QoS-betekenis in netwerken: wat is Qos? (zelfstudie)

Quality of Service, of QoS, is een complex onderwerp. Maar het gebruik ervan is tegenwoordig zo gewoon dat elke netwerkbeheerder ervan op de hoogte zou moeten zijn. QoS werd populair omdat steeds meer netwerken gegevens begonnen te vervoeren die prioriteit moesten krijgen, terwijl recreatief netwerkgebruik steeds gebruikelijker werd.

Het is niet onze bedoeling om u QoS-experts te maken, maar in plaats daarvan willen we enig licht werpen op het onderwerp op een zo niet-technische manier als mogelijk.

Simpel gezegd, ons doel hiermee is om de volgende vraag te beantwoorden: Wat is de betekenis van QoS in netwerken en waar is het goed voor?

Dit is geen cursus over QoS-theorie en -implementatie. We laten je geen enkel switch- of routercommando zien. Ons doel is om u de essentie van QoS eenvoudig te laten begrijpen.

We beginnen met te verduidelijken wat QoS wel en niet is. Daarna pauzeren we even om een ​​paar tools van SolarWinds te bespreken die je misschien wilt proberen. Vervolgens bespreken we de verschillende factoren die van invloed kunnen zijn op de netwerkprestaties. Dit brengt ons bij de kern van onze zaak: hoe QoS werkt. Zoals je zult zien, is het veel eenvoudiger dan het lijkt. En voordat we besluiten, bespreken we wat er gebeurt als je QoS niet gebruikt en waar QoS je niet bij kan helpen.

Wat is QoS?

Naarmate het netwerkgebruik groeide en meer en meer verkeer van verschillende soorten omvat en naarmate netwerkcongestie steeds frequenter en belangrijker werd, realiseerden ingenieurs zich al snel dat ze een manier nodig hadden om het verkeer te organiseren en prioriteit te geven. QoS is niet één ding, maar een combinatie van functies en technologieën die samenwerken om dat te bereiken.

Met veel vallen en opstaan ​​hebben we nu een relatief universeel QoS-systeem dat kan worden gebruikt om er zeker van te zijn dat belangrijk verkeer de aandacht krijgt die het nodig heeft.

Een belangrijk aspect van QoS is dat het van begin tot eind moet worden geïmplementeerd om enig nut te hebben. QoS wordt ingesteld op de apparaten, zoals switches en routers, die het verkeer afhandelen. Een dergelijk apparaat in het gegevenspad moet de juiste QoS-configuratie hebben, anders heeft het niet het verwachte effect.

Elk apparaat moet ook een QoS-configuratie hebben die compatibel is met de andere. QoS gebruikt prioriteitsmarkeringen om zijn magie te volbrengen. Je kunt je gemakkelijk voorstellen wat er zou gebeuren als het ene apparaat een hogere prioriteit belangrijker zou vinden, terwijl het andere het tegenovergestelde zou doen.

QoS-betekenis in netwerken

We vergelijken netwerkverkeer vaak met autoverkeer, waarbij snelwegen netwerkverbindingen vertegenwoordigen en voertuigen datapakketten. Het is een vrij goede analogie omdat er veel overeenkomsten zijn tussen de twee soorten verkeer. Waarschijnlijk meer dan er verschillen zijn. We zullen dezelfde analogie gebruiken om concreet uit te leggen wat QoS is.

Laten we ons dus een drukke snelweg voorstellen. Het is vrijdagmiddag in de spits en er zijn veel auto's en vrachtwagens. Het verkeer rijdt al vrij langzaam, maar om het nog erger te maken naderen we een kruispunt en aan de andere kant van dat kruispunt zijn er wegwerkzaamheden aan de gang, die het probleem alleen maar vergroten. De meesten van jullie hebben meer dan waarschijnlijk in een dergelijke situatie gezeten.

Om het verkeer wat beter te laten rijden, staat er een verkeersagent op het aanstaande kruispunt. Hij doet zijn best om elke automobilist zijn deel van de weg te geven. Maar zelfs met zijn hulp komt er niet veel in beweging en sta je, of je het nu leuk vindt of niet, vast in het verkeer.

Dan hoor je in de verte de sirene van een ambulance achter je vandaan komen. Dit is wanneer de verkeersagent op het kruispunt in een hogere versnelling schakelt.

Erkennend dat de ambulance er echt doorheen moet, zorgt hij ervoor dat het verkeer voor de ambulance door en stopt het tegenliggers zodat deze zo min mogelijk oponthoud zijn weg kan vervolgen. Ondertussen moeten andere automobilisten hun beurt afwachten voordat ze hun route kunnen hervatten zodra het voorrangsvoertuig is gepasseerd.

SolarWinds QoS: de beste tools!

Voordat we verder gaan, wil ik graag een paar tools van SolarWinds bespreken. Hoewel ze niet direct gerelateerd zijn aan QoS, zijn beide erg handig om vast te stellen waar er knelpunten in uw netwerken zijn en waardoor deze worden veroorzaakt.

Ze zullen u helpen de huidige situatie te beoordelen, wat de eerste stap is bij het corrigeren van problemen in het algemeen en het implementeren van QoS.

1. Netwerkprestatiemeter ( GRATIS proefversie )

Het vlaggenschipproduct van SolarWinds, de Network Performance Monitor, is mogelijk een van de beste tools voor SNMP-bandbreedtebewaking. Dit is een tool die het Simple Network Management Protocol zal gebruiken om de evolutie van het bandbreedtegebruik van netwerkcircuits in de loop van de tijd in kaart te brengen. Het dashboard, de weergaven en grafieken van de software zijn volledig aanpasbaar. De tool is met minimale inspanning in te stellen en kan vrijwel direct na installatie beginnen met monitoren. NPM kan schalen van de kleinste netwerken tot enorme netwerken met honderden apparaten verspreid over meerdere sites.

• GRATIS PROEF: SolarWinds Netwerkprestatiemeter
• Officiële download: https://www.solarwinds.com/network-performance-monitor/

De SolarWinds Network Performance Monitor gebruikt SNMP om apparaten met regelmatige tussenpozen - meestal vijf minuten - te pollen en hun interfacetellers te lezen.

Het berekent vervolgens het bandbreedtegebruik, slaat het op in een database voor toekomstig gebruik en geeft grafieken weer die de evolutie van het bandbreedtegebruik in de loop van de tijd laten zien. NPM is een enorme tool met verschillende extra functies. Het kan bijvoorbeeld netwerkkaarten maken en het kritieke pad tussen twee apparaten weergeven.

De prijzen voor de Network Performance Monitor beginnen bij ongeveer $ 3.000. Er is een GRATIS proefperiode van 30 dagen beschikbaar als u het product liever wilt proberen voordat u het koopt.

2. NetFlow Traffic Analyzer ( GRATIS proefversie )

De SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer geeft de beheerder een gedetailleerder beeld van het netwerkverkeer. Het toont niet alleen het bandbreedtegebruik in bits per seconde.

• GRATIS PROEF: SolarWinds Netflow Traffic Analyzer
• Officiële download: https://www.solarwinds.com/netflow-traffic-analyzer/

De tool geeft gedetailleerde informatie over het waargenomen verkeer. Het zal u vertellen welk type verkeer vaker voorkomt of welke gebruiker meer bandbreedte gebruikt. Het biedt ook waardevolle informatie over de verschillende soorten verkeer, zoals surfen op het web, zakelijke apps, telefonie of streaming video, die via uw netwerk worden uitgevoerd.

De NetFlow Traffic Analyzer gebruikt het NetFlow-protocol om gedetailleerde gebruiksinformatie van uw netwerkapparaten te verzamelen. Het NetFlow-protocol is ingebouwd in veel netwerkapparaten van verschillende leveranciers. Wanneer ze zijn geconfigureerd, sturen netwerkapparaten gedetailleerde informatie over elk "gesprek" of stroom van het netwerk naar een NetFlow-collector en -analysator. De SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer is zo'n collector en analyzer.

Als u het product wilt uitproberen voordat u zich ertoe verbindt het te kopen, kunt u een gratis proefversie van 30 dagen downloaden van SolarWinds. Dit is een volledig uitgeruste versie die geen beperking maar tijd heeft.

Factoren die de netwerkprestaties beïnvloeden

In een typisch netwerk kan de levering van gegevens door verschillende factoren worden beïnvloed. We hebben een lijst samengesteld met de belangrijkste factoren die de netwerkprestaties kunnen beïnvloeden.

Lage doorvoer

Dit heeft te maken met de capaciteit van een netwerkverbinding. Sommige kunnen meer verkeer aan dan andere. Het wordt meestal gemeten in Bits - of vaak kilo's of megabits - per seconde. Als u de capaciteit van de verbinding overschrijdt, zal er congestie optreden en zullen de prestaties afnemen.

Gedropte pakketten

Pakketten kunnen om verschillende redenen door netwerkapparaten worden verwijderd. Misschien zijn ze tijdens het transport beschadigd geraakt en kunnen ze niet meer worden herkend. Maar vaker worden pakketten verwijderd wanneer ze aankomen op een apparaat waarvan de buffers al vol zijn. De ontvangende applicatie zal zich meestal realiseren dat er gegevens ontbreken en verzoeken om hertransmissie, wat extra vertragingen en prestatievermindering zal veroorzaken.

fouten

Ruis en interferentie kunnen gegevens beschadigen. Dit geldt met name bij draadloze communicatie en via lange koperdraden. Wanneer er fouten worden gedetecteerd, zal de ontvangende applicatie vragen om de ontbrekende gegevens opnieuw te verzenden, wat opnieuw een verslechtering van de prestaties tot gevolg heeft.

Latentie

Latency heeft te maken met netwerkapparaten die gegevens in de wachtrij plaatsen voordat ze worden verzonden. Het kan ook gebeuren wanneer langere routes worden gebruikt om congestie te vermijden. Het moet niet worden verward met doorvoer. Met latentie kan de vertraging in de loop van de tijd oplopen, zelfs als de doorvoer voldoende is.

Jitter

Jitter wordt gedefinieerd als een variatie in de vertraging die elk datapakket nodig heeft om zijn bestemming te bereiken. Het gebeurt om verschillende redenen. Twee pakketten kunnen bijvoorbeeld verschillende routes volgen. Het gevolg is dat, wanneer jitter te hoog wordt, pakketten in de verkeerde volgorde op hun bestemming kunnen aankomen. Als de pakketten deel uitmaken van een Word-document, worden ze correct opnieuw geordend en heeft niemand er last van, maar als we het hebben over spraak of streaming videogegevens, kan dit allerlei problemen veroorzaken.

Zoals we zojuist hebben gezien, zullen sommige soorten verkeer, zoals spraak of streaming video, meer worden beïnvloed door prestatieproblemen. Dit is de reden waarom verschillend verkeer verschillende verwerkingen nodig heeft en waarom QoS bestaat.

Hoe QoS werkt

Voordat we beginnen, wil ik een paar dingen zeggen. Ten eerste, ik ben geen netwerkingenieur. Ten tweede is het doel van deze uitleg niet om absoluut nauwkeurig te zijn. Ik simplificeer bewust dingen en verdraai misschien zelfs de realiteit tot op zekere hoogte om dit gedeelte gemakkelijker te verteren te maken. Mijn doel is om u een algemeen idee te geven van hoe het werkt, niet om u te trainen in QoS-configuratie.

QoS werkt door te identificeren welk verkeer belangrijker is en door prioriteit te geven aan dat verkeer in het hele netwerk. Er is geen "gouden regel" over wat verkeer belangrijker is dan andere. Het is duidelijk dat wat verkeer, zoals spraak of streaming video, normaal gesproken als belangrijk wordt beschouwd, simpelweg omdat het niet goed zal werken als de prestaties achteruit gaan. Een deel van het verkeer, zoals surfen op het web in veel organisaties, wordt als onbelangrijk beschouwd en krijgt daarom geen prioriteit.

QoS bestaat uit twee componenten. Eerst moet het verkeer worden geclassificeerd en gemarkeerd. Hoewel er verschillende manieren zijn waarop verkeer kan worden gemarkeerd, zijn gedifferentieerde services tegenwoordig de meest voorkomende. Dit is degene die we in een korte tijd zullen beschrijven. Het tweede onderdeel is de wachtrij die ervoor zorgt dat prioriteitsgegevens met zo min mogelijk vertragingen worden verzonden. Wachtrijen worden gedaan bij de netwerkapparaten volgens de markeringen van Differentiated Services.

Differentiated Services, of DiffServ, gebruiken een zes-bits code in de kop van elk verpakt om te markeren volgens verschillende klassen van toenemende prioriteit. Deze markering wordt het Differentiating Services Code Point of DSCP genoemd. Typische DSCP-waarden variëren van 0, het minst belangrijke verkeer, tot 48, het belangrijkste.

Classificatie en markering

Om netwerkverkeer correct te kunnen verwerken volgens de prioriteit ervan, moet het eerst op de juiste manier worden geclassificeerd en gemarkeerd. Markeren kan direct bij de bron. Het is bijvoorbeeld niet ongebruikelijk dat IP-telefoontoestellen hun verkeer markeren als DSCP 46, een waarde met hoge prioriteit. Voor verkeer dat niet bij de bron is gemarkeerd, ligt het iets gecompliceerder.

Ongemarkeerd verkeer bestaat niet echt met DiffServ. Standaard wordt al het verkeer gemarkeerd als DSCP 0, de laagste prioriteit. Het is aan het eerste netwerkapparaat dat het verkeer afhandelt - meestal een switch - om het te markeren. Hoe is het gedaan? Meestal via ACL's.

ACL's, of Access Control Lists, zijn een functie van de meeste netwerkapparatuur die kan worden gebruikt om verkeer te identificeren. Zoals hun naam al aangeeft, werden ze oorspronkelijk gebruikt om de toegang te controleren. ACL's identificeren verkeer op basis van verschillende criteria. Onder hen zijn de meest voorkomende het bron- en bestemmings-IP-adres en het bron- en bestemmingspoortnummer. Door de jaren heen zijn ACL's steeds verfijnder geworden en kunnen ze nu worden gebruikt om heel specifiek verkeer te selecteren.

In het geval van ACL's die worden gebruikt om QoS-markeringen in te voegen, specificeren de regels niet alleen hoe verkeer moet worden herkend, maar ook met welke DSCP-waarde het moet worden gemarkeerd.

In de rij staan

Nu het verkeer is gemarkeerd, hoeft u alleen nog maar prioriteit te geven aan de markering. Dit wordt normaal gesproken bereikt door meerdere wachtrijen met toenemende prioriteit te gebruiken. Hoewel DSCP-waarden 6-bits breed zijn en daarom kunnen variëren van 0 tot 63, gebruikt netwerkapparatuur zelden zoveel wachtrijen. Het is gebruikelijk voor de meeste netwerkapparatuur om drie tot zeven wachtrijen te gebruiken, waarbij vijf het meest voorkomende aantal is. Met vijf wachtrijen en meer dan 60 markeringen, heb je zeker aangenomen dat er meer dan één DSCP-waarde in elke wachtrij past.

De wachtrij met de laagste prioriteit, die vaak de best-effort- of BE-wachtrij wordt genoemd, is degene die de minste aandacht krijgt van de routeringsengine. Omgekeerd krijgt de wachtrij met de hoogste prioriteit, die we vaak realtime of RT noemen, de meeste aandacht. Dit zorgt ervoor dat "belangrijk" verkeer met voorrang wordt gerouteerd of geschakeld. Dit betekent natuurlijk ook dat best-effort ernstige vertraging kan oplopen en misschien zelfs nooit wordt geleverd. Dit is iets om in gedachten te houden bij het classificeren en markeren van best-effort-verkeer

Gevolgen van het niet gebruiken van QoS

De gevolgen van het niet gebruiken van QoS lopen sterk uiteen. Als uw netwerk bijvoorbeeld geen zeer gevoelig verkeer vervoert, zoals IP-telefonie of streaming video, maakt het niet gebruiken van QoS misschien geen verschil. Dit is met name het geval wanneer uw huidige verkeersniveaus laag zijn. In feite levert QoS in een situatie met weinig verkeer bijna geen voordeel op. Als we teruggaan naar onze snelweganalogie. Als de ambulance alleen op een 5-baans snelweg staat, hoeft deze geen prioriteit te krijgen.

Maar in situaties waarin uw netwerk last heeft van een of meer problemen, zoals overbelasting en congestie, zal de afwezigheid van QoS tot allerlei problemen leiden. Voor verkeer dat realtime of bijna realtime transmissie vereist, zoals IP-telefonie, kan dit bijvoorbeeld de oorzaak zijn van onleesbare, gehakte of onverstaanbare audio. Videostreaming zou ook worden beïnvloed, wat resulteert in overmatige buffering tijdens het afspelen.

Maar zelfs andere services kunnen last hebben van de afwezigheid van QoS. Stelt u zich eens voor dat een gebruiker van een bedrijfsnetwerk toegang probeert te krijgen tot een belangrijk webgebaseerd boekhoudsysteem, terwijl tegelijkertijd honderden gebruikers tijdens hun lunchpauze druk op internet aan het surfen zijn. Dit kan de boekhoudtoepassing onbruikbaar maken, tenzij het verkeer de juiste prioriteit krijgt met behulp van QoS.

QoS lost niet alles op

Maar hoe goed het ook is, het implementeren van QoS is niet de oplossing voor elk probleem. Netwerkbeheerders denken vaak dat het implementeren van QoS hen zal verlossen van de noodzaak om bandbreedte toe te voegen. Hoewel het waar is dat het implementeren van QoS een onmiddellijke en zeer duidelijke verbetering van de werking van verkeer met hoge prioriteit zal veroorzaken. Het zal ook lagere prioriteit één degraderen.

QoS zorgt voor tijdelijke netwerkcongestie en zorgt ervoor dat bedrijfskritieke services correct blijven werken terwijl er congestie is, maar het zal deze niet stoppen. U moet nog steeds het netwerkgebruik in de gaten houden en een programma voor capaciteitsplanning hebben.

Gevolgtrekking

QoS zou onderdeel moeten zijn van de netwerkstrategie van elke organisatie, maar het mag niet het enige item zijn. Maar bovenal moet uiterste zorgvuldigheid worden betracht bij het plannen en opzetten van QoS. Hoewel het kleine wonderen kan doen als het correct wordt toegepast, kan het de situatie voor bepaalde gebruikers veel erger maken. En voordat u QoS implementeert, moeten er ook monitoringtools worden ingevoerd om de situatie te beoordelen. Diezelfde tools zullen ook na implementatie van onschatbare waarde zijn.