QoS ในระบบเครือข่าย: คุณภาพของบริการ (Quality of Service) ทำอะไร และทำงานอย่างไร

คุณภาพการบริการ (Quality of Service หรือ QoS)คือชุดเทคนิคเครือข่ายที่ช่วยให้การรับส่งข้อมูลที่สำคัญได้รับการจัดการอย่างเป็นระบบมากขึ้นเมื่อลิงก์หรืออุปกรณ์เกิดความแออัด โดยสามารถจัดลำดับความสำคัญของการโทรด้วยเสียง การประชุมทางวิดีโอ และแอปพลิเคชันที่สำคัญต่อธุรกิจเหนือการรับส่งข้อมูลที่ไม่เร่งด่วน เช่น การดาวน์โหลดจำนวนมาก QoS ไม่ได้สร้างแบนด์วิดท์เพิ่มเติมหรือทำให้การเชื่อมต่อทุกอย่างเร็วขึ้น แต่เป็นการจัดการการแข่งขันเพื่อใช้ทรัพยากรเครือข่ายที่มีจำกัด

QoS ในระบบเครือข่ายหมายถึงอะไร?

QoS ย่อมาจากQuality of Service (คุณภาพของบริการ ) ในทางปฏิบัติแล้ว QoS ช่วยให้ผู้ดูแลระบบกำหนดวิธีการที่อุปกรณ์เครือข่ายควรจัดการกับแพ็กเก็ตประเภทต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีกระแสข้อมูลหลายกระแสแย่งกันออกจากอินเทอร์เฟซเดียวกัน หากไม่มีนโยบาย เครือข่ายจำนวนมากจะใช้การส่งแบบ "พยายามอย่างเต็มที่" (best-effort delivery) ซึ่งหมายความว่าแพ็กเก็ตโดยทั่วไปจะได้รับการปฏิบัติในลักษณะเดียวกัน และความแออัดอาจทำให้แพ็กเก็ตใดๆ ก็ตามล่าช้าหรือสูญหายได้

ลองนึกถึงทางหลวงที่พลุกพล่าน เจ้าหน้าที่ควบคุมการจราจรไม่สามารถเพิ่มเลนได้ แต่สามารถช่วยให้รถพยาบาลผ่านสี่แยกไปได้ก่อนรถยนต์ทั่วไป ระบบ QoS ทำงานในลักษณะเดียวกัน คือสามารถให้ความสำคัญกับปริมาณการรับส่งข้อมูลที่ไวต่อเวลาแฝง ในขณะที่ปริมาณการรับส่งข้อมูลอื่นๆ ต้องรอ การแลกเปลี่ยนนี้มีความสำคัญ เพราะการให้ความสำคัญกับกลุ่มหนึ่งอาจทำให้เกิดความล่าช้ามากขึ้นสำหรับอีกกลุ่มหนึ่ง

QoS ช่วยแก้ปัญหาด้านประสิทธิภาพของเครือข่ายในด้านใดบ้าง?

• ความแออัดและปริมาณการรับส่งข้อมูลต่ำ:เมื่อความต้องการเข้าใกล้หรือเกินความจุของลิงก์ คิวจะยาวขึ้นและแพ็กเก็ตบางส่วนอาจถูกทิ้ง QoS จะตัดสินว่าการรับส่งข้อมูลใดควรได้รับสิทธิ์ในการเข้าถึงความจุที่มีอยู่ก่อน
• ความหน่วง:ระยะเวลาที่แพ็กเก็ตใช้ในการเดินทางจากต้นทางไปยังปลายทาง การเข้าคิวในช่วงที่มีการใช้งานหนาแน่นอาจทำให้เกิดความล่าช้าในการสื่อสารด้วยเสียง เกม และแอปพลิเคชันแบบโต้ตอบ
• Jitter:ความผันแปรของความล่าช้าในการรับส่งข้อมูล เวลาการมาถึงที่ไม่สม่ำเสมออาจทำให้เสียงหรือวิดีโอแบบเรียลไทม์กระตุกได้
• การสูญหายของแพ็กเก็ต:แพ็กเก็ตอาจถูกทิ้งเมื่อบัฟเฟอร์เต็มหรือเนื่องจากข้อผิดพลาด การส่งซ้ำอาจทำให้แอปพลิเคชันที่ต้องพึ่งพาการส่งซ้ำทำงานช้าลงไปอีก
• ข้อผิดพลาดในการส่งข้อมูล:สัญญาณรบกวน การแทรกแซง สายเคเบิลที่ชำรุด หรือสภาพแวดล้อมไร้สายที่ไม่ดี อาจทำให้ข้อมูลเสียหายได้ QoS ไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาทางกายภาพที่เป็นต้นเหตุ

QoS มีประโยชน์มากที่สุดเมื่อปริมาณการรับส่งข้อมูลแข่งขันกันเพื่อใช้ทรัพยากรที่มีจำกัด หากลิงก์มีกำลังการผลิตเหลือเฟือและแทบไม่มีคิวเกิดขึ้น การเปลี่ยนลำดับความสำคัญของแพ็กเก็ตอาจไม่ก่อให้เกิดการปรับปรุงที่เห็นได้ชัดมากนัก

วิธีการทำงานของ QoS: การจำแนกประเภท การทำเครื่องหมาย และการจัดตารางเวลา

วิธีการใช้งานจะแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตและอุปกรณ์ แต่โดยทั่วไปแล้วจะมีขั้นตอนหลักสามอย่าง ได้แก่ การระบุปริมาณการรับส่งข้อมูล การกำหนดประเภทให้กับการรับส่งข้อมูล และการตัดสินใจว่าประเภทนั้นจะใช้ทรัพยากรอย่างไรเมื่อความต้องการเกินขีดความสามารถ นโยบายอาจรวมถึงการควบคุม การปรับแต่ง และการหลีกเลี่ยงความแออัดด้วย

1. จำแนกประเภทการเข้าชม

สวิตช์หรือเราเตอร์จะระบุแพ็กเก็ตโดยใช้กฎนโยบาย ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์และการออกแบบ กฎอาจตรวจสอบที่อยู่ IP โปรโตคอล พอร์ต ข้อมูลแอปพลิเคชัน หรือการกำหนดเครื่องหมายการรับส่งข้อมูลที่มีอยู่ ตัวอย่างเช่น องค์กรอาจจำแนกโทรศัพท์ IP ที่ได้รับการจัดการแยกต่างหากจากการท่องเว็บของแขก

2. ทำเครื่องหมายแพ็กเก็ตด้วย DSCP

วิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือ Differentiated Services (DiffServ) ฟิลด์ Differentiated Services ในส่วนหัวของ IP ประกอบด้วยDifferentiated Services Code Point (DSCP) ขนาด 6 บิตซึ่งอนุญาตให้มีค่าโค้ดพอยต์ได้ 64 ค่า อุปกรณ์จะใช้ความหมายที่กำหนดค่าไว้ของค่าเพื่อเลือกพฤติกรรมการส่งต่อข้อมูลในแต่ละฮอป ค่า DSCP ไม่ใช่การรับประกันแบบครอบคลุมทุกปลายทางเสมอไป อุปกรณ์ต้องได้รับการกำหนดค่าให้ตีความและจัดการค่าเหล่านี้อย่างสม่ำเสมอ

ตัวอย่างเช่น DSCP 46 มักเกี่ยวข้องกับการส่งต่อข้อมูลแบบเร่งด่วน (Expedited Forwarding) สำหรับการรับส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ที่ได้รับการออกแบบมาอย่างเหมาะสม ในขณะที่ DSCP 0 เป็นค่าเริ่มต้นของการส่งต่อข้อมูลแบบพยายามอย่างเต็มที่ (best-effort) อย่าเชื่อถือการกำหนดเครื่องหมายที่มาจากอุปกรณ์ที่ไม่น่าเชื่อถือโดยไม่ตรวจสอบ เพราะเครือข่ายอาจจัดประเภทใหม่หรือกำหนดเครื่องหมายใหม่ให้กับข้อมูลเมื่อถึงขอบเขตของเครือข่าย

3. จัดคิวและกำหนดเวลาการส่งแพ็กเก็ต

เมื่อแพ็กเก็ตค้างรอที่จะออกจากอินเทอร์เฟซ นโยบายการจัดคิวและการจัดตารางเวลาของอุปกรณ์จะเป็นตัวกำหนดว่าคิวใดจะได้รับบริการ และแต่ละคลาสสามารถใช้แบนด์วิดท์ได้มากน้อยเพียงใด คิวแบบเรียลไทม์อาจได้รับการจัดการด้วยความหน่วงต่ำ แอปพลิเคชันทางธุรกิจอาจได้รับส่วนแบ่งที่กำหนดไว้ และการรับส่งข้อมูลแบบ best-effort จะใช้บริการที่เหลืออยู่ นโยบายที่ออกแบบมาอย่างดีจะจำกัดการรับส่งข้อมูลที่มีลำดับความสำคัญสูง เพื่อไม่ให้คลาสใดคลาสหนึ่งแย่งทรัพยากรจากคลาสอื่น ๆ

QoS ครอบคลุมตั้งแต่ต้นทางถึงปลายทางหรือไม่?

พฤติกรรม QoS ขึ้นอยู่กับเส้นทางและนโยบาย ณ จุดคอขวดแต่ละจุด การกำหนดค่า DSCP สามารถเดินทางไปพร้อมกับแพ็กเก็ต IP ได้ แต่เราเตอร์หรือสวิตช์แต่ละตัวจะใช้การประมวลผลตามที่กำหนดค่าไว้เท่านั้น อุปกรณ์หรือผู้ให้บริการในภายหลังอาจเพิกเฉยหรือเขียนทับการกำหนดค่าดังกล่าว เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอ ควรประสานการจำแนกประเภท ขอบเขตความเชื่อถือ การแมปคิว และนโยบายแบนด์วิดท์ตลอดเส้นทางที่จัดการ และตรวจสอบสิ่งที่เกิดขึ้นที่ขอบเครือข่าย

วิธีตรวจสอบปัญหาคุณภาพบริการ (QoS) ก่อนเปลี่ยนแปลงการตั้งค่า

1. วัดผลก่อน:ตรวจสอบการใช้งานอินเทอร์เฟซ การหลุดการเชื่อมต่อ ข้อผิดพลาด ความหน่วง และความผันผวนในช่วงเวลาที่ผู้ใช้รายงานปัญหา
2. ค้นหาจุดคอขวด:ตรวจสอบว่าปัญหาเกิดขึ้นในเครือข่าย LAN, เครือข่าย Wi-Fi, วงจร WAN, VPN หรือเส้นทางของผู้ให้บริการหรือไม่
3. ระบุปริมาณการรับส่งข้อมูล:ใช้ตัวนับอุปกรณ์ และข้อมูลการวัดปริมาณการรับส่งข้อมูล (ถ้ามี) เพื่อดูว่าแอปพลิเคชัน โฮสต์ หรือโปรโตคอลใดใช้แบนด์วิดท์มากที่สุด
4. กำหนดลำดับความสำคัญทางธุรกิจ:ตกลงกันว่าบริการใดมีความสำคัญต่อความล่าช้าหรือมีความสำคัญต่อภารกิจหลัก และบริการใดสามารถรอได้
5. ใช้มาตรการที่จำกัดและตรวจสอบความถูกต้อง:กำหนดค่าอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องโดยใช้เอกสารของผู้ผลิต จากนั้นเปรียบเทียบจำนวนคิวที่ถูกตัด การหน่วงเวลา และประสบการณ์ของผู้ใช้ก่อนและหลังการเปลี่ยนแปลง ตรวจสอบปริมาณการรับส่งข้อมูลที่มีลำดับความสำคัญต่ำด้วย

เครื่องมือตรวจสอบเครือข่ายและการวิเคราะห์การไหลของข้อมูลสามารถช่วยในการวินิจฉัยได้ แม้ว่าจะไม่สามารถทดแทนการกำหนดค่า QoS ที่ถูกต้องได้ก็ตาม โปรดดูข้อมูลอย่างเป็นทางการของ SolarWinds Network Performance Monitorสำหรับการตรวจสอบอุปกรณ์และอินเทอร์เฟซ และSolarWinds NetFlow Traffic Analyzerสำหรับการมองเห็นการไหลของข้อมูลตามแอปพลิเคชัน โปรโตคอล และกลุ่มที่อยู่ IP

สิ่งที่ QoS แก้ไขไม่ได้

QoS ไม่สามารถเพิ่มความจุทางกายภาพของวงจร ซ่อมแซมสายเคเบิลที่เสียหาย กำจัดสัญญาณรบกวนทางวิทยุ หรือควบคุมความแออัดภายนอกเครือข่ายที่ใช้หลักการนี้ได้ แต่จะช่วยกระจายผลกระทบของความแออัด: การรับส่งข้อมูลที่มีลำดับความสำคัญสูงอาจดีขึ้น ในขณะที่การรับส่งข้อมูลที่มีลำดับความสำคัญต่ำกว่าอาจต้องรอนานขึ้นหรือประสบปัญหาการหยุดชะงักบ่อยขึ้น หากลิงก์ยังคงโอเวอร์โหลด การวางแผนความจุอย่างต่อเนื่อง การลดปริมาณการรับส่งข้อมูล หรือการอัปเกรดแบนด์วิดท์อาจยังคงมีความจำเป็น

ดังนั้น QoS ควรตั้งอยู่บนพื้นฐานของสภาพที่วัดได้และนโยบายการบริการที่ชัดเจน ไม่ใช่การเปิดใช้งานเป็นวิธีแก้ปัญหาแบบเหมาหมด เริ่มต้นด้วยการระบุจุดคอขวด จัดลำดับความสำคัญของปริมาณการรับส่งข้อมูลที่ต้องการการส่งมอบที่คาดการณ์ได้จริง และตรวจสอบผลลัพธ์สำหรับแต่ละประเภท

เอกสารอ้างอิงทางเทคนิคอย่างเป็นทางการ

• Cisco: คู่มือการกำหนดค่าคุณภาพการบริการ — การจำแนกประเภท, DiffServ และการประมวลผลแพ็กเก็ต
• IETF RFC 2474: คำจำกัดความของฟิลด์บริการที่แตกต่างกัน — ฟิลด์ DS และ DSCP หกบิต
• Cisco: การนำนโยบาย QoS ไปใช้กับ DSCP — ตัวอย่างการจำแนกและการทำเครื่องหมาย