Significado de QoS em rede: o que é Qos? (Tutorial)

Qualidade de serviço, ou QoS, é um assunto complexo. Mas seu uso é tão comum hoje em dia que todo administrador de rede deve saber sobre ele. O QoS tornou-se popular à medida que mais e mais redes começaram a transportar dados que precisam ser priorizados, ao mesmo tempo que o uso recreativo da rede estava se tornando cada vez mais comum.

Nossa intenção não é torná-los especialistas em QoS, mas, em vez disso, queremos lançar alguma luz sobre o assunto de uma forma não técnica possível.

Para simplificar, nosso objetivo com isso é responder à seguinte pergunta: Qual é o significado de QoS em rede e para que ele é bom?

Este não é um curso sobre teoria e implementação de QoS. Não mostraremos a você um único switch ou comando de roteador. Nosso objetivo é permitir que você simplesmente compreenda a essência da QoS.

Começaremos esclarecendo o que é QoS e o que não é. Depois disso, faremos uma breve pausa para discutir algumas ferramentas da SolarWinds que você pode querer experimentar. Em seguida, discutiremos os diferentes fatores que podem afetar o desempenho da rede. Isso nos levará ao cerne do nosso problema: como funciona o QoS. Como você verá, é muito mais simples do que parece. E antes de concluirmos, discutiremos o que acontece quando você não usa o QoS e em que o QoS não pode ajudá-lo.

O que é QoS?

À medida que o uso da rede cresceu para incluir mais e mais tráfego de diferentes tipos e o congestionamento da rede se tornou cada vez mais frequente e importante, os engenheiros logo perceberam que precisavam de uma maneira de organizar e priorizar o tráfego. QoS não é uma coisa, mas uma combinação de recursos e tecnologias que trabalham juntos para realizar isso.

Por meio de muitas tentativas e erros, agora temos um sistema de QoS relativamente universal que pode ser usado para garantir que o tráfego importante receba a atenção de que precisa.

Um aspecto importante do QoS é que ele deve ser implementado de ponta a ponta para ter alguma utilidade. O QoS é configurado nos dispositivos - como switches e roteadores - que gerenciam o tráfego. Qualquer dispositivo no caminho de dados deve ter a configuração de QoS correta, caso contrário, ele não terá o efeito esperado.

Além disso, cada dispositivo deve ter uma configuração de QoS compatível com os outros. QoS usa marcações de prioridade para realizar sua mágica. Você pode facilmente imaginar o que aconteceria se um dispositivo considerasse a figura de alta prioridade mais alta como mais importante enquanto outro fizesse o oposto.

Significado de QoS em rede

Freqüentemente, comparamos o tráfego de rede ao tráfego veicular, onde rodovias representam links de rede e veículos representam pacotes de dados. É uma analogia bastante boa, pois existem muitas semelhanças entre os dois tipos de tráfego. Provavelmente mais do que diferenças. Usaremos a mesma analogia para tentar explicar concretamente o que é QoS.

Então, vamos imaginar uma rodovia movimentada. É sexta-feira à tarde na hora do rush e há muitos carros e caminhões. O trânsito já está lento, mas, para piorar as coisas, estamos nos aproximando de um cruzamento e, do outro lado desse cruzamento, há algumas obras em andamento, que não fazem nada além de aumentar o problema. A maioria de vocês provavelmente já esteve em tal situação.

Para tentar ajudar o trânsito a se mover um pouco melhor, há um guarda de trânsito no próximo cruzamento. Ele faz o possível para tentar dar a cada motorista sua parte justa na estrada. Mas mesmo com a ajuda dele, as coisas não estão se movendo muito e, gostando ou não, você fica preso no trânsito.

Então, ao longe, você ouve a sirene de uma ambulância vindo de trás de você. É quando o guarda de trânsito no cruzamento engata em alta velocidade.

Reconhecendo que a ambulância realmente precisa passar, ele se certifica de deixar o tráfego em frente à ambulância passar e parar o tráfego contrário, garantindo que ela possa continuar seu percurso com o menor atraso possível. Enquanto isso, outros motoristas precisam esperar pela sua vez antes de poderem retomar sua rota depois que o veículo prioritário passar.

SolarWinds QoS: as melhores ferramentas!

Antes de prosseguirmos, gostaria de discutir algumas ferramentas da SolarWinds. Embora não estejam diretamente relacionados à QoS, ambos são muito úteis para identificar onde há gargalos em suas redes e o que os está causando.

Eles o ajudarão a avaliar a situação atual, que é a primeira etapa para corrigir problemas em geral e implementar QoS.

1. Monitor de desempenho de rede ( teste GRATUITO )

O principal produto da SolarWinds, o Network Performance Monitor é possivelmente uma das melhores ferramentas de monitoramento de largura de banda SNMP. Esta é uma ferramenta que usará o protocolo de gerenciamento de rede simples para representar graficamente a evolução da utilização da largura de banda dos circuitos de rede ao longo do tempo. O painel do software, suas visualizações e gráficos são totalmente personalizáveis. A ferramenta pode ser configurada com esforços mínimos e pode começar a monitorar quase imediatamente após a instalação. O NPM pode ser dimensionado desde as menores redes até as enormes, com centenas de dispositivos espalhados por vários sites.

• AVALIAÇÃO GRATUITA: SolarWinds Network Performance Monitor
• Download oficial: https://www.solarwinds.com/network-performance-monitor/

O SolarWinds Network Performance Monitor usa SNMP para pesquisar dispositivos em intervalos regulares - normalmente cinco minutos - e ler seus contadores de interface.

Em seguida, ele calcula a utilização da largura de banda, armazena em um banco de dados para referência futura e exibe gráficos que mostram a evolução do uso da largura de banda ao longo do tempo. O NPM é uma ferramenta enorme com vários recursos extras. Por exemplo, ele pode construir mapas de rede e exibir o caminho crítico entre dois dispositivos.

Os preços do Network Performance Monitor começam em torno de US $ 3.000. Uma avaliação GRATUITA de 30 dias está disponível, caso você prefira experimentar o produto antes de comprá-lo.

2. NetFlow Traffic Analyzer ( teste GRATUITO )

O SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer oferece ao administrador uma visão mais detalhada do tráfego da rede. Ele não mostra apenas o uso da largura de banda em bits por segundo.

• AVALIAÇÃO GRATUITA: SolarWinds Netflow Traffic Analyzer
• Download oficial: https://www.solarwinds.com/netflow-traffic-analyzer/

A ferramenta fornece informações detalhadas sobre o tráfego observado. Ele dirá qual tipo de tráfego é mais comum ou qual usuário está usando mais largura de banda. Ele também fornecerá informações valiosas sobre os diferentes tipos de tráfego - como navegação na web, aplicativos de negócios, telefonia ou streaming de vídeo - que são transportados em sua rede.

O NetFlow Traffic Analyzer usa o protocolo NetFlow para reunir informações detalhadas de uso de seus dispositivos de rede. O protocolo NetFlow está embutido em muitos dispositivos de rede de vários fornecedores. Quando configurados, os dispositivos de rede enviam informações detalhadas sobre cada “conversa” ou fluxo da rede para um coletor e analisador NetFlow. O SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer é um desses coletores e analisadores.

Se quiser experimentar o produto antes de se comprometer a comprá-lo, uma versão de avaliação gratuita de 30 dias pode ser baixada da SolarWinds. Esta é uma versão completa que não tem limitação a não ser o tempo.

Fatores que afetam o desempenho da rede

Em uma rede típica, a entrega de dados pode ser afetada por vários fatores. Compilamos uma lista dos principais fatores que podem afetar o desempenho da rede.

Baixo rendimento

Isso tem a ver com a capacidade de um link de rede. Alguns podem lidar com mais tráfego do que outros. Geralmente é medido em bits - ou geralmente quilo ou megabits - por segundo. Se você exceder a capacidade do link, ocorrerá congestionamento e o desempenho será prejudicado.

Pacotes Perdidos

Os pacotes podem ser descartados por dispositivos de rede por vários motivos. Talvez eles tenham se corrompido no trânsito e não possam mais ser reconhecidos. Porém, mais comumente, os pacotes são descartados quando chegam a um dispositivo cujos buffers já estão cheios. O aplicativo receptor geralmente perceberá que alguns dados estão faltando e solicitará sua retransmissão, o que causará atrasos adicionais e degradação de desempenho.

Erros

Ruído e interferência podem corromper os dados. Isso é especialmente verdadeiro em comunicações sem fio e em longos fios de cobre. Quando erros são detectados, o aplicativo receptor solicitará que os dados ausentes sejam retransmitidos, novamente degradando o desempenho.

Latência

A latência tem a ver com os dispositivos de rede enfileirando os dados antes de enviá-los. Também pode acontecer quando rotas mais longas são usadas para evitar congestionamentos. Não deve ser confundido com taxa de transferência. Com a latência, o atraso pode aumentar com o tempo, mesmo se a taxa de transferência for suficiente.

Jitter

O jitter é definido como uma variação no atraso que leva para cada pacote de dados chegar ao seu destino. Acontece por vários motivos. Por exemplo, dois pacotes podem seguir rotas diferentes. A consequência é que, quando o jitter fica muito alto, os pacotes podem chegar fora da seqüência ao seu destino. Se os pacotes fizerem parte de um documento do Word, eles serão reordenados corretamente e ninguém será afetado, mas se estivermos falando sobre voz ou dados de streaming de vídeo, isso pode causar todos os tipos de problemas.

Como acabamos de ver, alguns tipos de tráfego - como voz ou streaming de vídeo - serão mais afetados por problemas de desempenho. É por isso que tráfego diferente precisa de tratamento diferente e porque existe QoS.

Como funciona o QoS

Antes de começar, gostaria de declarar algumas coisas. Primeiro, não sou um engenheiro de rede. Em segundo lugar, o objetivo desta explicação não é ser absolutamente preciso. Estou conscientemente simplificando as coisas e talvez até distorcendo a realidade até certo ponto para tornar esta seção mais fácil de digerir. Meu objetivo é dar uma ideia geral de como isso funciona, não treiná-lo na configuração de QoS.

O QoS funciona identificando qual tráfego é mais “importante” e priorizando esse tráfego em toda a rede. Não existe uma “regra de ouro” sobre qual tráfego é mais importante do que outro. Obviamente, algum tráfego - como voz ou streaming de vídeo - normalmente será considerado importante simplesmente porque não funcionará corretamente quando estiver sofrendo de degradação de desempenho. Algum tráfego - como navegação na web em muitas organizações - é considerado sem importância e, portanto, não será priorizado.

Existem dois componentes para QoS. Primeiro, o tráfego deve ser classificado e marcado. Embora existam várias maneiras de marcar o tráfego, os Serviços Diferenciados são os mais prevalentes hoje. Este é o que iremos detalhar em breve. O segundo componente é o enfileiramento, que garantirá que os dados prioritários sejam transmitidos com o menor atraso possível. O enfileiramento é feito nos dispositivos da rede de acordo com as marcações de Serviços Diferenciados.

Os Serviços Diferenciados, ou DiffServ, usam um código de seis bits no cabeçalho de cada pacote para marcar de acordo com várias classes de prioridade crescente. Essa marcação é conhecida como Ponto de Código de Serviços Diferenciados ou DSCP. Os valores típicos de DSCP variam de 0, o tráfego menos importante, a 48, o mais importante.

Classificação e marcação

Para que o tráfego de rede seja tratado corretamente de acordo com sua prioridade, ele deve primeiro ser classificado e marcado de forma adequada. A marcação pode ser feita diretamente na fonte. Por exemplo, não é incomum que aparelhos de telefone IP marquem seu tráfego como DSCP 46, um valor de alta prioridade. Para o tráfego que não é marcado na origem, as coisas são um pouco mais complicadas.

O tráfego não marcado não existe realmente com DiffServ. Por padrão, todo o tráfego é marcado como DSCP 0, a prioridade mais baixa. Cabe ao primeiro dispositivo de rede lidar com o tráfego - geralmente um switch - marcá-lo. Como isso é feito? Principalmente por meio de ACLs.

ACLs, ou Listas de Controle de Acesso, são um recurso da maioria dos equipamentos de rede que podem ser usados ​​para identificar tráfego. Como o nome indica, eles foram originalmente usados ​​como um meio de controlar o acesso. As ACLs identificam o tráfego com base em vários critérios. Entre eles, os mais comuns são o endereço IP de origem e destino e o número da porta de origem e destino. Ao longo dos anos, as ACLs tornaram-se cada vez mais refinadas e agora podem ser usadas para selecionar com precisão um tráfego muito específico.

No caso de ACLs usados ​​para inserir marcações de QoS, as regras não apenas especificam como reconhecer o tráfego, mas também com qual valor DSCP marcá-lo.

Enfileiramento

Agora que o tráfego está marcado, resta priorizá-lo de acordo com sua marcação. Isso normalmente é feito usando várias filas com prioridade crescente. Embora os valores de DSCP tenham 6 bits de largura e possam, portanto, variar de 0 a 63, o equipamento de rede raramente usa tantas filas. É típico para a maioria dos equipamentos de rede usar de três a sete filas, sendo cinco o número mais comum. Com cinco filas e mais de 60 marcações, você certamente percebeu que mais de um valor DSCP entra em cada fila.

A fila de prioridade mais baixa, que geralmente é chamada de melhor esforço ou fila BE, será a que receberá menos atenção do mecanismo de roteamento. Por outro lado, a fila de prioridade mais alta, que geralmente chamamos de tempo real ou RT, receberá mais atenção. Isso garante que o tráfego “importante” será roteado ou comutado em prioridade. Claro, isso também significa que o melhor esforço pode ser seriamente atrasado e talvez até mesmo nunca entregue. Isso é algo para se ter em mente ao classificar e marcar o tráfego de melhor esforço

Consequências de não usar QoS

As consequências de não usar QoS variam amplamente. Por exemplo, se sua rede não transporta tráfego altamente sensível, como telefonia IP ou streaming de vídeo, não usar QoS pode não fazer diferença. Isso é especialmente verdadeiro quando os níveis de tráfego atuais estão baixos. Na verdade, em uma situação de baixo tráfego, o QoS quase não traz nenhum benefício. Se voltarmos à nossa analogia com a rodovia. Se a ambulância estiver sozinha em uma rodovia de 5 pistas, ela não precisará ser priorizada.

Mas em situações em que sua rede sofre de algum - ou muitos - problemas, como superutilização e congestionamento, a ausência de QoS levará a todos os tipos de problemas. Para tráfego que requer transmissão em tempo real ou quase em tempo real, como telefonia IP, pode, por exemplo, ser a causa de áudio truncado, cortado ou ininteligível. O streaming de vídeo também seria afetado, resultando em buffer excessivo durante a reprodução.

Mas mesmo outros serviços podem sofrer com a ausência de QoS. Imagine que um usuário de rede corporativa está tentando acessar um importante sistema de contabilidade baseado na web enquanto, ao mesmo tempo, centenas de usuários estão em seu intervalo para o almoço, navegando intensamente na Internet. Isso pode tornar o aplicativo de contabilidade inutilizável, a menos que seu tráfego seja priorizado corretamente usando QoS.

QoS não resolve tudo

Mas por melhor que seja, implementar QoS não é a solução para todos os problemas. Os administradores de rede tendem a pensar que a implementação de QoS os livrará da necessidade de adicionar largura de banda. Embora seja verdade que a implementação de QoS causará uma melhoria imediata e muito aparente da operação do tráfego de alta prioridade. Isso também degradará um de prioridade mais baixa.

O QoS cuidará do congestionamento temporário da rede e garantirá que os serviços essenciais aos negócios continuem a operar corretamente enquanto houver congestionamento, mas não o impedirá. Você ainda precisa monitorar o uso da rede e ter um programa de planejamento de capacidade em vigor.

Conclusão

QoS deve fazer parte da estratégia de rede de qualquer organização, mas não deve ser o único item. Mas, mais do que tudo, deve-se ter extremo cuidado no planejamento e configuração de QoS. Embora possa fazer pequenos milagres quando aplicado corretamente, pode tornar a situação muito pior para alguns usuários. E antes de implementar o QoS, ferramentas de monitoramento também devem ser colocadas em prática para avaliar a situação. Essas mesmas ferramentas também serão inestimáveis ​​após a implementação.