok képességeit bővítsék, ezáltal az Internet eg yre
jelentősebb szerepet játszik a hétköznapjainkban. Egyes becslések szerint jelenleg 13 milliárd
internetképes eszköz van jelen szerte a világban és ez a szám 5 éven belül 40 milliárdra fog
emelkedni.

A hálózati technológiákban történő előrehaladás re ndkívüli jelentőséggel bír. Ezáltal egy
olyan világot hozhatunk létre ahol a földrajzi távolságok, a fizikai gátak megszűnnek. Az
Internet a legnagyobb létező hálózat. Maga a szó azt jelenti, hogy hálózatok hálózata. Nem
más, mint különböző médiumokon, tel efonvonalon, optikai szálakon, szatelliteken,
0,2141340
2000 2005 2010 2015 2020milliárd eszköz

egymással összekapcsolt privát és publikus hálózatok gyűjteménye információ -megosztás
céljából.
Az Internet térhódításával egyre inkább szükségessé vált bizonyos minőségbeli normák és
biztonsági elvárások megf ogalmazása, illetve felállítása. A hálózattal szembeni alapvető
elvárások, melyek a robosztusságot és skálázhatóságot célozzák kibővültek. Amellett, hogy
hálózat jól reagál a változásokra és könnyen bővíthető, az egyre nagyobb számban
megjelenő újabb és új abb szolgáltatások és egyre felmerülő felhasználói igények mellett
elengedhetetlen, hogy ezeknek a szolgáltatásoknak a minősége is kielégítő legyen.

Konvergált hálózat
A modern hálózatok folyamatosan fejlődnek a felhasználói igények kielégítésének céljá ból.
Korábban, a hagyományos telefon, rádió és televízió hálózatok külön voltak választva az
adathálózatoktól és egymástól. Mindegyiküknek saját, dedikált csatornára volt szükségük,
egyedi adattovábbítási metódusokkal és szabványokkal kommunikációjuk lefol ytatásához.

A technológiában történő előrelépések lehetővé teszik, hogy ezeket az egymástól független,
önálló adatcsatornákat egyetlen közös fizikai platformra, egy konvergált hálózatra helyezzük
át. A dedikált hálózattal ellentétben a konvergált há lózat képes több különböző típusú
kommunikációs forma megvalósítására egyazon fizikai struktúrán.

A konvergált hálózaton egységesített szabályrendszerrel, és a szükséges szabványok
kidolgozásával, egyetlen fizikai összeköttetésen képesek vagyunk adatátvit elre, multimédiás
tartalmak továbbítására a végberendezések típusától függetlenül, ami óriási előnyt jelent.
Azonban az egységesített hálózati struktúrának azonban megvan a hátránya is. A közös
hálózati erőforrások használati jo gáért versenyhelyzet alakul ki. A hálózat bizonyos részein
torlódási pontok alakulhatnak ki, ami negatív hatással van annak teljesítőképességére. Olyan
mechanizmusokra van szükség, melyekkel kezelhető a torlódott forgalom. A hálózat egyik
jellemzője a sávszélesség, amely annak adattovábbítási kapacitását mutatja, vagyis hogy
adott idő alatt mekkora mennyiségű információ továbbítható. Mértékegysége a bit/s, azaz a
mérőszám azt mutatja , hogy egy másodperc alatt hány bit vihető át. Abban az esetben, ha
egyszerre több logikai adatsáv vesz igénybe egy fizikai csatornát, a hálózat sávszélességével
szemben fennálló igény túlnőhet azon, amit az biztosítani képes, ekkor torlódás alakul ki. Ha
a továbbításra váró adatcsomagok halmaza nagyobb, mint amekkora a hálózaton átvihető,
ezek a csomagok egy várakozási sorba kerülnek, amíg fel nem szabadul a számukra

megfelelő erőforrás. A sorban álló csomagok további késleltetést okozhatnak, mivel az
újon nan érkező csomagoknak be kell állniuk a sorba és megvárni, amíg az előttük állók
továbbításra kerülnek. Sőt amennyiben a várakozási sor megtelik, az újonnan érkezett
csomagok eldobásra kerülnek. A csomagok késleltetése által okozott probléma kritikussá
válhat, ha azok olyan mértékű késleltetést szenvednek, hogy amikor a hálózati csomóponton
túlhaladnak már nem minősülnek hasznosnak. Továbbá ha a küldő állomás bizonyos idő
elteltével nem kap választ, próbálkozhat a csomagok újraküldésével, ami a sávszélessé g
pazarlását jelenti.
Ezek a tényezők negatívan befolyásolják a hálózat hasznos áteresztőképességét (goodput) .
Ez a jellemző megmutatja, hogy a teljes áteresztőképesség mekkora hányada lesz az amin
ténylegesen hasznos adatcsomagok továbbítódnak. Tovább ro nthatja a hálózat
hatékonyságát és torlódásokhoz vezethet a hálózatok határán előforduló sebességbeli
különbségek. Egy hálózati csomópont két interfésze nem feltét lenül képes azonos sebességi
rátával továbbítani az adatokat, ekkor a lassabb interfészen kia lakuló szűk keresztmetszet
miatt szintén torlódás alakulhat ki.

Általános jelenség, hogy egy LAN hálózatban jóval nagyobb számú végpont csatlakozik egy
hálózati csomóponthoz, mint ahány ponton az a csomópont kapcsolódik a külvilághoz. Ebben
az esetben a link aggregáció miatt szintén torlódás alakulhat ki.
A torlódás negatív hatásai, amik a késleltetés, a késleltetés -ingadozás, valamint a
csomageldobás, az egyes alkalmazások esetén más -más súllyal lépnek fel. Az e -mail, FTP és
HTTP szolgáltatások legin kább a csomageldobásra érzékenyek , mivel ezekért a TCP felel, ami
nyugtázás hiányában újraküldi a csomagokat. A hangátvitel és video streaming esetében
nem kell garantálni, hogy minden egyes csomag célba ér, ezek a szolgáltatások leginkább a
késleltetés -ingadozásra, azaz a dzsitterre érzékenyek.

QoS
A QoS (Quality of Service), azaz a szolgáltatásminőség jelentősége egyre nagyobb szerepet
kap a mai hálózatokban. A hálózatnak garantálnia kell a hozzáférést az azon működő
szolgáltatásokhoz , mégpedig kiszámítható módon. Ennek eléréséhez bizonyos metrikákat
kell meghatározni, amelyekkel mérhető a hálózat adatforgalma, hatékonysága.
A QoS menedzseléséhez , a fentebb már említett, késleltetésből és az elveszett csomagokból
eredő problémákat kell megoldani. Ehhez időérzékeny vagy valamilyen szempontból kritikus
fontosságú szolgáltatások adatcsomagjait magasabb prioritással kell kezelni, mint a
késleltetésre kevésbé érzékeny adatátviteli formákat.
Arra a célra, hogy a különböző szolgáltatások között fontossági sorrendet tegyünk, vagyis
hogy prioritást adhassunk meg, az IP csomagok fejrészében lévő egyik mezőt használhatjuk.
Ezt a mezőt a korábbi szabvány (IETF RFC 791) Type of Service -nek nevezte, míg a jelenlegi
szabvány (IETF RFC 2474) Differentiated Services -ként írja le.

Sorkezelési mechanizmusok
A szolgáltatásminőség szempontjából jó kezdet, ha szabályozni tudjuk a felkínált forgalom
alakját. A teljesítő képesség garantálásához azonban elegendő erőforrást kell lefoglalni a
csomagok hálózaton követett útvonala mentén. Ehhez feltételezzük, hogy a csomagok

folyama mindig ugyanazt az útvonalat követi. Nehéz lenne bármit is garantálni úgy, hogy a
csomagokat vél etlenszerűen szórjuk szét a hálózaton. Következésképpen, a forrás és cél
között valamilyen, a virtuális áramkörhöz hasonló kapcsolatot kell létrehozni, és a folyamhoz
tartozó összes csomagnak ezt az útvonalat kell követnie.
A csomagütemezési algoritmusok f eladata hogy az útválasztók erőforrásait kiosszák a
versengő folyamok csomagjai között. Az erőforrások melyek lefoglalhatók a folyamok
számára a sávszélesség, a puffer terület, és a processzoridő.
A bemeneti valamint a kimeneti vonal sávszélességét ismerve, és a kezelendő adatfolyamok
igényeinek ismeretében megoldható hogy a kimeneti vonal kapacitását figyelembe véve
történjen meg a sávszélesség lefoglalása.
Az útválasztóhoz érkező csomagok először mindig a pufferbe kerülnek, és itt várakoznak,
amíg tovább nem küldhetők valamely kimeneti vonal felé. Abban az esetben, ha a puffer
telített a csomag eldobásra kerül. Azonban megoldható hogy a pufferterület egy részét
lefoglaljuk egy bizonyos adatfolyam számára így annak mindig lesz helye a memóriában így
nem kerül eldobásra.
A csomagok feldolgozásához az útválasztónak bizonyos processzori dőre van szüksége, tehát
az adott időn belül feldolgozható csomagok száma véges. Ahhoz, hogy minden csomagot
megfelelő időben feldolgozhassunk, biztosítani kell, hogy a p rocesszor ne legyen túlterhelve.
A csomagütemezési algoritmusok a sávszélességet és más útválasztó erőforrásokat úgy
foglalják le, hogy meghatározzák, melyik, a pufferben elküldésre váró csomagokat kell
következőnek a kimeneti sorba helyezni.

FIFO (First -In First -Out)
A forgalomirányítókban lévő várakozási sorban a csomagok érkezési sorrendben lesznek
kiszolgálva. Ha a FIFO sor megtelik, az újonnan érkező IP csomagok eldobásra kerülnek. A
FIFO -útválasztók általában akkor dobják el az újonnan érkezett csoma gokat, ha a sor tele
van. Mivel az újonnan érkezett csomag a sor végére kerül, ezt a viselkedést a farokrész
eldobásának (tail drop ) nevezik.

A FIFO -ütemezést egyszerű megvalósítani, de nem megfelelő a jó szolgáltatásminőség
biztosításához, mivel ha több folyam van, akkor egy folyam könnyen befolyásolhatja más
folyamok teljesítőképességét. Ha az első folyam agresszív, és nagy csomaglöketeket kül d,
akkor a csomagok egy várakozási sorba kerülnek. A csomagok beérkezési sorrendben
történő feldolgozása azt jelenti, hogy az agresszív küldő lekötheti az útválasztó
kapacitásának nagy részét, amelyen a csomagjai áthaladnak, kiéheztetve a többi folyamot,
csökkentve ezáltal a szolgáltatásminőséget.

PQ (Priority Queuing)
Négy darab FIFO elven működő különböző prioritású sor az alapja ennek a metódusnak. A
beérkező csomagokat egy osztályozó algoritmus beosztja a négy sor valamelyikébe. A
kiszolgálás a legel ső, legnagyobb prioritású sorral kezdődik. Csak akkor kezdi meg az
algoritmus a következő, egyel kisebb prioritású sorban várakozó csomagok továbbítását, ha a
jelenleg vizsgált sor üres. Ha a kiszolgálás menetében érkezik egy csomag, amely a
legmagasabb pr ioritású sorba kerül osztályozásra elsőként az lesz továbbítva.

A PQ algoritmus erőssége, hogy képes abszolút prioritást biztosítani a multimédiás
alkalmazások számára, viszont ezzel könnyen kiéheztetheti a többi három prioritásos sorba
sorolt csomagokat.

CQ (Custom Queuing)
A CQ segítségével a PQ fő hiányosságát próbálták meg kiküszöbölni, nevezetesen az
alacsonyabb prioritással rendelkező sorok kiéheztetését. Az alkalmazásokat ebben az
esetben 16 FIFO sorba van lehetőség osztályozni . Ezen kívül lehetősé g van minden egyes sor
esetében megadni a sorhosszt, amivel meghatározhatjuk , hogy egy bizonyos alkalmazás a
teljes sávszélesség hány százalékát használhatja. A sorokban levő csomagok kiszolgálása
körbeforgásos elv (Round Robin) alapján történik .

A CQ-val sikerülhet a csomagok kiéheztetés ének megakadályozása, viszont nem képes a
multimédiás csomagok számára prioritást biztosítani. Mindazonáltal a sorhosszak
finomhangolásával viszonylag jó eredményeket lehet elérni .

WFQ (Weighted Fair Queuing)
A WFQ egy súlyozott igazságos ütemezési elv. Az algoritmus adatfolyamokat használ,
melyeket m aximálisan 4096 sorba osztályoz. Minden egyes beérkező csomag időbélyeggel
lesz ellátva (sorszám), majd a neki megfelelő adatfolyam sorba lesz helyezve. A z ütemező
megvizsgálja a csomagok időbélyegeit, majd a legalacsonyabb időbélyeg -értékkel vagy

sorszámmal rendelkező csomagot fogja a kimenő hardver sorba helyezni. A gyakorlatban az
is megtörténhet, hogy egy később érkezett csomag alacsonyabb időbélyeg -értékkel
rendelkezzen, mint egy korábban érkező csomag. Az adatfolyamok osztályozása az alábbi
paramétereket veszi figyelembe: forrás IP cím, cél IP cím, szállítási protokoll (TCP vagy UDP),
az IP csomagfejrész ToS mezője (IP_Precedencia), forrás TCP vagy UDP port szá m, cél TCP
vagy UDP port szám. A sor index (sorszám) kiszámításához a WFQ Hash algoritmust használ .

A WFQ ütemező az alábbi módon számítja ki egy IP csomag időbélyegét:
Sorszám = Előző_sorszám + (súly * új_csomag_hoss z)
súly = 32384 / (IP_Precedencia + 1)

Ahol a Sorszám a befejezési időt (időbélyeget), az Előző_sorszám az előzően kiszolgált
csomag időbélyegét, az új_csomag_hossz az aktuális csomag hosszát, míg az IP_Precedencia
az IP csomag fejrészében levő ToS (Type of Service) mező értékét jelöli. Jól l átható, hogy a
csomaghossz arányos az időbélyegnek az előző időbélyeghez képest való növekményének
értékével, azaz egy hosszú csomag nagyobb értékű időbélyeggel fog rendelkezni, mint egy
rövidebb IP csomag. Az előző csomag időbélyegnek (Előző_sorszám) kösz önhetően az a
csomag, amelyik egy olyan folyamsorba lesz besorolva, amelybe már több csomag van,
nagyobb időbélyeget fog kapni, mint egy olyan csomag, amelyik egy üres sorba lesz
besorolva. Mivel az IP_Precedencia+1 a képlet nevezőjébe kerül, ezért a nagyo bb IP
Precedenciával (prioritással) rendelkező csomagok alacsonyabb értékű időbélyeggel lesznek
ellátva, ily módon elsőbbséget élvezve az alacsonyabb prioritással rendelkező csomagokkal
szemben.

CBWFQ (Class Based Weighted Fair Queuing)

A CBWFQ a WFQ algoritmus működési elvén alapszik, azzal a különbséggel, hogy míg a WFQ
algoritmus adatfolyam alapú, addig a CBWFQ adatosztályokat használ. A CBWFQ kibővíti a
WFQ funkcionalitását azzal, hogy lehetőséget ad osztályok definiálására. Megadhatók olyan
kritér iumok, mint a protokollok, ACL szabályok, bemeneti interfészek. Egy osztály definiálása
után számszerű jellemzők is megadhatók melyekkel akár torlódás es etén biztosítani lehet a
minimális rendelkezésre álló sávszélességet. Amelyik osztály kritériumainak megfelel a

csomag, abba fog bekerülni. Minden egyes osztályhoz megfeleltetésre kerül egy várakozási
sor.

A WFQ és a CBWFQ fő hátránya, hogy nem képes prioritást biztosítani a mult imédiás
alkalmazások számára .

LLQ (Low L atency Queuing)

Az LLQ a CBWFQ algoritmus működési elvén alapszik azzal a különbséggel, hogy tartalmaz
egy szigorú -prioritásos sort , melybe egy multi médiás alkalmazás sorolható . Ily módon sikerül
ötvözni a PQ és a WFQ előnyeit, ugyanakkor csökkenthetőek ezen algoritmusok hátrányai.