Значение QoS в сети: что такое QoS? (Руководство)

Качество обслуживания или QoS - сложная тема. Но в наши дни его использование настолько распространено, что о нем должен знать каждый сетевой администратор. Качество обслуживания стало популярным, поскольку все больше и больше сетей начали передавать данные, которым необходимо уделять приоритетное внимание, в то время как использование развлекательных сетей становилось все более и более обычным явлением.

Мы не намерены делать вас экспертами по QoS, но вместо этого мы хотим пролить свет на эту тему, насколько это возможно нетехническим способом.

Проще говоря, наша цель состоит в том, чтобы ответить на следующий вопрос: что такое качество обслуживания в сети и для чего оно полезно?

Это не курс теории и реализации QoS. Мы не будем показывать вам ни одной команды коммутатора или маршрутизатора. Наша цель - позволить вам просто понять суть QoS.

Мы начнем с выяснения того, что такое QoS, а что нет. После этого мы ненадолго сделаем паузу, чтобы обсудить несколько инструментов от SolarWinds, которые вы, возможно, захотите попробовать. Затем мы обсудим различные факторы, которые могут повлиять на производительность сети. Это приведет нас к сути нашего вопроса: как работает QoS. Как вы увидите, это намного проще, чем кажется. И прежде чем мы закончим, мы обсудим, что происходит, когда вы не используете QoS, и с чем QoS не может вам помочь.

Что такое QoS?

По мере того, как использование сети росло и включало в себя все больше и больше трафика различного типа, а перегрузка сети становилась все более частой и важной, инженеры вскоре поняли, что им нужен способ организации и определения приоритетов трафика. QoS - это не что-то одно, а сочетание функций и технологий, которые работают вместе для достижения этой цели.

Благодаря множеству проб и ошибок у нас теперь есть относительно универсальная система QoS, которую можно использовать, чтобы надежно гарантировать, что важному трафику будет уделяться необходимое внимание.

Важным аспектом QoS является то, что оно должно быть реализовано от начала до конца, чтобы быть полезным. QoS настраивается на устройствах, таких как коммутаторы и маршрутизаторы, которые обрабатывают трафик. Любое такое устройство на пути к данным должно иметь правильную конфигурацию QoS, иначе это не будет иметь ожидаемого эффекта.

Кроме того, каждое устройство должно иметь конфигурацию QoS, совместимую с другими. QoS использует маркировку приоритета, чтобы творить чудеса. Вы легко можете себе представить, что произошло бы, если бы одно устройство считало высокоприоритетный показатель более важным, а другое - наоборот.

Значение QoS в сети

Мы часто сравниваем сеть с автомобильным движением, где автомагистрали представляют собой сетевые ссылки, а транспортные средства представляют собой пакеты данных. Это довольно хорошая аналогия, поскольку между двумя типами трафика есть много общего. Наверное, отличий больше, чем есть. Мы будем использовать ту же аналогию, чтобы попытаться конкретно объяснить, что такое QoS.

Итак, представим оживленную трассу. Сегодня пятница, час пик, много машин и грузовиков. Трафик уже движется довольно медленно, но, что еще хуже, мы приближаемся к перекрестку, и на другой стороне этого перекрестка ведутся некоторые дорожные работы, которые только усугубляют проблему. Большинство из вас, скорее всего, попадали в такую ​​ситуацию.

Чтобы облегчить движение транспорта, на ближайшем перекрестке стоит гаишник. Он изо всех сил старается дать каждому автомобилисту свою справедливую долю дороги. Но даже с его помощью вещи не сильно двигаются и, нравится вам это или нет, вы застряли в пробке.

Затем вдалеке вы слышите сирену «скорой помощи» позади вас. Это когда гаишник на перекрестке переключается на повышенной скорости.

Понимая, что машине скорой помощи действительно нужно проехать, он следит за тем, чтобы потоки машин перед ней проходили, и останавливает встречное движение, гарантируя, что она сможет продолжить свой маршрут с минимальной задержкой. Между тем, другим автомобилистам приходится ждать своей очереди, прежде чем они смогут возобновить свой маршрут после проезда приоритетного транспортного средства.

SolarWinds QoS: лучшие инструменты!

Прежде чем мы продолжим, я хотел бы обсудить несколько инструментов от SolarWinds. Хотя они не имеют прямого отношения к QoS, оба очень полезны для определения узких мест в ваших сетях и их причин.

Они помогут вам оценить текущую ситуацию, что является первым шагом к исправлению проблем в целом и внедрению QoS.

1. Монитор производительности сети ( БЕСПЛАТНАЯ пробная версия )

Флагманский продукт SolarWinds, Network Performance Monitor , возможно, является одним из лучших инструментов мониторинга пропускной способности SNMP. Это инструмент, который будет использовать простой протокол управления сетью для построения графика изменения использования полосы пропускания сетевых каналов с течением времени. Панель управления программного обеспечения, ее представления и диаграммы полностью настраиваются. Инструмент настраивается с минимальными усилиями и может начать мониторинг практически сразу после установки. NPM может масштабироваться от самых маленьких сетей до огромных с сотнями устройств, распределенными по множеству сайтов.

• БЕСПЛАТНЫЙ ПРОБНЫЙ ПЕРИОД : SolarWinds Network Performance Monitor
• Официальная загрузка: https://www.solarwinds.com/network-performance-monitor/

Монитор производительности сети SolarWinds использует SNMP для опроса устройств с регулярными интервалами - обычно пять минут - и считывания их счетчиков интерфейсов.

Затем он вычисляет использование полосы пропускания, сохраняет его в базе данных для использования в будущем и отображает графики, показывающие изменение использования полосы пропускания с течением времени. NPM - огромный инструмент с несколькими дополнительными функциями. Например, он может строить сетевые карты и отображать критический путь между двумя устройствами.

Цена на Network Performance Monitor начинается примерно с 3000 долларов. 30-дневная бесплатная пробная версия доступна Если вы предпочитаете , чтобы попробовать продукт перед покупкой.

2. Анализатор трафика NetFlow ( БЕСПЛАТНАЯ пробная версия )

Traffic Analyzer SolarWinds NetFlow позволяет администратору более детальное представление о сетевом трафике. Он не просто показывает использование полосы пропускания в битах в секунду.

• БЕСПЛАТНЫЙ ПРОБНЫЙ ПЕРИОД : SolarWinds Netflow Traffic Analyzer
• Официальная загрузка: https://www.solarwinds.com/netflow-traffic-analyzer/

Инструмент предоставляет подробную информацию о наблюдаемом трафике. Он скажет вам, какой тип трафика более распространен или какой пользователь использует большую пропускную способность. Он также предоставит бесценную информацию о различных типах трафика - например, просмотр веб-страниц, бизнес-приложения, телефония или потоковое видео, - которые передаются по вашей сети.

Traffic Analyzer NetFlow использует NetFlow протокол для сбора подробной информации об использовании от сетевых устройств. Протокол NetFlow встроен во многие сетевые устройства различных производителей. После настройки сетевые устройства отправляют подробную информацию о каждом сетевом «разговоре» или потоке на сборщик и анализатор NetFlow. Анализатор трафика SolarWinds NetFlow является одним из таких сборщиков и анализаторов.

Если вы хотите опробовать продукт перед тем, как совершить покупку, бесплатную 30-дневную пробную версию можно загрузить с SolarWinds. Это полнофункциональная версия, у которой нет ограничений, кроме времени.

Факторы, влияющие на производительность сети

В типичной сети на доставку данных может влиять несколько факторов. Мы составили список основных факторов, которые могут повлиять на производительность сети.

Низкая пропускная способность

Это связано с пропускной способностью сетевого канала. Некоторые могут обрабатывать больше трафика, чем другие. Обычно он измеряется в битах, а часто в килограммах или мегабитах в секунду. Если вы превысите пропускную способность канала, произойдет перегрузка и производительность снизится.

Упавшие пакеты

Пакеты могут быть сброшены сетевыми устройствами по нескольким причинам. Возможно, они испортились в пути и их больше нельзя узнать. Но чаще всего пакеты отбрасываются, когда они прибывают на устройство, буферы которого уже заполнены. Принимающее приложение обычно понимает, что некоторые данные отсутствуют, и запрашивает их повторную передачу, что вызывает дополнительные задержки и снижение производительности.

Ошибки

Шум и помехи могут повредить данные. Это особенно актуально при беспроводной связи и при использовании длинных медных проводов. При обнаружении ошибок принимающее приложение будет запрашивать повторную передачу недостающих данных, что снова снижает производительность.

Задержка

Задержка связана с тем, что сетевые устройства ставят данные в очередь перед их отправкой. Это также может произойти, когда используются более длинные маршруты, чтобы избежать заторов. Не следует путать с пропускной способностью. Из-за задержки задержка может со временем нарастать, даже если пропускная способность достаточна.

Джиттер

Джиттер определяется как изменение задержки, необходимой для достижения каждым пакетом данных места назначения. Бывает по разным причинам. Например, два пакета могут идти по разным маршрутам. Следствием этого является то, что когда джиттер становится слишком высоким, пакеты могут приходить к месту назначения не по порядку. Если пакеты являются частью документа Word, они будут правильно переупорядочены, и никто не пострадает, но если мы говорим о голосовых данных или потоковом видео, это может вызвать всевозможные проблемы.

Как мы только что видели, на некоторые типы трафика, такие как голос или потоковое видео, больше влияют проблемы с производительностью. Вот почему разный трафик требует разной обработки и почему существует QoS.

Как работает QoS

Прежде чем мы начнем, я хотел бы сказать несколько вещей. Во-первых, я не сетевой инженер. Во-вторых, цель этого объяснения не быть абсолютно точной. Я сознательно упрощаю вещи и даже, возможно, до некоторой степени искажаю реальность, чтобы этот раздел было легче усвоить. Моя цель - дать вам общее представление о том, как это работает, а не обучать вас настройке QoS.

QoS работает, определяя, какой трафик более «важный», и устанавливая приоритеты для этого трафика во всей сети. Не существует «золотого правила» относительно того, какой трафик важнее другого. Очевидно, что некоторый трафик, такой как голос или потоковое видео, обычно считается важным просто потому, что он не будет работать должным образом из-за снижения производительности. Некоторый трафик - например, просмотр веб-страниц во многих организациях - считается неважным и поэтому не будет иметь приоритета.

QoS состоит из двух компонентов. Во-первых, трафик необходимо классифицировать и пометить. Несмотря на то, что существует несколько способов маркировки трафика, сегодня наиболее распространены дифференцированные услуги. Это то, о чем мы поговорим чуть позже. Второй компонент - это организация очереди, которая гарантирует, что приоритетные данные будут передаваться с минимально возможными задержками. Очередь выполняется на сетевых устройствах в соответствии с маркировкой Differentiated Services.

Differentiated Services, или DiffServ, используют шестибитовый код в заголовке каждого упакованного для маркировки в соответствии с несколькими классами возрастающего приоритета. Эта маркировка называется точкой кода дифференцирования услуг или DSCP. Типичные значения DSCP варьируются от 0 (наименее важный трафик) до 48 (наиболее важный).

Классификация и маркировка

Чтобы сетевой трафик правильно обрабатывался в соответствии с его приоритетом, он должен быть сначала классифицирован и отмечен соответствующим образом. Маркировку можно сделать прямо у источника. Например, IP-телефонные аппараты нередко маркируют свой трафик как DSCP 46, значение высокого приоритета. С трафиком, не отмеченным у источника, дела обстоят немного сложнее.

Немаркированный трафик фактически не существует с DiffServ. По умолчанию весь трафик помечается как DSCP 0, самый низкий приоритет. Это должно пометить первое сетевое устройство, обрабатывающее трафик, обычно коммутатор. Как это делается? В основном через ACL.

ACL или списки управления доступом - это функция большинства сетевого оборудования, которая может использоваться для идентификации трафика. Как следует из их названия, они изначально использовались как средство контроля доступа. ACL идентифицируют трафик на основе нескольких критериев. Среди них наиболее распространены IP-адрес источника и назначения, а также номер порта источника и назначения. С годами списки ACL становились все более и более точными, и теперь их можно использовать для точного выбора очень определенного трафика.

В случае ACL, используемых для вставки маркировки QoS, правила не только определяют, как распознавать трафик, но и какое значение DSCP его маркировать.

Очередь

Теперь, когда трафик отмечен, остается только определить его приоритет в соответствии с его маркировкой. Обычно это достигается за счет использования нескольких очередей с возрастающим приоритетом. Хотя значения DSCP имеют ширину 6 бит и, следовательно, могут находиться в диапазоне от 0 до 63, сетевое оборудование редко использует такое количество очередей. Для большинства сетевого оборудования типично использовать от трех до семи очередей, из которых пять - наиболее распространенное число. Имея пять очередей и более 60 маркировок, вы наверняка догадались, что в каждую очередь входит более одного значения DSCP.

Очередь с самым низким приоритетом, которую часто называют очередью максимального усилия или BE, будет той, которая получает меньше всего внимания со стороны механизма маршрутизации. И наоборот, наибольшее внимание будет уделяться очереди с наивысшим приоритетом, которую мы часто называем в режиме реального времени или RT. Это гарантирует, что «важный» трафик будет маршрутизироваться или коммутироваться с приоритетом. Конечно, это также означает, что оптимальные усилия могут быть серьезно отложены и, возможно, даже никогда не будут реализованы. Об этом следует помнить при классификации и маркировке трафика с максимальной эффективностью.

Последствия неиспользования QoS

Последствия неиспользования QoS сильно различаются. Например, если в вашей сети нет высокочувствительного трафика, такого как IP-телефония или потоковое видео, отказ от использования QoS может не иметь никакого значения. Это особенно верно, когда ваш текущий уровень трафика низкий. Фактически, в ситуации с низким трафиком QoS почти не приносит пользы. Если мы вернемся к нашей аналогии с шоссе. Если скорая помощь едет одна на 5-полосном шоссе, ей не нужно отдавать приоритет.

Но в ситуациях, когда ваша сеть страдает от каких-либо или многих проблем, таких как чрезмерная загрузка и перегрузка, отсутствие QoS приведет ко всевозможным проблемам. Для трафика, который требует передачи в реальном времени или почти в реальном времени, например IP-телефонии, это может быть причиной искаженного, прерывистого или неразборчивого звука. Потоковое видео также будет затронуто, что приведет к чрезмерной буферизации во время воспроизведения.

Но даже другие сервисы могут пострадать от отсутствия QoS. Представьте себе, что пользователь корпоративной сети пытается получить доступ к важной сетевой системе бухгалтерского учета, в то время как в то же время сотни пользователей находятся на обеденном перерыве, активно просматривая Интернет. Это может сделать приложение бухгалтерского учета непригодным для использования, если его трафик не будет правильно приоритизирован с помощью QoS.

QoS не исправит все

Но как бы хорошо это ни было, внедрение QoS - это не решение всех проблем. Сетевые администраторы склонны думать, что внедрение QoS избавит их от необходимости увеличивать полосу пропускания. Хотя верно, что реализация QoS приведет к немедленному и очень очевидному улучшению работы высокоприоритетного трафика. Это также приведет к ухудшению приоритета более низкого приоритета.

QoS позаботится о временной перегрузке сети и обеспечит правильную работу критически важных для бизнеса сервисов во время перегрузки, но не остановит ее. Вам по-прежнему необходимо отслеживать использование сети и иметь программу планирования емкости.

Вывод

QoS должно быть частью сетевой стратегии любой организации, но не единственным элементом. Но более всего следует проявлять особую осторожность при планировании и настройке QoS. Хотя при правильном применении он может творить маленькие чудеса, для некоторых пользователей он может значительно ухудшить ситуацию. И прежде чем внедрять QoS, необходимо также использовать инструменты мониторинга для оценки ситуации. Те же самые инструменты станут бесценными и после внедрения.