Что такое QoS? Как использовать QoS для более высокой скорости интернета, когда это особенно необходимо

WebTech360 - В статье ниже мы познакомим вас с концепцией QoS (качества обслуживания на маршрутизаторах) и поможем вам ее изучить.

Что такое QoS?

QoS (сокращение от Quality of Service) — это способ управления приоритетом трафика в сетевой системе. Эта функция работает на всех уровнях системы, но в данном тесте мы сосредоточимся на маршрутизаторах, используемых в домашних или персональных моделях. В частности, QoS наглядно продемонстрирует своё влияние в местах, где часто возникают узкие места (или их обычно называют узкими местами), и одновременно определит, какая часть трафика важнее остального, на основе правил, установленных пользователем для IP-адресов, MAC-адресов, активных сервисов...

Примеры использования QoS на практике

Чтобы лучше понять это, давайте рассмотрим пример пробки на шоссе в час пик. У всех водителей на дороге одна цель — добраться до конечного пункта. Поэтому им приходится продолжать движение, пусть даже черепашьим шагом.

Затем звук сирены скорой помощи оповестил их о машине, которой нужно было срочно добраться до места назначения и которая должна была ехать впереди. Поэтому водители уступили дорогу — теперь это было «право преимущественного проезда» скорой помощи — и пропустили её.

Аналогично, при передаче данных в сети одни типы данных обрабатываются лучше, чем другие. Важные пакеты данных должны достигать пункта назначения гораздо быстрее остальных, поскольку они чувствительны ко времени и «истекают», если не дойдут вовремя.

Почему важно QoS?

Раньше информационные и деловые сети были отдельными сущностями. Телефонные звонки и удалённая связь обычно осуществлялись через сеть с разъёмом RJ11. Вызовы отслеживались системой офисной АТС (PABX). Она работала отдельно от IP-сети с разъёмом RJ45, соединявшей ноутбуки, настольные компьютеры и серверы. Эти два типа сетей редко пересекались, за исключением случаев, когда компьютеру требовалась телефонная линия для подключения к Интернету. Пример такой сети выглядит следующим образом:

Когда сети передавали только данные, скорость была менее важна. Сегодня интерактивные приложения, передающие аудио и видео, должны доставляться по сетям на высоких скоростях, без потери пакетов и колебаний скорости доставки.

Сегодня деловые звонки совершаются с помощью приложений для онлайн-конференций, таких как Skype, Zoom и GoToMeeting, которые используют транспортные IP-протоколы для отправки и получения видео- и аудиосообщений. Для повышения скорости эти важные приложения могут выполнять свою работу без административных процедур, которые обычно требуются для стандартной передачи данных.

Где обычно возникает узкое место?

Основной рабочий механизм QoS обычно применяется, когда в определенное время или в определенном месте системы возникает узкое место , и основным фактором здесь являются устанавливаемые вами параметры, связанные с пропускной способностью :

Предположим, ваши настройки QoS превышают пропускную способность, предоставляемую вашим интернет-провайдером. Что произойдёт, если трафик вашего маршрутизатора не будет приоритетным, поскольку система «считает», что пропускная способность разумна ? Если же вы достигли лимита, установленного вашим интернет-провайдером, именно он будет решать, что можно продолжать, а что нельзя.

Кроме того, если вы устанавливаете уровень пропускной способности QoS ниже стандарта интернет-провайдера, это означает, что вы создаете «искусственное» узкое место, и мы можем контролировать, контролировать и наблюдать за ними через маршрутизатор.

Некоторые моменты, которые следует учитывать для обеспечения стабильности системы, включая настройки восходящего и нисходящего каналов :

Давайте начнём с проверки средней скорости нашего интернет-провайдера. Для этого вы можете воспользоваться онлайн-сервисами, такими как Speakeasy Speed ​​Test и SpeedTest :

Согласно рекомендациям экспертов и многих опытных пользователей, для обеспечения эффективной работы системы следует установить QoS на уровне около 85% от значения, полученного в ходе тестирования. После определения скорости восходящего и нисходящего каналов следует постепенно увеличивать её примерно на 1-2% каждый раз. В некоторых особых случаях пользователи могут увеличить её до 95% , при этом система по-прежнему будет обеспечивать производительность без каких-либо побочных эффектов.

Что произойдет, если в сети не используется QoS?

Неправильная настройка QoS может привести к одной (или всем) из следующих проблем:

Задерживать

Если RTP-пакетам не назначен приоритет, они доставляются со скоростью, установленной по умолчанию для устройства. В перегруженной сети эти пакеты вынуждены передаваться вместе с остальными несрочными пакетами. Хотя сама по себе задержка сети не влияет на качество передаваемых аудиовизуальных данных, она влияет на связь между конечными пользователями. При задержке в 100 мс один человек начнет говорить поверх другого из-за рассинхронизации пакетов, а при 300 мс разговор станет неразборчивым.

Джиттер

Приложения реального времени исключают стандартную буферизацию на транспортном уровне, поэтому отсутствует механизм повторной сборки входящих пакетов в правильном порядке. Джиттер — это нерегулярная скорость поступления пакетов в сеть. Он может привести к задержке и нарушению последовательности пакетов. Поскольку приложение не дожидается правильного порядка потоков, пакеты, пришедшие не по порядку, отбрасываются, что приводит к искажению или пропуску звука или видео.

Потеря пакетов

Это наихудший сценарий, при котором часть (или часть) пакетов теряется из-за чрезмерной нагрузки на сетевые устройства. Когда выходная очередь коммутатора или маршрутизатора заполнена, происходит отбрасывание хвоста, когда устройство отбрасывает все новые пакеты до тех пор, пока пропускная способность снова не освободится.

Во всех случаях, которые вы только что рассмотрели, QoS может помочь в планировании данных, управлении очередями и предотвращении потери данных.

Нетрудно представить, насколько серьёзно могут пострадать связь и потоковая передача мультимедиа без QoS, особенно в сетях, использующих протокол RTP. Даже при идеальной архитектуре связь со временем сначала станет затруднительной, затем ухудшится по мере роста трафика и, наконец, станет невозможной.

Три ошибки, упомянутые выше, на самом деле очень важны для определения качества трафика на основе RTP, который компании, занимающиеся разработкой программного обеспечения для QoS и сетевого мониторинга, такие как SolarWinds, используют в качестве метрики.

Сетевые инструменты для мониторинга QoS

Анализатор трафика SolarWinds NetFlow (бесплатная пробная версия)

Было бы совершенно несправедливо продолжить, не упомянув немного больше об одном из лучших инструментов для мониторинга сетей: SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer.

Этот пакет сетевого мониторинга помогает решить проблемы, которые могут быть вызваны:

– Медленная сеть : Медленная сеть может негативно повлиять на работу компании, поскольку она продолжает снижать скорость передачи данных. Если не устранить узкие места в сети, вся организация будет испытывать проблемы со связью.

- Медленная коммуникация : компания, не сумевшая наладить чёткий канал коммуникации в своей сети, будет парализована. Хуже того, отсутствие чёткой коммуникации с клиентами почти наверняка приведёт к проблемам.

- Неконтролируемая сеть : администраторы, которые не могут должным образом контролировать свои сети, не смогут оценить их текущее состояние или спланировать будущее расширение сети. Без мониторинга сети и отслеживания производительности каждого устройства сетевые администраторы не смогут принимать обоснованные решения и, вероятно, усугубят проблемы с производительностью сети.

Используя Netflow Traffic Analyzer, сетевые администраторы смогут решать часто встречающиеся проблемы, поскольку этот инструмент помогает:

• Помогает реализовать QoS и оптимизировать его — посредством обратной связи по потоку данных
• Просматривайте и сообщайте о текущей конфигурации политики QoS, информируя о решениях по проектированию.
• Контролируйте использование полосы пропускания, чтобы определить, какие приложения и устройства потребляют сетевые ресурсы — их можно изолировать, перепланировать или отключить.

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

Эти отчеты и аналитика включают: задержку, дрожание и потерю пакетов.

Paessler PRTG

Другой вариант мониторинга качества обслуживания (QoS) — Paessler PRTG. Этот инструментарий для сетевого мониторинга имеет специальный раздел для мониторинга производительности QoS. Эта функция отображает потоки маркированного трафика в режиме реального времени, а также сохраняет данные для анализа производительности и планирования пропускной способности.

Программное обеспечение PRTG включает в себя 4 датчика мониторинга, охватывающих 3 различных метода 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. Стандартные мониторы QoS реализованы в виде односторонних датчиков или датчиков кругового трафика. Эти мониторы могут работать с интернет-подключениями.

Датчик Cisco IP-SLA специально разработан для мониторинга тегированного VoIP-трафика в вашей сети. Он регистрирует различные показатели голосового трафика, включая задержку приема-передачи, задержку, джиттер и среднюю оценку восприятия (MOS).

Датчик Cisco CBQoS реализует качество обслуживания на основе классов. CBQoS — это метод организации очередей, и для его внедрения вам потребуется отслеживать несколько точек входа на маршрутизаторах и коммутаторах. Для каждого устройства создаются как минимум три виртуальные очереди, поэтому отслеживать приходится больше.

PRTG может автоматически настроить и сопоставить всю вашу сетевую инфраструктуру. Однако реализация QoS требует принятия решений, поэтому вам придётся настроить метод самостоятельно, определив, каким типам сетевого трафика следует отдавать приоритет.

Paessler позволяет использовать PRTG бесплатно при активации до 100 датчиков. Если вам нужно больше, вы можете бесплатно попробовать систему в течение 30 дней, включая мониторинг качества обслуживания (QoS).

Как настроить QoS?

Кабельные маршрутизаторы и коммутаторы можно настроить на приоритет протоколов, к которым обычно обращается пакет программного обеспечения для управления маршрутизатором. Весь процесс настройки параметров QoS довольно прост и включает в себя:

• Войдите в приложение и подключитесь к хабу или переключитесь через него.
• Перейдите в меню конфигурации QoS.
• Установить параметры приоритета пакета

Таким образом, медиапакеты смогут беспрепятственно передаваться по сети. Опытные сетевые инженеры могут выполнить все перечисленные выше задачи через интерфейс командной строки.

Как расставляются приоритеты для пакетов RTP?

Приоритезацию пакетов QoS можно осуществить двумя основными методами:

– Классификация : этот эффективный метод определяет типы пакетов и назначает им приоритет, маркируя их. Идентификацию можно осуществлять с помощью списков контроля доступа (ACL), локальных сетей с использованием CoS (классов обслуживания) или коммутаторов с аппаратной маркировкой QoS.

– Очереди : Очереди – это высокопроизводительные буферы памяти, используемые в маршрутизаторах и коммутаторах. Проходящие через них пакеты хранятся в выделенных областях памяти, ожидая отправки. Когда протоколам, таким как RTP, назначается более высокий приоритет, они перемещаются в выделенную очередь, которая передаёт данные быстрее, тем самым снижая риск потери. Очереди с более низким приоритетом не подвергаются такой обработке.

Здесь важно помнить, что маркировка приоритета пакета действительна только в той сети, в которой он был создан. После того как пакет покидает сеть, владелец принимающей сети определяет его новый приоритет.

Что следует учитывать при определении приоритетов пакетов

Вот некоторые вещи и советы, которые могут быть полезны при принятии решения о приоритетности пакетов:

– Как правило, рекомендуется назначать маркеры приоритета устройствами, наиболее близкими к источнику данных. Это гарантирует, что пакеты будут передаваться по всей сети с правильным приоритетом.

- Устройством для маркировки входящих пакетов всегда должен быть коммутатор. Это связано с тем, что такие устройства могут балансировать трафик в сети и распределять нагрузку с другими коммутаторами, тем самым снижая нагрузку на их процессоры.

Входящий трафик почти всегда превышает исходящий. Интернет-провайдеры обычно выделяют меньшую полосу пропускания для исходящего трафика клиентов, и именно здесь (на исходящем сетевом пути) в первую очередь необходимо применять QoS.

У Cisco есть рекомендации по маркировке пакетов, как показано на этой диаграмме:

В конечном счёте, успех реализации QoS всегда зависит от качества политики, регулирующей классификацию, маркировку и постановку пакетов в очередь. Для успешной реализации QoS политика должна быть тщательно продумана.

Для чего не следует использовать QoS?

Прочитав о QoS, вы можете подумать, что это панацея от перегрузки сети. В определённой степени QoS может сделать большинство RTP-соединений более плавными и, по-видимому, оптимизировать сетевой трафик. К сожалению, QoS не является универсальным решением для всех сетевых проблем.

Никогда не используйте QoS для следующих целей:

Увеличить пропускную способность

Хотя QoS помогает приоритизировать RTP-пакеты и создаёт впечатление, что сеть внезапно увеличивает пропускную способность, это ни в коем случае не следует воспринимать как нечто подобное. QoS никогда не следует использовать как инструмент для «увеличения пропускной способности», поскольку всё, что он делает, — это немного более эффективно использует имеющиеся ресурсы (и в пользу RTP-пакетов).

Вместо этого рассмотрите возможность кэширования файлов, чтобы сократить объём входящих и исходящих данных. Если это не поможет, значит, достигнут предел пропускной способности. Когда компания достигает предела пропускной способности, единственный разумный вариант — приобрести дополнительное сетевое оборудование, а не использовать QoS.

Не допускайте перегрузки сети

Если некоторые приложения всё ещё работают и медленно потребляют пропускную способность сети, внедрение QoS не является решением. Хотя звонки через Skype наконец-то могут начать проходить, QoS не решит основную проблему. В конечном счёте, приложения «поглотят» все доступные ресурсы, сведя на нет все преимущества QoS.

Одним из решений, которое может сработать в этой ситуации, является поиск ресурсоемких приложений и их отключение или изменение графика их запуска на нерабочее время.

Опять же, основная цель настройки QoS в вашей сети — гарантировать, что потоковые аудио- и видеозвонки не будут задерживаться (или даже прерываться) из-за перегрузки сети. QoS — это не инструмент, который может реально увеличить пропускную способность. Он также не сможет работать в перегруженной сети.

Хорошая реализация QoS повышает качество и скорость передачи критически важных данных за счёт оптимизации выделенной полосы пропускания, упрощения маркировки пакетов для их идентификации и назначения определённых приоритетов. QoS использует доступную полосу пропускания, но не расширяет её.

Часто задаваемые вопросы о QoS в сетях

В чем разница между QoS и регулированием сети?

Регулирование, также известное как политика, подразумевает установку общего ограничения пропускной способности трафика и снижение уровня избыточного трафика. QoS — это метод приоритизации одного трафика по сравнению с другим и использования очередей, что позволяет максимально увеличить пропускную способность для одного трафика за счёт другого.

Какова основная роль DSCP в QoS?

В заголовке пакета указывается код дифференцированного обслуживания (DSCP). Это возможность на уровне пакета запросить приоритет у программного обеспечения управления QoS на сетевых устройствах. Сетевой администратор может включить или отключить обнаружение DSCP на устройстве, поэтому это значение можно игнорировать в пользу другого метода организации очередей QoS.

Можете ли вы объяснить формирование трафика в QoS?

Формирование трафика — это метод, используемый QoS для максимального использования пропускной способности сети. Все сети испытывают пиковую нагрузку, и традиционное планирование пропускной способности требует выделения полосы пропускания на пиковом уровне с запасом. Формирование трафика QoS вносит небольшие задержки в определённый трафик, позволяя сети с меньшей пропускной способностью, чем пиковая нагрузка, обработать весь трафик.

Удачи!