Что такое QoS и почему это важно в сети?

Что такое QoS?

QoS или Quality of Service – это управление сетевыми ресурсами для снижения потерь пакетов, а также снижения дрожания и задержки сети. Технология QoS будет управлять ресурсами, назначая различным типам сетевых данных разные уровни приоритета..

QoS обычно применяется в сетях, которые обслуживают трафик, который переносит ресурсоемкие данные, такие как:

• Видео по запросу
• Голос по IP (VoIP)
• Интернет протокол телевидения (IPTV),
• Потоковые медиа
• Видео-конференция
• Онлайн игры

Эти виды данных должны быть переданы в кратчайшие сроки быть расходуемым на приемном конце.

Реальный вариант использования

Чтобы прояснить ситуацию, давайте рассмотрим пример пробки на шоссе в час пик. У всех водителей, сидящих в середине варенья, есть один план – добраться до конечного пункта назначения. И поэтому, в темпе улитки, они продолжают двигаться вперед.

Затем звук сирены скорой помощи предупреждает их о транспортном средстве, которое должно срочно добраться до места назначения – и опередить их. И вот, водители выходят из того, что сейчас становится «машиной скорой помощи»приоритетная очередь,И пусть это пройдет.

Точно так же, когда сеть транспортирует данные, она также имеет настройку, в которой некоторые виды данных обрабатываются предпочтительно над всеми остальными. Пакеты важных данных должны достигать своих пунктов назначения намного быстрее, чем остальные из них, потому что они чувствительны ко времени и «истекают», если они не успеют вовремя.

Почему QoS имеет значение?

Когда-то бизнес-сеть и коммуникационные сети были отдельными объектами. Телефонные звонки и телеконференции обычно обрабатывались RJ11-подключенная сеть; вызовы контролировались системой УАТС. Это бежало отдельно от RJ45-подключенная IP-сеть, связывающая ноутбуки, настольные компьютеры и серверы. Два типа сетей редко пересекаются, если, например, компьютеру не нужна телефонная линия для подключения к Интернету. Пример такой сети будет выглядеть так:

Когда сети передавали только данные, скорость была не столь критична. Сегодня интерактивные приложения, которые передают аудио и видео, должны доставляться по сетям на высоких скоростях без потери пакетов или колебаний скорости доставки..

Теперь люди совершают деловые звонки, используя приложения для видеоконференций, такие как Skype, Zoom и GoToMeeting, которые используют транспортный протокол IP для отправки и получения видео и аудио сообщений. В интересах скоростей эти приложения обходятся без процедур управления транспортировкой, которые обычно используют стандартные передачи данных..

Прежде чем мы углубимся в тему QoS, нам нужно поговорить о RTP.

Что такое RTP?

Транспортный протокол в реальном времени или RTP является стандартом интернет-протокола, который определяет способы управления приложениями при передаче мультимедийных данных в режиме реального времени. Протокол охватывает как одноадресную (один-к-одному), так и многоадресную (один-ко-многим) связь.

RTP чаще используется в интернет-телефонии, где он обрабатывает аудиовизуальные данные в режиме реального времени.

Хотя RTP сам по себе не гарантирует доставку пакетов данных – эта задача обрабатывается коммутаторами и маршрутизаторами – это облегчает управление ими, когда они поступают в сетевые устройства.

QoS является хоп-хоп-транспорт конфигурация реализованы на сетевых устройствах, чтобы они идентифицировали и устанавливали приоритеты RTP-пакетов. Каждое подключенное устройство между отправителем и получателем (ями) также должен быть настроен чтобы понять, что пакет «VIP» и его нужно протолкнуть в приоритетном направлении. Если хотя бы одно из устройств в реле не настроено правильно, QoS не будет работать. Пакеты теряют свой приоритет и замедляются до скорости передачи данных этого устройства.

Что произойдет, если мы не будем использовать QoS?

Отсутствие правильно настроенного QoS может привести к одной (или всем) из следующих проблем:

• Задержка: Если пакетам RTP не назначены требуемые приоритеты, они будут доставлены со скоростями по умолчанию для устройств. В перегруженной сети пакеты должны перемещаться вместе с остальными несрочными пакетами. Хотя задержка сама по себе не повлияет на качество предоставляемых аудиовизуальных данных как таковых, она повлияет на связь между конечными пользователями. При задержке 100 мс они начнут общаться друг с другом, когда пакеты поступают несинхронно, а через 300 мс разговор перестает быть понятным.

• дрожаниеПриложения реального времени удаляют стандартную буферизацию транспортного уровня, поэтому нет механизма для повторной сборки прибывающих пакетов в правильном порядке. Джиттер – это нерегулярная скорость пакетов в сети. Это может привести к тому, что пакет поступит поздно и выйдет из строя. Поскольку приложение не ожидает правильной сборки потока, непоследовательные пакеты отбрасываются, что приводит к искажению или пропускам в доставляемом аудио или видео.
• Потеря пакетаЭто худший сценарий, когда мы обнаруживаем, что ряд (или части) пакетов теряются из-за слишком большой перегрузки на сетевых устройствах. Когда выходная очередь коммутатора или маршрутизатора заполняется, происходит сброс хвоста, когда устройство отбрасывает любые новые входящие пакеты, пока пространство снова не станет доступным.

Во всех случаях, которые мы только что видели, QoS может помочь сортировка данных, управление очередями, и предотвращение потери данных.

Смотрите также: Окончательное руководство по потере пакетов

Не нужно много воображения, чтобы увидеть, как коммуникация и передача мультимедиа или потоковая передача могут быть сильно затронуты, когда мы отказываемся от использования QoS – особенно в сетях, которые обслуживают протоколы RTP. Даже если бы он был идеально спроектирован, в конце концов, связь сначала станет затруднительной, а затем ухудшится по мере роста трафика и, наконец, станет невозможной..

Три ошибки – задержка, дрожание, и потеря пакета – на самом деле настолько важны для определения того, насколько хорошо работает реализация, так что компании-производители программного обеспечения для QoS и мониторинга сети, такие как SolarWinds, используют их как метрики для измерения качества трафика на основе RTP.

Сетевые инструменты для мониторинга QoS

Анализатор трафика SolarWinds NetFlow (БЕСПЛАТНАЯ ПРОБНАЯ ВЕРСИЯ)

Было бы совершенно несправедливо продолжать, не упоминая немного больше об одном из лучшие инструменты мониторинга сети там: SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer.

Этот набор приложений для мониторинга сети помогает решать проблемы, которые могут быть вызваны следующими причинами:

• Медленная сеть: Медленная сеть может удерживать весь бизнес в заложниках, поскольку она продолжает снижать скорость передачи данных. Если не устранить узкие места в сети, вся организация будет испытывать ужасное соединение.
• Вялые аудиовизуальные коммуникации: Бизнес, который не может установить четкий канал связи в своем сетевом канале, будет подорван. Еще хуже то, что неспособность четко общаться со своими клиентами почти наверняка поставит его на колени.
• Неконтролируемые сетиАдминистратор, который не может должным образом контролировать сеть, не сможет узнать о ее текущем состоянии или о том, как составить план ее дальнейшего расширения. Без документирования сети и отслеживания производительности каждого компонента оборудования менеджер сети не может принимать обоснованные решения и, вероятно, усугубит проблемы с производительностью..

Вооружившись анализатором трафика Netflow, сетевой администратор сможет избавиться от проблем, которые мы только что видели:

• Помощь в реализации QoS и его оптимизации –  через обратную связь потока данных
• Подведение итогов и отчетность по текущей конфигурации политики QoS, информирование о проектных решениях.
• Мониторинг использования полосы пропускания чтобы определить, какие приложения и устройства используют ресурсы сети – они могут быть изолированы, перенесены или отключены. Смотрите также: 6 лучших бесплатных инструментов мониторинга пропускной способности

Типичная панель мониторинга Netflow Traffic Analyzer содержит жизненно важную информацию, необходимую администратору для отслеживания состояний и быстрой корректировки настроек. Пример:

Эти отчеты и аналитика включают в себя: задержка, дрожание и потеря пакетов.

Анализатор трафика SolarWinds NetFlowСкачать 30-дневную бесплатную пробную версию на SolarWinds.com

Paessler QoS Мониторинг с PRTG

Другой вариант, который вы можете исследовать для мониторинга QoS, – это Paessler PRTG. Этот набор мониторинга сети имеет специальный раздел, который отслеживает производительность QoS. Эта функция показывает помеченные потоки трафика в режиме реального времени, а также хранит данные для анализа производительности и планирования емкости..

Программное обеспечение PRTG включает в себя четыре датчика слежения, которые охватывают три различные методологии QoS. Они дополняются датчиком Ping Jitter, который отслеживает регулярность доставки пакетов в потоке.

PRTG может отслеживать три типа QoS: стандартный QoS, Cisco IP-SLA и Cisco CBQoS. Трекеры стандарта QoS реализованы в виде одностороннего датчика или датчика двусторонней связи. Эти трекеры могут работать на соединениях через Интернет. Для того, чтобы получить точную запись производительности в пункте назначения, вам необходимо установить датчик в этом удаленном месте для обслуживания одностороннего датчика. Для работы службы туда и обратно необходим отражатель в удаленном месте..

Датчик Cisco IP-SLA предназначен для мониторинга помеченного трафика VoIP в вашей сети. Он регистрирует ряд показателей для трафика вызовов, включая время в оба конца, задержка, дрожание, задержки и средняя оценка мнений (MOS).

Датчик Cisco CBQoS соответствует реализациям качества обслуживания на основе классов. CBQoS – это методология очередей, и если вы хотите ее реализовать, вам придется отслеживать больше точек входа в ваши маршрутизаторы и коммутаторы.. Вы создаете как минимум три виртуальные очереди для каждого устройства, так что есть гораздо больше, чтобы контролировать.

PRTG может автоматически настроить и отобразить всю вашу инфраструктуру. Однако реализации QoS требуют принятия решений, поэтому вам придется самостоятельно настраивать метод, решая, какие типы трафика должны быть приоритетными..

Paessler позволяет вам использовать PRTG бесплатно, если вы активируете максимум 100 датчиков. Если вы увеличите свой размер, вы можете получить 30-дневную бесплатную пробную версию системы, включая монитор QoS.

Как вы настраиваете QoS?

Маршрутизаторы и коммутаторы, которые можно настроить для приоритезации протоколов, обычно доступны из пакетов программного обеспечения для управления маршрутизаторами. Весь процесс настройки вашего предпочтения QoS является довольно простым делом, который включает в себя:

• Вход в приложение и подключение к хабу или переключение через него
• Переход к меню конфигурации QoS
• Установка приоритетов пакетов

И точно так же медиа-пакеты смогут беспрепятственно проходить по сетям. Инженеры Hardcore Network могут выполнять все перечисленные выше задачи через интерфейсы настройки командной строки..

Как расставлены приоритеты RTP-пакетов?

Приоритизация пакетов QoS может быть выполнена двумя основными способами:

• классификация: Этот метод идентифицирует типы пакетов и назначает их приоритет, отмечая их. Идентификация может быть выполнена с использованием ACL (списков контроля доступа), реализаций локальной сети с использованием CoS (класса обслуживания) или с помощью коммутаторов, которые используют аппаратную маркировку QoS..
• Queuing: Очереди – это высокопроизводительные буферы памяти, найденные в маршрутизаторах и коммутаторах. Пакеты, проходящие через них, хранятся в выделенных областях памяти, поскольку они ожидают отправки в пути. Когда протоколам, таким как RTP, назначается более высокий приоритет, они перемещаются в выделенную очередь, которая ускоряет передачу данных, тем самым снижая вероятность потери. Очереди с более низким приоритетом не имеют такой роскоши.

Здесь важно помнить, что пакет приоритетные маркировки действительны только в сети он был создан в. Как только он покидает сеть, владельцы сеть-получатель определит свой новый приоритет.

Мысли, которые следует учитывать при определении приоритетов пакетов

Некоторые мысли и советы, которые могут помочь при принятии решения о том, как расставить приоритеты в пакетах:

• Как правило, это хорошая идея иметь маркировку приоритета, назначенную устройствами, ближайшими к источнику данных Это гарантирует пакеты путешествовать по всей сети с правильным приоритетом.
• устройство выбора для отметки входящих пакетов всегда должно быть коммутатором. Это потому что эти устройства могут балансировать нагрузку трафика и разделить нагрузку с другими коммутаторами, таким образом снижение нагрузки на их процессоры.
• Входящий трафик почти всегда больше, чем тот, который движется в противоположном направлении. Поставщики услуг Интернета обычно назначают меньшую полосу пропускания исходящему трафику своих клиентов, и именно там (на исходящем сетевом пути) необходимо в первую очередь применять QoS.
• У Cisco есть рекомендация о том, как пакеты должны быть помечены, как показано на этой диаграмме:

Наконец, успех реализации QoS всегда зависит от качество политика который определяет, как пакеты классифицируются, помечаются и ставятся в очередь. политика должна быть тщательно разработана для реализации QoS, чтобы быть успешным.

Что не использовать QoS для

После прочтения о QoS может показаться, что это волшебный эликсир, который может вылечить все болезни, которые вызывают перегрузку сети. Ну, в некоторой степени, это может сделать большинство RTP-коммуникаций более плавными и создать впечатление, будто он оптимизировал трафик в сети. К сожалению, это не универсальное решение для каждой проблемы сети.

QoS никогда не следует использовать для следующих целей:

Увеличение пропускной способности

Хотя QoS помогает упростить приоритет пакетов RTP и создать впечатление, что сеть внезапно увеличила пропускную способность, его никогда не следует истолковывать как таковой. QoS никогда не следует использовать в качестве инструмента для «увеличения пропускной способности» когда все, что он делает, это использует существующие ресурсы немного более эффективно (и в пользу пакетов RTP).

Вместо этого рассмотрите возможность кэширования файлов, чтобы уменьшить объем данных, которые приходят и уходят. Если это не работает, то это может означать, что пределы полосы пропускания достигнуты. Когда компания достигает пределов своей широкополосной связи, единственное жизнеспособное, что нужно сделать, это выйти и купить еще немного – не использовать QoS.

Разблокировка сети

Если мошеннические приложения оставлены для работы, и они заканчивают тем, что загружают пропускную способность сети, реализация QoS это не решение. Хотя, наконец, звонки через Skype могут начать проходить, QoS не решит проблему с корнем. В конце концов, мошеннические приложения будут поглощать любые доступные ресурсы, исчерпывая преимущества QoS.

Одним из решений, которое могло бы работать здесь, было бы выискивать приложения, занимающиеся перегрузкой ресурсов, и либо выключать их, либо перепланировать бежать в нерабочее время.

Опять же, вся цель настройки QoS в сети состоит в том, чтобы гарантировать, что видео и аудио вызовы не будут задерживаться (или даже прерываться) из-за перегруженной сети. Это не инструмент, который может реально увеличить пропускную способность. Он не может туннелировать через забитую сеть, либо.

Хорошая реализация QoS улучшит качество и скорость критически важных данных за счет оптимизации выделенной полосы пропускания и облегчения маркировки пакетов, чтобы они идентифицировались и получали назначенные приоритеты. Это использует доступную пропускную способность; это не расширяет его.

Атрибуты изображения:

1.  Художественное изображение Джона Карлайла на Unsplash
2.  «CBX освещает красные и белые автомобильные огни на городской трассе ночью в Реддингсмаркте». на Unsplash
3.  Смешанный дизайн сети – Wikimedia, общественное достояние
4. «Сводка Netflow Traffic Analyzer» – снимок экрана, сделанный 28/05/[year]
5. «Рекомендации Cisco по базовой маркировке QoS» – любезно предоставлено Cisco Systems, Inc. Несанкционированное использование не разрешено (изображение снято 28/05/[year])