Jakość łącza internetowego

Najważniejsze parametry sieci pakietowych, definiujące jakość łącza do sieci Internet przedstawiamy poniżej:

Pojemność transmisyjna / przepustowość

Maksymalna ilość informacji (mierzonej w bitach), jaka może być przesyłana przez dany kanał telekomunikacyjny lub łącze w jednostce czasu (mierzonej w sekundach).

Parametr ten opisuje ile czasu potrzeba do przesłania informacji gdy pominie się opóźnienia. Dla każdych dwóch sąsiadujących ze sobą węzłów, pojemność transmisyjna jest równa szerokości dostępnego pasma w łączu. Tak zdefiniowany wskaźnik opisuje medium transmisyjne, z którego korzysta sieć IP. W warstwie transportowej sieć taka może korzystać z wielu różnych technologii oraz różnych łącz. Ze względu na taką budowę pojemność transmisyjna w każdym z kierunków może być inna. Sprawa komplikuje się, gdy rozpatrujemy pojemność transmisyjną węzłów nie sąsiadujących ze sobą. Jest to trudne ze względu na współdzielenie łączy przez różne ścieżki. Ponieważ to współdzielenie jest oparte na multipleksacji statystycznej, pojemność transmisyjna nie charakteryzuje się stałą wartością. Gdyby przyjąć, że żadne łącze nie jest współdzielone to pojemność transmisyjna między węzłami nie sąsiadującymi ze sobą jest równa najmniejszej pojemności łącza pomiędzy sąsiadującymi węzłami należącymi do łącza składowego.

Operatorzy często podają maksymalną wartość przepustowości łącza, również często do własnego rutera brzegowego (tj. rutera na styku sieci operatora i sieci Internet).

Straty pakietów

Straty występują we wszystkich typach sieci, podobne są mechanizmy ich powstawania różne jednak możliwości ich ograniczania. Do podstawowych źródeł strat zaliczamy:

• Straty wynikające z błędów transmisyjnych w sieci. Powstają w sieciach o złej jakości, w momencie uszkodzenia sieci oraz w wyniku dostania się do sieci transmisyjnej niepożądanych sygnałów. Ogranicza się je poprzez stosowanie łączy wysokiej jakości.
• Przepełnienie buforów wyjściowych w węzłach sieci IP. Jest to zjawisko nazywane spiętrzeniem (congestion). Ograniczać je można przez zmniejszenie prędkości nadawania sygnałów ze źródła. Niestety protokół IP nie przewiduje takiego mechanizmu, w związku z tym nadmiarowe pakiety w kolejce są odrzucane.
• Przekroczenie możliwości kanału transmisyjnego sieci

Opóźnienia

Opóźnienie jest to czas potrzebny na dostarczenie pakietu z jednego węzła sieci IP do drugiego. Czas ten zmienia się w trakcie trwania transmisji i może się różnić dla różnych kierunków w sieci. Na jego sumaryczną wartość, składają się:

• Czas propagacji w każdym z łączy na ścieżce - parametr stały w czasie, zależny od ośrodka i zastosowanej technologii.
• Czas serializacji pakietu przy opuszczaniu węzła sieci - opisany zależnością: czas serializacji = długość pakietu w bitach / prędkość interfejsu w bitach na sekundę.
• Czas obróbki pakietu w węźle sieci - zależny od sprzętu, oprogramowania i obciążenia procesora w węźle.
• Opóźnienia w buforach wyjściowych w węzłach sieci - zależne od ilości napływającej informacji do węzła w danej chwili i od szybkości łącza wychodzącego.

Pierwsze dwa parametry mają charakter ograniczeń fizycznych i ich poprawianie przez zastosowanie nowych technologii IP jest niemożliwe. Co najwyżej można ograniczyć ich wpływ przez budowanie sieci szerokopasmowych z małym czasem propagacji sygnału w łączu. Trzeci parametr można ograniczać poprzez stosowanie wydajniejszych algorytmów przetwarzania danych oraz wydajniejszych urządzeń. Parametr czwarty można ograniczyć przez zmianę mechanizmów kolejkowania z FIFO (First In First Out), na bardziej zaawansowane. Ze względu na stałą prędkość łącza nie jest możliwe wysyłanie danych z bufora z różną prędkością. Można jednak pewne dane wysyłać wcześniej od innych. Spowoduje to oczywiście zmniejszenie opóźnień pewnego typu danych np. audio i wideo, a wzrost opóźnień dla pozostałych danych, mniej wrażliwych na wielkość opóźnień.

Jitter - zmienność opóźnień w czasie

Parametr na który szczególnie są wrażliwe sygnały pochodzące od aplikacji czasu rzeczywistego. Zmiany w opóźnieniu wprowadzane są w wyniku zmiennych w czasie warunków transmisji oraz przez buforowanie danych. Wielkość tych zmian jest rzędu dziesiątków milisekund, zatem dla użytkowników innych aplikacji jest zazwyczaj niezauważalna. Chcąc jednak aby sieć IP była przygotowana do transmisji głosu i sygnałów wideo należy ten parametr ograniczać. Możliwe jest to przez zastosowanie zaawansowanych metod kolejkowania uwzględniających zawartość pakietu, a także przez fragmentację pakietów.