Czym jest QoS? Jak korzystać z QoS, aby uzyskać większą prędkość Internetu, gdy najbardziej jej potrzebujesz

WebTech360 - W poniższym artykule przedstawimy i pomożemy Ci zrozumieć koncepcję QoS (Quality of Service – jakości usług) na urządzeniach routerowych.

Czym jest QoS?

QoS (skrót od Quality of Service) to sposób kontrolowania priorytetów ruchu w systemie sieciowym. Funkcja ta działa na wszystkich warstwach systemu, ale w tym teście skupimy się na routerach używanych w modelach domowych lub osobistych. Mówiąc dokładniej, QoS wyraźnie zademonstruje swoje działanie w lokalizacjach, w których często występują wąskie gardła (zwane potocznie wąskimi gardłami), a jednocześnie zdecyduje, która część ruchu jest ważniejsza od reszty, na podstawie reguł skonfigurowanych przez użytkownika dotyczących adresów IP, adresów MAC i aktywnych usług.

Przykłady zastosowań QoS w praktyce

Aby to lepiej zrozumieć, weźmy przykład korku na autostradzie w godzinach szczytu. Wszyscy kierowcy na drodze mają jeden cel: dotrzeć do celu. Muszą więc jechać dalej, nawet w ślimaczym tempie.

Następnie dźwięk syreny karetki pogotowia zaalarmował ich o pojeździe, który pilnie musiał dotrzeć do celu i wyprzedzić ich. Kierowcy zjechali więc z drogi – teraz karetka miała „pierwszeństwo przejazdu” – i pozwolili mu przejechać.

Podobnie, gdy sieć przesyła dane, ma również konfigurację, w której niektóre typy danych są traktowane lepiej niż wszystkie inne. Ważne pakiety danych muszą dotrzeć do celu znacznie szybciej niż pozostałe, ponieważ są wrażliwe na czas i „wygasną”, jeśli nie dotrą na czas.

Dlaczego QoS jest ważne?

W dawnych czasach sieci informatyczne i sieci biznesowe były odrębnymi bytami. Połączenia telefoniczne i komunikacja zdalna były zazwyczaj obsługiwane przez sieć połączoną z portem RJ11. Połączenia były monitorowane przez system PABX. Działał on niezależnie od sieci IP połączonej z portem RJ45, która łączyła laptopy, komputery stacjonarne i serwery. Te dwa typy sieci rzadko się przecinały, chyba że na przykład komputer potrzebował linii telefonicznej do połączenia z internetem. Przykład takiej sieci wyglądałby następująco:

Kiedy sieci przesyłały wyłącznie dane, prędkość miała mniejsze znaczenie. Dziś aplikacje interaktywne przesyłające dźwięk i obraz muszą być dostarczane przez sieci z dużą prędkością, bez utraty pakietów i wahań prędkości przesyłu.

Obecnie ludzie prowadzą rozmowy biznesowe za pomocą aplikacji do spotkań online, takich jak Skype, Zoom i GoToMeeting, które wykorzystują protokoły transportowe IP do wysyłania i odbierania wiadomości wideo i audio. Ze względu na szybkość, te ważne aplikacje mogą wykonywać swoją pracę bez procesów administracyjnych, które zazwyczaj wymagają standardowej transmisji danych.

Gdzie zazwyczaj występuje wąskie gardło?

Główny mechanizm operacyjny QoS jest zwykle stosowany, gdy w pewnym momencie lub miejscu w systemie wystąpi wąskie gardło , a najważniejszym czynnikiem są tutaj ustawione parametry związane z przepustowością :

Załóżmy, że ustawienia QoS przekraczają przepustowość oferowaną przez dostawcę usług internetowych. Co się stanie, jeśli ruch na routerze nie będzie priorytetyzowany, ponieważ system „uważa”, że przepustowość jest rozsądna? Tymczasem, jeśli osiągnąłeś limit ustalony przez dostawcę usług internetowych, to on decyduje, co może, a co nie może być kontynuowane.

Poza tym, jeśli ustawisz poziom przepustowości QoS niższy niż standard dostawcy usług internetowych, tworzysz „sztuczne” wąskie gardło, a my możemy je kontrolować, monitorować i obserwować poprzez router.

Oto kilka punktów, na które należy zwrócić uwagę, aby zapewnić stabilność systemu, w tym ustawienia łącza w górę i łącza w dół :

Zacznijmy od sprawdzenia średniej prędkości naszego połączenia u dostawcy usług internetowych. W tym celu możesz skorzystać z dostępnych usług wsparcia online, takich jak Speakeasy Speed ​​Test i SpeedTest :

Zgodnie z zaleceniami ekspertów, a także wielu doświadczonych użytkowników, aby zapewnić efektywne działanie systemu, należy ustawić QoS na około 85% wartości uzyskanej w teście. Po ustaleniu prędkości łącza w górę i w dół , należy stopniowo zwiększać ją o około 1-2% . W niektórych szczególnych przypadkach użytkownicy mogą zwiększyć ją nawet do 95% , zapewniając jednocześnie wydajność systemu bez żadnych efektów ubocznych.

Co się stanie, jeśli w sieci nie będzie używana funkcja QoS?

Brak prawidłowej konfiguracji QoS może prowadzić do wystąpienia jednego (lub wszystkich) z następujących problemów:

Opóźnienie

Gdy pakiety RTP nie mają przypisanego priorytetu, są dostarczane z domyślną szybkością urządzenia. W przeciążonej sieci pakiety muszą być przesyłane wraz z pozostałymi pakietami niepilnymi. Chociaż samo opóźnienie sieciowe nie wpływa na jakość dostarczanych danych audiowizualnych, to jednak wpływa na komunikację między użytkownikami końcowymi. Przy opóźnieniu 100 ms jedna osoba zacznie mówić za drugą, ponieważ pakiety będą docierać niesynchronicznie, a przy opóźnieniu 300 ms rozmowa stanie się niezrozumiała.

Drganie

Aplikacje czasu rzeczywistego eliminują standardowe buforowanie na poziomie transportu, przez co nie istnieje mechanizm ponownego składania pakietów przychodzących we właściwej kolejności. Jitter to nieregularna szybkość, z jaką pakiety docierają do sieci. Może to powodować, że pakiety docierają z opóźnieniem i w niewłaściwej kolejności. Ponieważ aplikacja nie czeka na prawidłową kolejność strumienia, pakiety nie znajdujące się w właściwej kolejności są odrzucane, co powoduje zniekształcenia lub przerwy w dostarczanym dźwięku lub obrazie.

Utrata pakietów

To najgorszy scenariusz, w którym część (lub część) pakietów zostaje utracona z powodu nadmiernego przeciążenia urządzeń sieciowych. Gdy kolejka wyjściowa przełącznika lub routera jest pełna, następuje tzw. „upuszczenie ogona”, w którym urządzenie odrzuca wszystkie nowe pakiety, dopóki pojemność nie zostanie ponownie udostępniona.

We wszystkich przedstawionych przez Ciebie przypadkach QoS może okazać się pomocny w planowaniu przesyłu danych, zarządzaniu kolejkami i zapobieganiu utracie danych.

Nietrudno sobie wyobrazić, jak bardzo komunikacja i strumieniowanie multimediów mogłyby zostać zakłócone bez QoS – zwłaszcza w sieciach obsługujących protokół RTP. Nawet jeśli QoS jest perfekcyjnie zaprojektowany, w końcu komunikacja najpierw stanie się utrudniona, potem pogorszy się wraz ze wzrostem ruchu sieciowego, a w końcu stanie się niemożliwa.

Trzy wyżej wymienione błędy są w rzeczywistości bardzo istotne przy określaniu jakości ruchu opartego na protokole RTP, którą firmy oferujące oprogramowanie do monitorowania jakości usług i sieci, takie jak SolarWinds, wykorzystują jako wskaźnik.

Narzędzia sieciowe do monitorowania QoS

SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer (bezpłatna wersja próbna)

Byłoby niesprawiedliwe nie wspomnieć pokrótce o jednym z najlepszych narzędzi do monitorowania sieci: SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer.

Ten pakiet narzędzi do monitorowania sieci pomaga rozwiązywać problemy, które mogą być spowodowane przez:

- Wolna sieć : Wolna sieć może mieć negatywny wpływ na firmę, ponieważ stale obniża prędkość transferu danych. Jeśli wąskie gardła sieciowe nie zostaną usunięte, cała organizacja będzie miała problemy z łącznością.

- Powolna komunikacja : Firma, która nie stworzy jasnego kanału komunikacji w swojej sieci, zostanie sparaliżowana. Co gorsza, brak jasnej komunikacji z klientami niemal na pewno wpędzi firmę w kłopoty.

- Sieć niemonitorowana : Administratorzy, którzy nie mogą odpowiednio monitorować swoich sieci, nie będą w stanie poznać ich aktualnego stanu ani zaplanować przyszłej rozbudowy. Bez monitorowania sieci i śledzenia wydajności każdego urządzenia, menedżerowie sieci nie mogą podejmować świadomych decyzji i mogą zaostrzyć problemy z wydajnością sieci.

Wyposażeni w Netflow Traffic Analyzer administratorzy sieci będą mogli rozwiązywać często spotykane problemy, ponieważ narzędzie to pomaga:

• Pomaga wdrożyć QoS i zoptymalizować go – poprzez sprzężenie zwrotne przepływu danych
• Przegląd i raport na temat bieżącej konfiguracji zasad QoS, informując o decyzjach projektowych.
• Monitoruj użycie pasma, aby ustalić, które aplikacje i urządzenia wykorzystują zasoby sieciowe. Możesz je odizolować, przeplanować lub wyłączyć.

Typowy panel Netflow Traffic Analyzer zawiera ważne informacje, których administratorzy potrzebują do monitorowania statusów i szybkiej zmiany ustawień. Przykład:

Raporty i analizy obejmują: opóźnienie, drgania i utratę pakietów.

Paessler PRTG

Inną opcją monitorowania QoS jest Paessler PRTG. Ten zestaw narzędzi do monitorowania sieci posiada dedykowaną sekcję do monitorowania wydajności QoS. Funkcja ta pokazuje w czasie rzeczywistym otagowane przepływy ruchu, a także zapisuje dane do analizy wydajności i planowania przepustowości.

Oprogramowanie PRTG zawiera 4 czujniki monitorujące, obejmujące 3 różne metody QoS. Uzupełnia je czujnik Ping Jitter, który monitoruje regularność dostarczania pakietów w ramach przepływu.

PRTG może monitorować trzy typy QoS: Standard QoS, Cisco IP-SLA i Cisco CBQoS. Monitory Standard QoS są implementowane jako czujniki jednokierunkowe lub czujniki Round Trip. Monitory te mogą działać na połączeniach przez Internet.

Czujnik Cisco IP-SLA został zaprojektowany specjalnie do monitorowania ruchu VoIP z tagami w sieci. Rejestruje on szereg metryk ruchu głosowego, w tym opóźnienie w obie strony, opóźnienie, jitter oraz średni wynik opinii (MOS).

Czujnik Cisco CBQoS wykorzystuje implementację QoS opartą na klasach. CBQoS to metoda kolejkowania i aby ją wdrożyć, konieczne będzie monitorowanie wielu punktów wejścia na routerach i przełącznikach. Dla każdego urządzenia tworzone są co najmniej 3 wirtualne kolejki, co zwiększa liczbę punktów do monitorowania.

PRTG może automatycznie skonfigurować i zmapować całą infrastrukturę sieciową. Wdrożenie QoS wymaga jednak podejmowania decyzji, dlatego będziesz musiał samodzielnie skonfigurować tę metodę, decydując, które typy ruchu sieciowego mają być priorytetyzowane.

Paessler pozwala na bezpłatne korzystanie z PRTG, jeśli aktywujesz do 100 czujników. Jeśli potrzebujesz więcej, możesz wypróbować system za darmo przez 30 dni, co obejmuje monitorowanie QoS.

Jak skonfigurować QoS?

Routery kablowe i przełączniki można skonfigurować tak, aby nadawały priorytet protokołom, do których zazwyczaj uzyskuje dostęp oprogramowanie do zarządzania routerem. Cały proces konfiguracji opcji QoS jest dość prosty i obejmuje:

• Zaloguj się do aplikacji i połącz się z hubem lub przełącz się za jego pośrednictwem
• Przejdź do menu konfiguracji QoS
• Ustaw opcje priorytetu pakietu

Dzięki temu pakiety multimedialne będą mogły płynnie przepływać przez sieć. Doświadczeni inżynierowie sieciowi mogą wykonywać wszystkie wymienione powyżej zadania za pomocą interfejsu konfiguracyjnego wiersza poleceń.

W jaki sposób ustalane są priorytety pakietów RTP?

Priorytetyzacja pakietów QoS może być realizowana za pomocą dwóch głównych metod:

- Klasyfikacja : Ta wydajna metoda identyfikuje typy pakietów i przypisuje im priorytet poprzez ich oznaczenie. Identyfikacja może odbywać się za pomocą list kontroli dostępu (ACL), implementacji sieci LAN z wykorzystaniem CoS (klasy usługi) lub za pomocą przełączników wykorzystujących sprzętowe oznaczanie QoS.

Kolejki : Kolejki to bufory pamięci o wysokiej wydajności, znajdujące się w routerach i przełącznikach. Pakiety przechodzące przez nie są przechowywane w dedykowanych obszarach pamięci w oczekiwaniu na wysłanie. Gdy protokoły, takie jak RTP, otrzymują wyższy priorytet, są one przenoszone do dedykowanej kolejki, która przesyła dane szybciej, zmniejszając w ten sposób ryzyko ich utraty. Kolejki o niższym priorytecie nie są traktowane w ten sposób.

Ważną rzeczą, o której należy pamiętać, jest to, że oznaczenie priorytetu pakietu obowiązuje wyłącznie w sieci, w której został utworzony. Po opuszczeniu sieci przez pakiet, właściciel sieci odbierającej ustala jego nowy priorytet.

Rzeczy, które należy wziąć pod uwagę przy ustalaniu priorytetów pakietów

Oto kilka wskazówek, które mogą okazać się pomocne przy ustalaniu priorytetów pakietów:

– Generalnie dobrym pomysłem jest przypisanie znaczników priorytetu urządzeniom znajdującym się najbliżej źródła danych. Gwarantuje to, że pakiety będą przesyłane przez całą sieć z odpowiednim priorytetem.

- Urządzenie wybrane do oznaczania pakietów przychodzących powinno zawsze być przełącznikiem. Wynika to z faktu, że urządzenia te mogą równoważyć obciążenie ruchem w sieci i dzielić się obciążeniem z innymi przełącznikami, zmniejszając w ten sposób obciążenie procesorów.

- Ruch przychodzący jest prawie zawsze większy niż ruch wychodzący. Dostawcy usług internetowych zazwyczaj przydzielają mniejszą przepustowość ruchowi wychodzącemu klientów i to właśnie tam (na ścieżce sieciowej wychodzącej) należy głównie stosować QoS.

Firma Cisco zaleca sposób oznaczania pakietów, zgodnie z poniższym schematem:

Ostatecznie, sukces wdrożenia QoS zawsze zależy od jakości polityki regulującej sposób klasyfikowania, oznaczania i kolejkowania pakietów. Polityka ta musi być starannie opracowana, aby wdrożenie QoS zakończyło się sukcesem.

Do czego nie należy stosować QoS?

Po zapoznaniu się z QoS, możesz pomyśleć o nim jako o panaceum na przeciążenie sieci. Do pewnego stopnia QoS może usprawnić większość komunikacji RTP i pozornie usprawnić ruch sieciowy. Niestety, QoS nie jest uniwersalnym rozwiązaniem każdego problemu sieciowego.

Nigdy nie używaj QoS w następujących celach:

Zwiększ przepustowość

Chociaż QoS pomaga priorytetyzować pakiety RTP i sprawia wrażenie, że sieć nagle zwiększa przepustowość, nigdy nie należy tego tak interpretować. QoS nigdy nie powinien być używany jako narzędzie do „zwiększania przepustowości”, ponieważ jego jedynym celem jest nieco bardziej efektywne wykorzystanie istniejących zasobów (i na korzyść pakietów RTP).

Zamiast tego rozważ buforowanie plików, aby zmniejszyć ilość przesyłanych danych. Jeśli to nie zadziała, oznacza to, że limit przepustowości został osiągnięty. Gdy firma osiągnie limit przepustowości, jedynym sensownym rozwiązaniem jest zakup dodatkowego sprzętu sieciowego, a nie korzystanie z QoS.

Zapobiegaj przeciążeniom sieci

Jeśli niektóre aplikacje nadal działają i powoli zużywają przepustowość sieci, wdrożenie QoS nie jest rozwiązaniem. Choć połączenia Skype mogą w końcu zacząć działać, QoS nie rozwiąże problemu. Ostatecznie aplikacje „pochłoną” wszystkie dostępne zasoby, niwelując korzyści płynące z QoS.

Rozwiązaniem, które może się tu sprawdzić, jest wyszukanie aplikacji intensywnie korzystających z zasobów i wyłączenie ich lub przeplanowanie ich tak, aby działały poza godzinami pracy.

Ponownie, głównym celem konfiguracji QoS w sieci jest zapewnienie, że strumieniowe połączenia audio i wideo nie będą się opóźniać (a nawet zawieszać) z powodu przeciążenia sieci. QoS nie jest narzędziem, które faktycznie zwiększa przepustowość. Nie poradzi sobie również z przeciążoną siecią.

Dobra implementacja QoS poprawia jakość i szybkość transmisji danych krytycznych poprzez optymalizację przydzielonej przepustowości, ułatwienie oznaczania pakietów w celu ich identyfikacji oraz nadanie im określonych priorytetów. QoS wykorzystuje dostępną przepustowość, ale jej nie rozszerza.

Często zadawane pytania dotyczące QoS w sieciach

Jaka jest różnica pomiędzy QoS a ograniczaniem przepustowości sieci?

Ograniczanie przepustowości, znane również jako kontrola, polega na ustaleniu ogólnego limitu przepustowości ruchu i ograniczeniu nadmiarowego ruchu. QoS to metoda nadawania priorytetu pewnemu ruchowi i stosowania kolejkowania, co maksymalizuje przepustowość dla pewnego ruchu kosztem przepustowości dla innego.

Jaka jest główna rola DSCP w QoS?

Punkt kodowy DSCP (Differentiated Services Code Point) pojawia się w nagłówku pakietu. Jest to możliwość na poziomie pakietu, aby zażądać priorytetu od oprogramowania zarządzającego QoS na urządzeniach sieciowych. Menedżer sieci może włączyć lub wyłączyć wykrywanie DSCP na urządzeniu, więc tę wartość można zignorować na rzecz innej metody kolejkowania QoS.

Czy możesz wyjaśnić kształtowanie ruchu w ramach QoS?

Kształtowanie ruchu to metoda wykorzystywana przez QoS do optymalnego wykorzystania przepustowości sieci. Wszystkie sieci doświadczają szczytowego zapotrzebowania, a tradycyjne planowanie przepustowości wymaga zapewnienia przepustowości w szczycie obciążenia z marginesem bezpieczeństwa. Kształtowanie ruchu QoS wprowadza niewielkie opóźnienia w określonym ruchu, aby umożliwić sieci o przepustowości mniejszej niż szczytowe zapotrzebowanie na obsługę całego ruchu.

Powodzenia!