QoS nelle reti: cos'è la qualità del servizio e come funziona

La Qualità del Servizio (QoS) è un insieme di tecniche di rete che contribuiscono a dare priorità al traffico importante quando un collegamento o un dispositivo si congestiona. Può assegnare priorità alle chiamate vocali, alle videoconferenze e alle applicazioni aziendali critiche rispetto al traffico meno sensibile al fattore tempo, come i download di grandi quantità di dati. La QoS non crea larghezza di banda aggiuntiva né velocizza ogni connessione; gestisce la competizione per le risorse di rete limitate.

La navigazione web, una chiamata VoIP e una riunione video inviano flussi di traffico diversi attraverso uno switch di rete e un router verso Internet.
Diverse applicazioni condividono i collegamenti di rete, ma la loro sensibilità al ritardo e alla perdita di pacchetti varia.

Che cosa significa QoS nelle reti?

QoS è l'acronimo di Quality of Service (Qualità del Servizio) . In termini pratici, consente agli amministratori di definire come le apparecchiature di rete debbano gestire diverse categorie di pacchetti, soprattutto quando più flussi di traffico competono per utilizzare la stessa interfaccia. In assenza di una policy, molte reti utilizzano la consegna "best-effort": i pacchetti generalmente ricevono un trattamento simile e la congestione può ritardarne o eliminarne uno qualsiasi.

Immaginate un'autostrada trafficata. Un addetto al controllo del traffico non può aggiungere corsie, ma può aiutare un'ambulanza a superare un incrocio prima del traffico ordinario. La QoS funziona in modo simile: può dare priorità al traffico sensibile alla latenza, mentre gli altri veicoli attendono. Questo compromesso è importante perché dare priorità a una categoria di traffico potrebbe aumentare i ritardi per un'altra.

Un'ambulanza che si fa strada su una strada a più corsie congestionata, a dimostrazione del perché il traffico urgente possa avere la priorità in caso di congestione.
Come un veicolo di emergenza bloccato nel traffico, i pacchetti sensibili al tempo traggono il massimo vantaggio quando la rete è congestionata.

Quali problemi di prestazioni di rete risolve il QoS?

  • Congestione e bassa velocità di trasmissione: quando la domanda si avvicina o supera la capacità di un collegamento, le code si allungano e alcuni pacchetti possono essere scartati. La QoS decide quale traffico deve ricevere un accesso preferenziale alla capacità disponibile.
  • Latenza: il tempo impiegato da un pacchetto per viaggiare dalla sorgente alla destinazione. L'accodamento durante i periodi di congestione può causare ritardi nelle applicazioni vocali, nei giochi e nelle applicazioni interattive.
  • Jitter: Variazione del ritardo dei pacchetti. Tempi di arrivo irregolari possono rendere l'audio o il video in tempo reale intermittenti.
  • Perdita di pacchetti: i pacchetti possono essere scartati quando i buffer si riempiono o a causa di errori. La ritrasmissione può ulteriormente rallentare le applicazioni che ne dipendono.
  • Errori di trasmissione: rumore, interferenze, cablaggi difettosi o condizioni wireless possono corrompere i dati. La QoS non risolve il problema fisico di fondo.

La QoS è più utile quando il traffico compete per una risorsa limitata. Se un collegamento ha una capacità sufficiente e le code si formano raramente, la modifica delle priorità dei pacchetti potrebbe non produrre miglioramenti apprezzabili.

Come funziona la QoS: classificazione, marcatura e pianificazione

Le implementazioni variano a seconda del fornitore e del dispositivo, ma un modello comune prevede tre azioni principali: identificare il traffico, assegnarlo a una classe e decidere come tale classe utilizza le risorse quando la domanda supera la capacità. Le politiche possono includere anche il controllo, la modellazione del traffico e la prevenzione della congestione.

1. Classifica il traffico

Uno switch o un router identifica i pacchetti utilizzando regole di policy. A seconda dell'apparecchiatura e della configurazione, le regole possono esaminare indirizzi IP, protocolli, porte, informazioni sulle applicazioni o una marcatura del traffico esistente. Ad esempio, un'organizzazione potrebbe classificare i telefoni IP gestiti separatamente dalla navigazione web degli ospiti.

2. Contrassegnare i pacchetti con DSCP

Un approccio ampiamente utilizzato è quello dei Servizi Differenziati (DiffServ). Il campo Servizi Differenziati dell'intestazione IP contiene un codice di punti di codice di servizi differenziati (DSCP) a sei bit , che consente 64 possibili valori di codice. I dispositivi utilizzano il significato configurato di un valore per selezionare un comportamento di inoltro per ogni hop. I valori DSCP non sono una garanzia universale end-to-end: le apparecchiature devono essere configurate per interpretarli e gestirli in modo coerente.

Ad esempio, DSCP 46 è comunemente associato all'inoltro accelerato per il traffico in tempo reale opportunamente configurato, mentre DSCP 0 è la marcatura predefinita "best-effort". Non fidatevi ciecamente delle marcature provenienti da dispositivi non attendibili; le reti possono riclassificare o rimarcare il traffico ai propri confini.

Diagramma di classificazione di rete che suddivide i pacchetti in entrata in traffico vocale contrassegnato con DSCP 46, applicazioni aziendali contrassegnate con DSCP 26 e traffico best-effort predefinito contrassegnato con DSCP 0.
Classi DSCP a scopo illustrativo. Le marcature e le mappature delle policy effettive devono corrispondere alla progettazione della rete.

3. Accodare e programmare i pacchetti

Quando i pacchetti attendono di lasciare un'interfaccia, la politica di accodamento e pianificazione del dispositivo determina quale coda viene servita e quanta larghezza di banda può utilizzare ciascuna classe. Una coda in tempo reale può ricevere un trattamento a bassa latenza; le applicazioni aziendali possono ricevere una quota definita; e il traffico best-effort utilizza la parte di servizio rimanente. Una politica ben progettata limita anche il traffico prioritario in modo che una classe non possa prevalere su tutte le altre.

Tre code di uscita per voce in tempo reale, applicazioni aziendali e traffico web best-effort alimentano uno scheduler di priorità prima che i pacchetti vengano inviati al router successivo.
La pianificazione QoS gestisce la trasmissione dei pacchetti quando più classi di traffico competono per un collegamento in uscita.

La QoS è end-to-end?

Il comportamento della QoS dipende dal percorso e dalle policy in corrispondenza di ciascun collo di bottiglia rilevante. Una marcatura DSCP può viaggiare con un pacchetto IP, ma ogni router o switch applica solo il trattamento per cui è configurato. Un dispositivo o un fornitore di servizi successivo potrebbe ignorare o riscrivere la marcatura. Per ottenere risultati coerenti, è necessario coordinare classificazioni, limiti di attendibilità, mappature delle code e policy di larghezza di banda lungo il percorso gestito e verificare cosa accade ai margini della rete.

Come analizzare un problema di QoS prima di modificare le impostazioni

  1. Misurare prima: verificare l'utilizzo dell'interfaccia, le interruzioni, gli errori, la latenza e il jitter durante il periodo in cui gli utenti segnalano problemi.
  2. Individua il collo di bottiglia: determina se il problema si trova su una LAN, un segmento Wi-Fi, un circuito WAN, una VPN o un percorso del provider di servizi.
  3. Identifica il traffico: utilizza i contatori dei dispositivi e, ove disponibili, la telemetria di flusso per vedere quali applicazioni, host o protocolli consumano larghezza di banda.
  4. Definisci le priorità aziendali: stabilisci quali servizi sono sensibili ai ritardi o di importanza cruciale e quali possono tollerare un'attesa.
  5. Applica una policy limitata e convalidala: configura i dispositivi pertinenti utilizzando la documentazione del fornitore, quindi confronta le perdite di coda, il ritardo e l'esperienza utente prima e dopo. Monitora anche il traffico a priorità inferiore.

Gli strumenti di monitoraggio della rete e di analisi del flusso possono essere utili per la diagnosi, sebbene non sostituiscano una corretta configurazione QoS. Consultare le informazioni ufficiali di SolarWinds Network Performance Monitor per il monitoraggio di dispositivi e interfacce e SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer per una visibilità basata sul flusso del traffico per applicazione, protocollo e gruppo di indirizzi IP.

Ciò che il QoS non può risolvere

Il QoS non può aumentare la capacità fisica di un circuito, riparare un cavo danneggiato, eliminare le interferenze radio o controllare la congestione al di fuori della rete in cui viene applicata la sua policy. Ridistribuisce l'impatto della congestione: il traffico ad alta priorità può migliorare, mentre il traffico a priorità inferiore attende più a lungo o subisce più perdite. Se il collegamento rimane sovraccarico, potrebbe comunque essere necessario un piano di capacità a lungo termine, una riduzione del traffico o un aumento della larghezza di banda.

La QoS dovrebbe quindi basarsi su condizioni misurate e su una chiara politica di servizio, non essere attivata come soluzione indiscriminata. Iniziate individuando il collo di bottiglia, date priorità al traffico che necessita effettivamente di una consegna prevedibile e monitorate i risultati per ogni classe.

Riferimenti tecnici ufficiali

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