QoS

Обеспечение достаточного качества обслуживания (QoS) в сетях IP становится все более важным аспектом современной ИТ-инфраструктуры.

Не весь интернет-трафик равен. Потоковое видео высокой четкости или принятие Skype-звонка, вероятно, более важно для вас, чем загрузка большого файла. Функция QoS (качество обслуживания) на вашем маршрутизаторе позволяет определять приоритеты в отношении процессов, которые для вас важны, чтобы они происходили быстрее.

Кроме того, многие из последних онлайн-сервисов требуют высокой пропускной способности и производительности сети. Производительность сети является элементом, вызывающим озабоченность как у пользователя, так и у поставщика услуг. Поставщикам интернет-услуг необходимо применять методы и технологии для обеспечения наилучшего обслуживания, прежде чем их конкуренты отодвинут их.

Основной задачей качества обслуживания является обеспечение приоритета сетей, включая выделенную пропускную способность, контролируемый джиттер, низкую задержку и улучшенные характеристики потерь. Его технологии обеспечивают элементарные строительные блоки, которые будут использоваться для будущих бизнес-приложений в университетских городках, глобальных сетях и сетях поставщиков услуг.

Почему QoS важно?

Некоторые приложения, запущенные в вашей сети, чувствительны к задержке. Эти приложения обычно используют протокол UDP в отличие от протокола TCP. Ключевое различие между TCP и UDP в том, что касается временной чувствительности, заключается в том, что TCP будет повторно передавать пакеты, которые теряются во время транзита, в то время как UDP этого не делает. Для передачи файлов с одного ПК на другой следует использовать TCP, потому что, если какие-либо пакеты теряются, искажаются или выходят из строя, TCP-протокол может повторно передавать и переупорядочивать пакеты для воссоздания файла на конечном ПК.

Но для приложений UDP, таких как IP-телефон, любой потерянный пакет нельзя повторно передать, поскольку голосовые пакеты входят в виде упорядоченного потока; пересылающие пакеты бесполезны. Из-за этого любые потерянные или запаздывающие пакеты для приложений, работающих по протоколу UDP, являются реальной проблемой. Потеря даже нескольких пакетов в голосовом вызове  приведет к тому, что качество голоса станет изменчивым и непонятным. Кроме того, пакеты чувствительны к так называемому джиттеру. Джиттер - это вариация задержки приложения потока.

Если ваша сеть имеет большую пропускную способность и нет трафика, который всплескивает выше того, что он может обрабатывать, у вас не будет проблемы с потерей пакетов, задержкой или джиттером. Но во многих корпоративных сетях будут случаи, когда соединения перегружаются до того момента, когда маршрутизаторы и коммутаторы начинают отбрасывать пакеты, потому что они входят/выходят быстрее чем можно обработать. Если это так, ваши потоковые приложения будут страдать. Именно здесь приходит QoS.

Как работает QoS?

По сути, QoS позволяет вам лучше обслуживать определенные потоки. Это делается путем либо повышения приоритета потока, либо ограничения приоритета другого потока. При использовании средств управления перегрузками вы пытаетесь повысить приоритет потока, очередей и обслуживания по-разному. Средство управления очередью, используемое для предотвращения перегрузки, повышает приоритет, снижая потоки с более низким приоритетом перед потоками с более высоким приоритетом. Полирование и формирование обеспечивают приоритет потока, ограничивая пропускную способность других потоков. Инструменты эффективности линков ограничивают большие потоки, чтобы показать предпочтение небольших потоков.

Для базовой реализации QoS существуют три основных компонента:

•   Методы идентификации и маркировки для координации QoS от конца до конца между сетевыми элементами

•   QoS в пределах одного сетевого элемента

•   QoS, управление и учетные функции для управления и администрирования сквозного трафика по сети.

Два наиболее распространенных инструментария QoS, используемые для обработки трафика, - это классификация и очередность. Классификация идентифицирует и маркирует трафик, чтобы сетевые устройства знали, как идентифицировать и распределять приоритеты по мере прохождения сети. Очереди - это буферы в устройствах, на которых хранятся данные, подлежащие обработке. Очереди предоставляют резервирование полосы пропускания и приоритизацию трафика при входе или выходе из сетевого устройства. Если очереди не опустошены, они переполняют и удаляют трафик.

Технология WRED (взвешенная случайная ранняя отбрасывание) обеспечивает механизм предотвращения переполнения, который снизит данные TCP с более низким приоритетом, чтобы попытаться защитить данные более высокого приоритета от неблагоприятных последствий перегрузки.

Наконец, связанные с привязкой инструменты фрагментации и сжатия используются в сетях с более низкой пропускной способностью, чтобы гарантировать, что приложения реального времени не страдают от высокого дрожания и задержки.

Поток пакетов через типичную политику QoS:

Очереди

Существует несколько типов очередей, встроенных в сетевые устройства. Для устройств Cisco двумя наиболее распространенными являются очереди приоритетов (PQs) и взвешенная честная очередь на основе классов (CBWFQ). Очереди приоритетов предназначены для использования с пакетами, которые требуют обработки с малой задержкой и низким уровнем дрожания. PQs откажутся от любой переподписки во время перегрузки. CBWFQ предназначен для массового и транзакционного трафика, который не является чувствительным к времени, потерям или дрожанию. Каждая очередь может указать зарезервированную полосу пропускания, которая, как гарантируется, будет доступна для использования этим классом во время перегрузки. Наконец, глубина очереди также может быть настроена так, чтобы пакеты трафика могли обрабатываться очередью.

Механизмы предотвращения переполнения, такие как WRED, могут использоваться для удаления пакетов, поскольку очереди заполняются для того, чтобы дросселировать приложения на основе TCP. Это детерминированное падение трафика для классовых очередей может уменьшить вероятность перегрузки для всех приложений. Эти настройки используют маркировку DSCP для определения приоритета пакетов, которые должны быть сброшены до того, как очередь будет заполнена.

Shaping и Policing

Policing включает в себя проверку скорости передачи пакетов для конкретной классификации потоков, чтобы определить, соответствует ли она заданным настройкам скорости. Policing проверит, есть ли избыточный трафик, и если есть, он может отбросить пакеты, чтобы соответствовать указанной ставке.

Policing может также указывать пороговые значения для превышения, а также нарушения и может принимать меры, которые включают в себя маркировку значений DSCP, а не просто удаление пакетов. Markdown включает в себя изменение значения DSCP в IP-пакете на основе условий потока, что изменяет приоритет пакетов при их перемещении по сети.

Формирование (Shaping) включает в себя задержку пакетов, которые превышают порог, определенный программным обеспечением. Если больше данных пытается отправить, чем сформированный порог, пакеты хранятся в буфере до более позднего времени, когда они могут быть отправлены. Это приводит к сглаживанию всплесков, но, в отличие от Policing, Shaping будет пытаться не отбрасывать пакеты в процессе. Политики очереди могут быть назначены в буфер формы для приоритезации приложений по мере их выхода из буфера. Однако, если есть перегрузка или большой объем трафика, буфер может переполняться, вызывая упавшие пакеты.

Выводы

QoS может быть сложным и утомительным набором технологий для развертывания и проверки. Перед развертыванием QoS необходимо планировать инструменты, доступные персоналу для выполнения важнейших функций. Внедрение QoS требует широкого спектра функций от мониторинга и анализа до конфигурации и тестирования. Бюджетирование для развертывания QoS должно включать финансирование программных средств сетевого управления. Эти инструменты обеспечат точную и эффективную разработку политики QoS и позволят глубже понять сетевую среду для планирования, настройки и устранения неполадок.