QoS w sieciach: czym jest jakość usług i jak działa
Jakość usług (QoS) to zestaw technik sieciowych, które pomagają w bardziej przewidywalnym przetwarzaniu ważnego ruchu w przypadku przeciążenia łącza lub urządzenia. Umożliwia ona priorytetyzację połączeń głosowych, wideokonferencji i aplikacji o znaczeniu krytycznym dla firmy w stosunku do ruchu mniej wrażliwego na czas, takiego jak pobieranie masowe. QoS nie generuje dodatkowej przepustowości ani nie przyspiesza każdego połączenia; zarządza konkurencją o ograniczone zasoby sieciowe.
Różne aplikacje współdzielą łącza sieciowe, ale ich wrażliwość na opóźnienia i utratę pakietów jest różna.
Co oznacza QoS w sieciach?
QoS to skrót od Quality of Service (jakość usługi) . W praktyce pozwala administratorom zdefiniować sposób, w jaki urządzenia sieciowe powinny obsługiwać różne kategorie pakietów, zwłaszcza gdy kilka strumieni ruchu konkuruje o opuszczenie tego samego interfejsu. Bez polityki wiele sieci stosuje zasadę „best effort delivery”: pakiety są zazwyczaj traktowane w podobny sposób, a przeciążenie może opóźnić lub przerwać działanie dowolnego z nich.
Wyobraź sobie ruchliwą autostradę. Kontroler ruchu nie może dodawać pasów, ale może pomóc karetce przejechać przez skrzyżowanie przed normalnym ruchem. QoS działa w podobny sposób: może zapewnić priorytetowe traktowanie ruchu wrażliwego na opóźnienia, podczas gdy inny ruch czeka. Ten kompromis ma znaczenie, ponieważ priorytetyzacja jednej klasy może zwiększyć opóźnienia dla innej.
Podobnie jak pojazd uprzywilejowany w korku ulicznym, pakiety wrażliwe na czas przynoszą największe korzyści, gdy sieć jest przeciążona.
Jakie problemy z wydajnością sieci rozwiązuje QoS?
Przeciążenie i niska przepustowość: Gdy zapotrzebowanie zbliża się do przepustowości łącza lub ją przekracza, kolejki rosną, a niektóre pakiety mogą zostać utracone. QoS decyduje, który ruch powinien otrzymać preferencyjny dostęp do dostępnej przepustowości.
Opóźnienie: Czas potrzebny pakietowi na podróż od źródła do celu. Kolejkowanie podczas przeciążenia może powodować opóźnienia w połączeniach głosowych, grach i aplikacjach interaktywnych.
Jitter: Zmienność opóźnienia pakietów. Nierównomierne czasy przybycia mogą powodować zakłócenia dźwięku lub obrazu w czasie rzeczywistym.
Utrata pakietów: Pakiety mogą zostać odrzucone, gdy bufory się zapełnią lub z powodu błędów. Retransmisja może dodatkowo spowolnić aplikacje, które na niej polegają.
Błędy transmisji: Szum, zakłócenia, wadliwe okablowanie lub warunki bezprzewodowe mogą powodować uszkodzenie danych. QoS nie rozwiązuje problemu fizycznego.
QoS jest najbardziej przydatny, gdy ruch konkuruje o ograniczone zasoby. Jeśli łącze ma dużą przepustowość, a kolejki rzadko się tworzą, zmiana priorytetów pakietów może przynieść niewielką, zauważalną poprawę.
Jak działa QoS: klasyfikacja, oznaczanie i planowanie
Implementacje różnią się w zależności od dostawcy i urządzenia, ale typowy model obejmuje trzy podstawowe działania: identyfikację ruchu, przypisanie go do klasy i decydowanie o sposobie, w jaki klasa wykorzystuje zasoby, gdy zapotrzebowanie przekracza przepustowość. Zasady mogą również obejmować nadzór, kształtowanie i unikanie przeciążeń.
1. Klasyfikuj ruch
Przełącznik lub router identyfikuje pakiety za pomocą reguł polityki. W zależności od sprzętu i konstrukcji, reguły mogą kontrolować adresy IP, protokoły, porty, informacje o aplikacjach lub istniejące oznaczenia ruchu. Na przykład, organizacja może klasyfikować zarządzane telefony IP oddzielnie od przeglądania stron internetowych przez gości.
2. Oznacz pakiety za pomocą DSCP
Powszechnie stosowanym podejściem jest usługa Differentiated Services (DiffServ). Pole Differentiated Services w nagłówku IP zawiera sześciobitowy punkt kodowy Differentiated Services (DSCP) , który umożliwia 64 możliwe wartości punktu kodowego. Urządzenia wykorzystują skonfigurowane znaczenie wartości do wyboru sposobu przekazywania danych dla każdego przeskoku. Wartości DSCP nie stanowią uniwersalnej gwarancji kompleksowej: urządzenia muszą być skonfigurowane tak, aby interpretowały i obsługiwały je w spójny sposób.
Na przykład DSCP 46 jest powszechnie kojarzony z przyspieszonym przekierowaniem dla odpowiednio zaprojektowanego ruchu w czasie rzeczywistym, podczas gdy DSCP 0 to domyślne oznaczenie „best-effort”. Nie należy bezkrytycznie ufać oznaczeniom pochodzącym z niezaufanych urządzeń; sieci mogą reklasyfikować lub oznaczać ruch na swoich granicach.
Przykładowe klasy DSCP. Rzeczywiste oznaczenia i mapowania zasad powinny być zgodne z projektem sieci.
3. Kolejkowanie i planowanie pakietów
Gdy pakiety oczekują na opuszczenie interfejsu, polityka kolejkowania i harmonogramowania urządzenia określa, która kolejka jest obsługiwana i ile pasma może wykorzystać każda klasa. Kolejka w czasie rzeczywistym może być traktowana z niskim opóźnieniem; aplikacje biznesowe mogą otrzymać zdefiniowany udział; a ruch z najlepszym wysiłkiem wykorzystuje pozostałą usługę. Dobrze zaprojektowana polityka ogranicza również ruch priorytetowy, aby jedna klasa nie mogła zablokować dostępu do wszystkich pozostałych.
Harmonogram QoS zarządza transmisją pakietów w sytuacji, gdy wiele klas ruchu konkuruje o łącze wychodzące.
Czy QoS jest usługą kompleksową?
Zachowanie QoS zależy od ścieżki i zasad obowiązujących w każdym istotnym wąskim gardle. Oznaczenie DSCP może być przesyłane wraz z pakietem IP, ale każdy router lub przełącznik stosuje tylko taką obsługę, do której został skonfigurowany. Późniejsze urządzenie lub dostawca usług może zignorować lub przepisać oznaczenie. Aby uzyskać spójne wyniki, należy skoordynować klasyfikacje, granice zaufania, mapowania kolejek i zasady przepustowości na zarządzanej ścieżce oraz zweryfikować, co dzieje się na krawędziach sieci.
Jak zbadać problem z QoS przed zmianą ustawień
Najpierw zmierz: sprawdź wykorzystanie interfejsu, przerwy, błędy, opóźnienia i wahania w okresie, w którym użytkownicy zgłaszają problemy.
Znajdź wąskie gardło: określ, czy problem występuje w sieci LAN, segmencie sieci Wi-Fi, obwodzie WAN, sieci VPN czy ścieżce dostawcy usług.
Zidentyfikuj ruch: Użyj liczników urządzeń i, jeśli to możliwe, danych telemetrycznych przepływu, aby sprawdzić, które aplikacje, hosty lub protokoły zużywają przepustowość.
Określ priorytety biznesowe: ustal, które usługi są wrażliwe na opóźnienia lub mają krytyczne znaczenie dla realizacji misji, a które mogą tolerować oczekiwanie.
Zastosuj ograniczoną politykę i zweryfikuj: Skonfiguruj odpowiednie urządzenia, korzystając z dokumentacji dostawcy, a następnie porównaj spadki w kolejkach, opóźnienia i doświadczenia użytkowników przed i po. Monitoruj również ruch o niższym priorytecie.
Narzędzia do monitorowania sieci i analizy przepływu mogą pomóc w diagnostyce, choć nie zastępują prawidłowej konfiguracji QoS. Zapoznaj się z oficjalnymi informacjami SolarWinds Network Performance Monitor dotyczącymi monitorowania urządzeń i interfejsów, a także z SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer, aby uzyskać wgląd w ruch oparty na przepływie według aplikacji, protokołu i grupy adresów IP.
Czego QoS nie może naprawić
QoS nie może zwiększyć fizycznej przepustowości łącza, naprawić uszkodzonego kabla, wyeliminować zakłóceń radiowych ani kontrolować przeciążenia poza siecią, w której stosowana jest jego polityka. Redystrybuuje ona wpływ przeciążenia: ruch o wysokim priorytecie może się poprawić, podczas gdy ruch o niższym priorytecie będzie dłużej oczekiwał na połączenie lub będzie częściej doświadczał przerw. Jeśli łącze pozostaje przeciążone, konieczne może być ciągłe planowanie przepustowości, redukcja ruchu lub zwiększenie przepustowości.
QoS powinien zatem opierać się na zmierzonych warunkach i jasnej polityce świadczenia usług, a nie być włączany jako rozwiązanie uniwersalne. Zacznij od zlokalizowania wąskiego gardła, nadaj priorytet ruchowi, który rzeczywiście wymaga przewidywalnego dostarczania, i monitoruj wyniki dla każdej klasy.