Какво е QoS и защо е важно в работата в мрежа?

Какво е QoS?

QoS или качеството на услугата управлява мрежовите ресурси, за да намали загубата на пакети, както и за по-ниска трептене и латентност на мрежата. QoS технологията ще управлява ресурсите, като назначава на различните видове мрежови данни различни нива на приоритет.

QoS обикновено се прилага в мрежи, които обслужват трафика, носещи данни, интензивни от ресурси като:

• Видео по поръчка
• Глас през IP (VoIP)
• Интернет протокол телевизия (IPTV),
• Поточни медии
• Видеоконференции
• Онлайн игри

Тези видове данни трябва да бъдат предадени в най-кратки срокове да бъдат консумативи в приемащия край.

Случайна употреба на реалния живот

За да направим нещата по-ясни, нека вземем пример за задръстване по магистрала в час пик. Всички шофьори, които седят в средата на задръстването, имат един план – да стигнат до крайните си дестинации. И така, с темпото на охлюв, те продължават да се движат.

Тогава звукът на сирената на линейката ги предупреждава за превозно средство, което трябва да стигне до местоназначението си по-спешно – и пред тях. И така шофьорите се преместват от това, което сега се превръща в линейката „опашка с приоритет,”И нека да мине.

По подобен начин, когато една мрежа пренася данни, тя също има настройка, при която някакъв вид данни се обработва за предпочитане над всички останали. Пакетите с важни данни трябва да стигнат до дестинациите си много по-бързо от останалите, защото са чувствителни към времето и ще „изтекат“, ако не го направят навреме.

Защо QoS има значение?

Някога мрежата на бизнеса и комуникационните мрежи бяха отделни единици. Обикновено телефонните разговори и телеконференции се обработват от RJ11-свързана мрежа; обажданията бяха следени от PABX система. Тя вървеше отделно от RJ45-свързана IP мрежа, която свързва лаптопи, настолни компютри и сървъри. Двата типа мрежи рядко пресичат пътища, освен ако например компютърът не се нуждае от телефонна линия, за да се свърже с интернет. Пример за такава мрежа би изглеждал:

Когато мрежите пренасяха само данни, скоростта не беше толкова критична. Днес интерактивните приложения, които носят аудио и видео, трябва да се доставят в мрежи с висока скорост и без загуба на пакети или промени в скоростите на доставка.

Сега хората извършват бизнес разговори с помощта на приложения за видеоконференции като Skype, Zoom и GoToMeeting, които използват IP транспортния протокол за изпращане и получаване на видео и аудио съобщения. В интерес на скоростта, тези приложения се справят без процедурите за управление на транспорта, които обикновено използват стандартните трансфери на данни.

Преди да преминем по-нататък в темата за QoS, трябва да поговорим RTP.

Какво е RTP?

Най- Транспортен протокол в реално време или RTP е стандарт за интернет протокол, който урежда начини приложенията да управляват предаването на мултимедийни данни в реално време. Протоколът обхваща както едноадресни (едно към едно), така и многоадресни (едно към много) комуникации.

RTP се използва по-често в интернет телефония за комуникации, където обработва предавания на аудиовизуални данни в реално време.

Докато RTP сам по себе си не гарантира доставката на пакетите с данни – тази задача се справя с комутатори и рутери – това улеснява управлението им след като пристигнат в мрежовите устройства.

QoS е a транспорт с хоп-хоп конфигурация внедрени в мрежовите устройства, за да ги накарат да идентифицират и дават приоритет на RTP пакетите. Всяко свързано устройство между изпращача и получателя (ите) също трябва да бъде конфигуриран за да разберем, че пакетът е „VIP“ и трябва да бъде натиснат заедно в приоритетната лента. Ако дори едно от устройствата в релето не е конфигурирано правилно, QoS няма да работи. Пакетите ще загубят своя приоритет и ще се забавят до скоростта на предаване на данни на това устройство.

Какво се случва, ако не използваме QoS?

Ако правилно конфигуриран QoS може да доведе до един (или всички) от следните проблеми:

• латентност: Когато на RTP пакетите не са зададени необходимите им приоритети, те ще бъдат доставяни със стандартните скорости на устройствата. В претоварена мрежа пакетите трябва да пътуват заедно с останалите неспешни пакети. Въпреки че самата латентност няма да окаже влияние върху качеството на доставените аудиовизуални данни сама по себе си, това ще се отрази на комуникацията между крайните потребители. На 100 м закъснение те ще започнат да говорят един върху друг, когато пакетите пристигнат синхронизирано, а на 300 м разговорът престава да бъде разбираем.

• нервнича: Приложенията в реално време премахват стандартното буфериране на транспортно ниво, така че няма механизъм за сглобяване на пристигащите пакети в правилния ред. Jitter е нередовната скорост на пакетите в мрежа. Това може да доведе до закъснение на пакет и извън последователност. Тъй като приложението не изчаква потока да се сглоби правилно, от пакетите от последователности се изпуска, което води до изкривяване или пропуски в аудиото или видеото се доставят.
• Изгубен пакет: Това е най-лошият сценарий, при който установяваме, че редица (или части) пакети се губят поради твърде много задръствания в мрежовите устройства. Когато се запълни опашката за превключвател или маршрутизатор, възниква опашка, при която устройството изхвърля всички нови входящи пакети, докато отново не стане място.

Във всички случаи, които току-що видяхме, QoS може да помогне от сортиране на данните, управление на опашките, и предотвратяване на загуба на данни.

Вижте също: Крайното ръководство за загуба на пакети

Не е нужно много въображение, за да видим как комуникацията и преносът на медии или поточно предаване могат да бъдат лошо засегнати, когато се откажем да използваме QoS – особено в мрежи, които обслужват RTP протоколи. Дори и да е перфектно проектирана, в крайна сметка комуникацията първо ще стане трудна, след това ще се влоши с нарастването на трафика и накрая ще стане невъзможна.

Трите грешки – латентност, нервнича, и изгубен пакет – всъщност са толкова критични за определяне на това колко добре работи дадена имплементация, че компаниите за производство на софтуер за мониторинг на QoS и мрежи като SolarWinds ги използват като показатели за измерване на качеството на базиран на RTP трафик.

Мрежови инструменти за QoS мониторинг

SolarWinds NetFlow анализатор на трафика (БЕЗПЛАТЕН ПРОБЕН ПЕРИОД)

Би било доста несправедливо да продължим, без да споменаваме малко повече за един от най-добрите инструменти за мониторинг на мрежата там: SolarWinds NetFlow анализатор на трафика.

Този пакет от приложения за мониторинг на мрежата помага за справяне с проблеми, които могат да бъдат причинени от:

• Бавна мрежа: Бавната мрежа може да държи цял бизнес заложник, тъй като продължава да намалява скоростта, с която текат данните. Освен ако не бъдат премахнати затрудненията в мрежата, цялата организация ще изпита ужасна връзка.
• Мудна аудиовизуална комуникация: Бизнес, който не може да установи ясен канал за комуникация в рамките на своя мрежов канал, ще бъде осакатен. Още по-лошото е, че не може да общува ясно с клиентите си, почти сигурно ще го изправи на колене.
• Безконтролни мрежи: Администратор, който не може правилно да следи мрежата, няма да може да знае за текущото й състояние или как да прави планове за бъдещото си разширяване. Без документиране на мрежата и проследяване на работата на всяко оборудване, ръководителят на мрежата не може да взема информирани решения и вероятно ще изостри проблеми с производителността.

Въоръжен с анализатора на трафика на Netflow, мрежовият администратор ще може да се отърве от проблемите, които току-що видяхме от:

• Помощ при внедряването на QoS и нейната оптимизация –  чрез обратна връзка поток от данни
• Изследване и отчитане на текущата конфигурация на политиките на QoS, информиране на дизайнерските решения.
• Наблюдение на използването на честотна лента за да идентифицирате кои приложения и устройства, които свиват мрежови ресурси – те могат да бъдат изолирани, разсрочени или изключени. Вижте също: 6 най-добри безплатни инструмента за наблюдение на честотната лента

Типичното табло за анализиране на трафика на Netflow съдържа жизненоважната информация, която администраторът се нуждае, за да наблюдава състоянията и бързо да прави корекции в настройките. Пример:

Тези доклади и анализи включват: латентност, трептене и загуба на пакети.

SolarWinds NetFlow Traffic AnalyzerDownload 30 дни БЕЗПЛАТНО ПРОБЛЕМ в SolarWinds.com

Мониторинг на Paessler QoS с PRTG

Друг вариант, който бихте могли да проучите за QoS мониторинг, е Paessler PRTG. Този пакет за мониторинг на мрежата има специална секция, която проследява изпълнението на QoS. Тази функция ви показва маркирани потоци от трафик в реално време и също така съхранява данни за анализ на производителността и планиране на капацитета.

Софтуерът PRTG включва четири сензора за проследяване, които покриват три различни методологии на QoS. Те се допълват от Ping Jitter сензор, който проследява редовността на доставката на пакети в поток.

Трите типа QoS, които PRTG може да проследява са стандартни QoS, Cisco IP-SLA и Cisco CBQoS. Проследяващите елементи на стандартния QoS се реализират като еднопосочен сензор или сензор за въртене. Тези тракери могат да работят на връзки през интернет. За да получите точен запис на резултатите на местоназначението, трябва да поставете сензор на това отдалечено място за услугата на еднопосочния сензор. Услугата за обратно движение изисква рефлектор на отдалеченото място, за да функционира.

IP-SLA сензорът на Cisco е посветен на следенето на маркиран VoIP трафик във вашата мрежа. Той регистрира набор от показатели за трафика на разговори, включително време за заден ход, закъснение, трептене, закъснения и средният резултат за мнение (MOS).

Cisco CBQoS сензорът следва качествено изпълнение на услугите, базирани на класа. CBQoS е методология на опашката и ако искате да я приложите, ще трябва да следите повече входни точки към вашите маршрутизатори и комутатори. Създавате поне три виртуални опашки за всяко устройство, така че има много повече за наблюдение.

PRTG може да настрои и картографира цялата ви инфраструктура автоматично. Внедряването на QoS обаче изисква вземане на решения, така че ще трябва да настроите метода сами, като решите кои видове трафик да дадете приоритет.

Paessler ви позволява да използвате PRTG безплатно, ако активирате максимум 100 сензора. Ако отидете по-големи, можете да получите 30-дневна безплатна пробна версия на системата, включително QoS монитора.

Как да конфигурирате QoS?

Рутерите и комутаторите, които могат да бъдат конфигурирани за приоритет на протоколи, обикновено се осъществяват от софтуерни пакети за управление на рутери. Целият процес на конфигуриране на вашите предпочитания за QoS е доста ясен въпрос, който включва:

• Влизане в приложението и свързване към хъба или превключване през него
• Навигиране до менюто за конфигуриране на QoS
• Задаване на предпочитания за приоритет на пакета

И точно така, медийните пакети ще могат да преминават безпроблемно по мрежите. Хардкор мрежовите инженери могат да изпълняват всички изброени по-горе задачи чрез интерфейси за конфигуриране на командния ред.

Как се определят приоритетите на RTP пакетите?

Приоритизирането на пакетите на QoS може да се извърши с помощта на два основни метода:

• класификация: Този метод идентифицира типовете пакети и присвоява техния приоритет, като ги маркира. Идентифицирането може да се извърши с помощта на ACL (списъци за контрол на достъпа), LAN реализации с помощта на CoS (клас на услуга) или с помощта на превключватели, които използват хардуерно базирана QoS маркировка.
• На опашката: Опашките са високоефективни буфери за памет, намиращи се в рутери и комутатори. Пакетите, преминаващи през тях, се съхраняват в специални области за памет, докато чакат да бъдат изпратени на път. Когато протоколи, като например RTP, имат по-висок приоритет, те се преместват в специална опашка, която бута данните с по-бързи темпове, като по този начин намалява шансовете да бъдат изпуснати. Опашките с по-нисък приоритет не си позволяват този лукс.

Важно нещо, което трябва да се помни тук е, че пакетът е маркировките за приоритет са валидни само в мрежата той е създаден в. След като напусне мрежата, собствениците на мрежата получател ще определи своя нов приоритет.

Мисли, които трябва да се вземат предвид при приоритизиране на пакетите

Някои мисли и съвети, които могат да ви помогнат при вземането на решение за приоритет на пакетите, включват:

• Като цяло е добра идея имат маркировка за приоритет, зададена от устройства, най-близки до източника на данните Това гарантира пакетите пътувайте през цялата мрежа с правилния приоритет.
• Най- устройство за избор за маркиране на входящите пакети винаги трябва да бъде превключватели. Това е така, защото тези устройства могат да балансират трафика и по този начин споделяте тежестта с други превключватели намаляване на тежестта върху техните процесори.
• Входящият трафик е почти винаги по-голям от този, който се насочва в обратна посока. Доставчиците на интернет доставчици обикновено присвояват по-малка честотна лента на изходящия трафик на своите клиенти и именно там (на изходящия мрежов път) QoS трябва да се прилага предимно.
• Cisco има препоръка за това как пакетите трябва да бъдат маркирани, както е показано на тази диаграма:

И накрая, успехът на QoS внедряване винаги зависи от качество на политика което управлява как пакетите са класифицирани, маркирани и поставени на опашка. Най- политиката трябва да бъде внимателно изготвена за да бъде успешното внедряване на QoS.

За какво да не използвам QoS

След като прочетете за QoS, може да изглежда, че това е вълшебен еликсир, който може да излекува всички неразположения, които причиняват задръствания в мрежата. Е, до известна степен може да направи повечето RTP комуникации по-гладки и да изглежда така, сякаш е оптимизирал трафика в мрежа. За съжаление, това не е всестранно решение за всеки проблем в мрежата.

QoS никога не трябва да се използва за следните цели:

Увеличаване на честотната лента

Въпреки че QoS помага да се оптимизира приоритетът на RTP пакетите и да изглежда така, че мрежата внезапно увеличи своята честотна лента, тя никога не трябва да се тълкува като такава. QoS никога не трябва да се използва като инструмент за „увеличаване на честотната лента“ когато всичко, което прави, е да използва съществуващите ресурси малко по-ефективно (и в полза на RTP пакетите).

Вместо това обмислете да търсите кеширане на файлове, за да намалите количеството данни, което идва и заминава. Ако това не работи, това може да означава, че са достигнати ограниченията на честотната лента. Когато една компания достигне своите широколентови граници, единственото жизнеспособно нещо е да излезете и да закупите още нещо от нея – да не използвате QoS.

Деблокиране на мрежата

Ако нечестивите приложения се оставят да се стартират и те свършват прескачане на честотната лента на мрежата, внедряване на QoS не е решението. Въпреки че Skype обажданията може най-накрая да започнат да преминават, QoS няма да се справи с основния проблем. В крайна сметка нелоялните приложения ще погълнат каквито и да са ресурси, изчерпвайки предимствата на QoS.

Едно решение, което би могло да работи тук, би било да претърпете приложения за скачане на ресурси и ги изключете или ги разсрочете да работи през часове.

Отново, целта на конфигурирането на QoS в мрежа е да се уверите, че видео и аудио обажданията не изостават (или дори се отказват) поради претоварена мрежа. Това не е инструмент, който всъщност може да увеличи честотната лента. Той също не може да тунелира през запушена мрежа.

Доброто изпълнение на QoS ще подобри качеството и скоростта на критични за мисията данни чрез оптимизиране на разпределената честотна лента и улесняване на маркирането на пакетите, така че те да бъдат идентифицирани и да им се зададат приоритетите им. Той използва наличната честотна лента; не го разширява.

Атрибуции на изображения:

1.  Функционално изображение на Джон Карлайл на Unsplash
2.  „Червени и бели светлинни пътеки за кола през нощта в градска магистрала в Röddingsmarkt“ от CBX. на Unsplash
3.  Дизайн на смесена мрежа – Wikimedia, обществено достояние
4. „Резюме на анализатора на трафик на Netflow“ – екранна снимка, направена на 28/05/[year]
5. „Основни препоръки за маркиране на Cisco за базови линии“ – С любезното съдействие на Cisco Systems, Inc. Неразрешено използване не е разрешено (Изображението е заснето на 28/05/[year])