Що таке QoS і чому він важливий у роботі з мережами?

Що таке QoS?

QoS або якість обслуговування керує мережевими ресурсами, щоб зменшити втрати пакетів, а також зменшити тремтіння та затримку мережі. Технологія QoS керуватиме ресурсами шляхом призначення різних типів мережевих даних різного рівня пріоритетності.

QoS зазвичай застосовується в мережах, що обслуговують трафік, які несуть в собі ресурсомісткі дані, такі як:

• Відео на замовлення
• Голос через IP (VoIP)
• Інтернет-протокол телебачення (IPTV),
• Потокові ЗМІ
• Відеоконференція
• Інтернет-ігри

Ці види даних потрібно передавати в найкоротші терміни бути витратним на приймальному кінці.

Справа використання реального життя

Щоб зробити речі яснішими, давайте візьмемо приклад пробки на автодорозі в годину пік. Усі водії, що сидять посеред варення, мають один план – доїхати до своїх кінцевих пунктів призначення. І так, з темпом равлики вони продовжують рухатись.

Тоді звук сирени швидкої допомоги оповіщає їх про транспортний засіб, який повинен швидше дістатися до місця призначення – і випередити їх. І так, водії виїжджають з того, що зараз стає швидкою “черга з пріоритетом,І нехай це пройде.

Аналогічно, коли мережа транспортує дані, вона також має налаштування, де деякі види даних обробляються переважно над усіма іншими. Пакети важливих даних повинні дістатися до пунктів призначення набагато швидше, ніж інші, оскільки вони залежать від часу та закінчуються, якщо вони не встигнуть вчасно.

Чому QoS має значення?

Колись мережа бізнесу та мережі зв’язку були окремими об’єктами. За телефонними дзвінками та телеконференціями, як правило, обробляв телефон RJ11-підключена мережа; моніторинг викликів здійснювався системою АТС. Він пролягав окремо від RJ45-підключена мережа IP, яка з’єднувала ноутбуки, настільні ПК та сервери. Два типи мережі рідко перетинають контури, якщо, наприклад, комп’ютеру не потрібна телефонна лінія для підключення до Інтернету. Приклад такої мережі виглядає так:

Коли мережі передавали лише дані, швидкість не була такою критичною. Сьогодні інтерактивні програми, які переносять аудіо та відео, повинні постачатися через мережі з високою швидкістю та без втрати пакетів або коливань швидкості доставки.

Зараз люди здійснюють ділові дзвінки за допомогою програм відеоконференцій, таких як Skype, Zoom та GoToMeeting, які використовують протокол транспорту IP для надсилання та отримання відео- та аудіо-повідомлень. В інтересах швидкості, ці програми обходяться без процедур управління транспортом, які зазвичай використовують стандартні передачі даних.

Перш ніж ми перейдемо до теми QoS, нам потрібно поговорити RTP.

Що таке RTP?

The Транспортний протокол у режимі реального часу або RTP є стандартом інтернет-протоколу, який визначає способи програм керувати передачею мультимедійних даних у режимі реального часу. Протокол охоплює як одноадресні (один на один), так і багатоадресні комунікації (один на багато).

RTP частіше використовується в комунікаціях Інтернет-телефонії, де він обробляє передачу аудіовізуальних даних у режимі реального часу.

Хоча RTP сам по собі не гарантує доставку пакетів даних – це завдання вирішується комутаторами та маршрутизаторами – це полегшує управління ними, як тільки вони надходять у мережеві пристрої.

QoS – це транспорт на скаку конфігурація реалізовані на мережевих пристроях, щоб змусити їх ідентифікувати та визначити пріоритетні пакети RTP. Кожен підключений пристрій між відправником та одержувачем також слід налаштувати щоб зрозуміти, що пакет “VIP”, і його потрібно просунути в смузі пріоритетів. Якщо навіть один з пристроїв у реле не налаштований правильно, QoS не працюватиме. Пакети втрачають пріоритет і сповільнюються до швидкості передачі даних цього пристрою.

Що станеться, якщо ми не використовуємо QoS?

Неправильно налаштований QoS може призвести до виникнення однієї (або всіх) таких проблем:

• Затримка: Якщо пакетам RTP не призначено їх необхідних пріоритетів, вони будуть доставлені з типовою швидкістю пристрою. У перевантаженій мережі пакети повинні подорожувати разом з рештою невідкладних пакетів. Хоча сама затримка не вплине на якість наданих аудіовізуальних даних сама по собі, це вплине на спілкування між кінцевими користувачами. При затримці в 100 м вони почнуть говорити один над одним, коли пакети не синхронізуються, а в 300 м розмова перестає бути зрозумілою.

• Джиттер: Програми в режимі реального часу видаляють стандартну буферизацію транспортного рівня, тому не існує механізму для збирання пакетів, що надходять, у правильному порядку. Джиттер – нерегулярна швидкість пакетів у мережі. Це може призвести до того, що пакет надходить із запізненням та поза послідовністю. Оскільки програма не чекає правильного збирання потоку, з пакетів послідовностей випадає, що призводить до спотворення або прогалин у передачі аудіо чи відео.
• Втрата пакетів: Це найгірший сценарій, коли ми виявляємо, що кількість (або частини) пакетів втрачається через занадто велику перевантаженість мережевих пристроїв. Коли заповнення черги вимикача або маршрутизатора заповнюється, відбувається падіння хвоста, коли пристрій відкидає будь-які нові вхідні пакети, поки знову не з’явиться місце.

У всіх випадках, які ми тільки що бачили, QoS може допомогти сортування даних, керування чергами, і запобігання втрати даних.

Дивись також: Кінцевий посібник щодо втрати пакетів

Не потрібно багато фантазії, щоб побачити, як комунікація та передача або потокове передача медіа можуть сильно вплинути, коли ми відмовилися від використання QoS – особливо в мережах, що обслуговують протоколи RTP. Навіть якщо це було б ідеально спроектовано, з часом спілкування спочатку стане важким, потім погіршиться у міру зростання трафіку та нарешті стане неможливим.

Три несправності – затримка, тремтіння, і втрата пакету – насправді настільки критичні у визначенні того, наскільки добре працює впровадження, що компанії, що виробляють програмне забезпечення QoS та мережеві програми для моніторингу, такі як SolarWinds, використовують їх як показники для вимірювання якості трафіку на основі RTP.

Мережеві інструменти для контролю якості QoS

Аналізатор трафіку SolarWinds NetFlow (БЕЗКОШТОВНИЙ ПЕРІОД ВИПРОБОВУВАННЯ)

Було б абсолютно несправедливо продовжувати, не згадуючи трохи більше про один із найкращі засоби моніторингу мережі там: SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer.

Цей набір програм для моніторингу мережі допомагає вирішити проблеми, які можуть бути викликані:

• Повільна мережа: Повільна мережа може утримувати весь бізнес в заручниках, оскільки вона продовжує знижувати швидкість, з якою надходять дані. Якщо не усунути вузькі місця в мережі, вся організація матиме жахливу зв’язок.
• В’ялі аудіовізуальні комунікації: Бізнес, який не може встановити чіткий канал зв’язку у своєму каналі мережі, буде калік. Ще гірше, що не мати змоги чітко спілкуватися зі своїми клієнтами, майже напевно зведе її на коліна.
• Немоніторингові мережі: Адміністратор, який не може належним чином контролювати мережу, не зможе знати про її поточний стан або про те, як скласти плани щодо свого подальшого розширення. Без документування мережі та відстеження продуктивності кожної частини обладнання менеджер мережі не може приймати обґрунтовані рішення і, ймовірно, посилює проблеми з продуктивністю..

Озброївшись аналізатором трафіку Netflow, мережевий адміністратор зможе позбутися проблем, які ми щойно бачили:

• Допомога в реалізації QoS та його оптимізації –  через зворотний зв’язок потоку даних
• Підведення підсумків та звітування про поточну конфігурацію політики QoS та інформування про проектні рішення.
• Моніторинг використання пропускної здатності щоб визначити, які додатки та пристрої охоплюють мережеві ресурси – їх можна ізолювати, перенести або відключити. Дивіться також: 6 найкращих безкоштовних інструментів контролю пропускної здатності

Типова інформаційна панель аналізатора трафіку Netflow містить життєво важливу інформацію, необхідну адміністратору для моніторингу стану та швидкого коригування налаштувань. Приклад:

Ці звіти та аналітика включають: затримка, тремтіння та втрата пакетів.

SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer Завантажте 30-денний безкоштовний процес на SolarWinds.com

Моніторинг QoS Paessler за допомогою PRTG

Інший варіант, який ви могли б дослідити для моніторингу якості – це Paessler PRTG. Цей набір мережевого моніторингу має спеціальний розділ, який відстежує продуктивність QoS. Ця функція показує позначені вами потоки трафіку в режимі реального часу, а також зберігає дані для аналізу продуктивності та планування потужностей.

Програмне забезпечення PRTG включає чотири датчики відстеження, які охоплюють три різних методології QoS. Вони доповнені датчиком Ping Jitter, який відстежує регулярність доставки пакетів у потоці.

Три типи QoS, які PRTG може відстежувати, – це стандартні QoS, Cisco IP-SLA та Cisco CBQoS. Трекери стандартного QoS реалізуються як датчик в одну сторону або датчик в зворотному напрямку. Ці трекери можуть працювати на з’єднаннях через Інтернет. Для того щоб отримати точний запис результатів роботи в пункті призначення, вам потрібно розмістіть датчик у цьому віддаленому місці для обслуговування одностороннього датчика. Для функціонування туди і назад потрібен рефлектор у віддаленому місці.

IP-SLA датчик Cisco призначений для моніторингу позначеного VoIP-трафіку у вашій мережі. Він записує діапазон показників для трафіку дзвінків, включаючи час у зворотній бік, затримка, тремтіння, затримки та середній показник думок (MOS).

Датчик Cisco CBQoS відповідає якості виконання послуг на основі класу. CBQoS – це методологія встановлення черги, і якщо ви хочете її реалізувати, вам доведеться відслідковувати більше точок входу до ваших маршрутизаторів і комутаторів.. Ви створюєте щонайменше три віртуальних черги для кожного пристрою, тому слід контролювати набагато більше.

PRTG може самостійно налаштувати та скласти всю інфраструктуру. Однак реалізація QoS вимагає прийняття рішень, тож вам доведеться самостійно налаштувати метод, вирішивши, яким типам трафіку потрібно надавати пріоритет.

Paessler дозволяє безкоштовно використовувати PRTG, якщо ви активуєте не більше 100 датчиків. Якщо ви збільшитеся, ви можете отримати 30-денну безкоштовну пробну версію системи, включаючи монітор QoS.

Як налаштувати QoS?

Маршрутизатори та комутатори, які можна налаштувати для визначення пріоритетності протоколів, зазвичай отримують доступ до програмних пакетів для управління маршрутизатором. Весь процес налаштування ваших уподобань QoS є досить простою справою, яка включає:

• Увійти в програму та підключитися до концентратора або перейти через нього
• Перехід до меню конфігурації QoS
• Встановлення параметрів пріоритету пакету

І просто так, медіа-пакети зможуть плавно перетинати мережі. Інженери хардкормережі можуть виконувати всі перераховані вище завдання через інтерфейси конфігураційного командного рядка.

Як пріоритетні пакети RTP?

Пріоритетність QoS-пакетів може бути здійснена за допомогою двох основних методів:

• Класифікація: Цей метод визначає типи пакетів та призначає їх пріоритет, позначаючи їх. Ідентифікація може бути здійснена за допомогою ACL (списки контролю доступу), реалізацій локальної мережі за допомогою CoS (Клас сервісу) або за допомогою комутаторів, які використовують апаратні позначення QoS.
• Черга: Черги – це високоефективні буфери пам’яті, знайдені в маршрутизаторах і комутаторах. Пакети, що проходять через них, зберігаються у виділених областях пам’яті, коли вони чекають, щоб їх відправили в дорогу. Коли протоколам, таким як RTP, присвоюється більший пріоритет, вони переміщуються до спеціальної черги, яка швидше натискає на дані, тим самим зменшуючи шанси на їх скидання. Черги з нижчим пріоритетом не надають такої розкоші.

Тут важливо пам’ятати, що пакет – це Позначення пріоритетів дійсні лише в межах мережі він був створений в. Як тільки він виходить з мережі, власники мережа одержувачів визначить його новий пріоритет.

Думки, які слід враховувати при визначенні пріоритетності пакетів

Деякі думки та поради, які можуть допомогти при визначенні пріоритетності пакетів, включають:

• Це взагалі гарна ідея мають позначення пріоритету, призначені пристроями, найближчими до джерела даних Це забезпечує пакети подорожувати по всій мережі з правильним пріоритетом.
• The Пристрій вибору для маркування вхідних пакетів завжди повинен бути комутатором. Це відбувається тому ці пристрої можуть завантажувати-врівноважувати трафік і таким чином розподілити навантаження разом з іншими комутаторами зменшення навантаження на їх процесори.
• Вхідний трафік майже завжди більший, ніж той, який спрямовується у зворотному напрямку. Постачальники провайдерів зазвичай присвоюють меншу пропускну здатність вихідному трафіку своїх клієнтів, і саме там (на вихідному мережевому шляху) QoS потрібно застосовувати насамперед.
• Cisco має рекомендацію про те, як слід маркувати пакети, як показано на цій схемі:

Нарешті, успіх реалізації QoS завжди залежить від Якість політика що регулює, як пакети класифікуються, маркуються та стоять у черзі. The Політика повинна бути ретельно розроблена для успішної реалізації QoS.

Для чого не використовувати QoS

Після прочитання про QoS може здатися, що це чарівний еліксир, який може вилікувати всі недуги, що спричиняють перевантаженість мережі. Ну, до певної міри, це може зробити більшість RTP-комунікацій більш плавними і зробити це схожим на те, що він впорядкував трафік в мережі. На жаль, це не всебічне рішення кожної мережевої проблеми.

QoS ніколи не слід використовувати для таких цілей:

Збільшення пропускної здатності

Хоча QoS допомагає впорядкувати пріоритет RTP-пакетів і зробити так, що мережа раптово збільшила пропускну здатність, вона ніколи не повинна розглядатися як така. QoS ніколи не слід використовувати як інструмент для “збільшення пропускної здатності” коли все, що він робить, – використовувати наявні ресурси трохи ефективніше (і на користь пакетів RTP).

Натомість, подумайте про кешування файлів, щоб зменшити кількість даних, що надходять та йдуть. Якщо це не працює, то це може означати, що межі пропускної здатності були досягнуті. Коли компанія досягає своїх широкосмугових лімітів, єдине життєздатне, що потрібно зробити, – це вийти і придбати ще трохи – не використовувати QoS.

Розмикання мережі

Якщо негідні програми залишаються запущеними, і вони закінчуються приєднанням пропускної здатності мережі, впровадження QoS не є рішенням. Хоча виклики Skype можуть нарешті почати проходити, QoS не буде вирішувати основну проблему. Врешті-решт, негідні програми поглинуть усі ресурси, що вичерпають, вичерпавши переваги QoS.

Одне рішення, яке могло б працювати тут, було б відслідковуйте програми для випрямлення ресурсів і або закривайте їх, або перекладайте їх бігати протягом години.

Знову ж таки, вся мета налаштування QoS у мережі полягає у тому, щоб переконатися, що відео- та аудіодзвінки не відстають (а то й не відмовляються) через перевантажену мережу. Це не той інструмент, який може реально збільшити пропускну здатність. Він також не може пройти тунель через засмічену мережу.

Хороша реалізація QoS покращить якість та швидкість критично важливих даних за рахунок оптимізації виділеної пропускної здатності та полегшення тегування пакетів, щоб вони були ідентифіковані та отримали призначені їм пріоритети. Він використовує наявну пропускну здатність; це не розширює.

Віднесення зображень:

1.  Популярне зображення Джона Карлайла на Unsplash
2.  “Червоні та білі легкі автомобільні стежки на міському шосе вночі в Рьодінгсмаркт” від CBX. на Unsplash
3.  Дизайн змішаної мережі – Вікімедіа, загальнодоступне надбання
4. “Підсумок аналізатора трафіку Netflow” – знімок екрана, зроблений 28.05.2023
5. “Рекомендації щодо маркування базових ліній Qisco” – Надано Cisco Systems, Inc. Несанкціоноване використання заборонено (Зображення зроблено 28.05.2023)