Какво е QoS? Как да използвате QoS за по-бързи интернет скорости, когато имате най-голяма нужда от него

WebTech360 - В статията по-долу ще ви представим и ще ви насочим да научите за концепцията QoS - качество на услугата (Quality of Service) на рутерите.

Какво е QoS?

QoS (съкращение от Quality of Service - качество на услугата) е начин за контрол на приоритета на трафика в мрежовата система. Тази функция работи на всички различни слоеве на системата, но в този тест ще се съсредоточим върху рутери, използвани в домашни или лични модели. По-конкретно, QoS ясно ще демонстрира своите ефекти на места, където често се появяват пречки (или обикновено наричани „bottlenecks“), и същевременно ще реши коя част от трафика е по-важна от останалата, въз основа на правилата, които потребителят задава, свързани с IP адреси, MAC адреси, активни услуги...

Примери за употреба на QoS на практика

За да го разберем малко по-добре, нека вземем за пример задръстване на магистрала по време на пиков час. Всички шофьори на пътя имат една цел - да достигнат крайната си дестинация. И затова трябва да продължат да се движат, дори и с бавна скорост.

Тогава звукът на сирена на линейка ги предупреди за превозно средство, което трябваше спешно да стигне до местоназначението си и да мине пред тях. Затова шофьорите се отдръпнаха от пътя - сега „прякото място“ на линейката - и го оставиха да мине.

По подобен начин, когато една мрежа предава данни, тя има и настройка, при която някои типове данни се третират по-добре от всички останали. Важните пакети данни трябва да достигнат местоназначението си много по-бързо от останалите, защото са чувствителни към времето и ще „изтекат“, ако не пристигнат навреме.

Защо QoS е важно?

В миналото информационните мрежи и бизнес мрежите бяха отделни обекти. Телефонните разговори и дистанционните комуникации обикновено се обработваха от мрежа, свързана с RJ11. Разговорите се наблюдаваха от PABX система. Тя работеше отделно от IP мрежата, свързана с RJ45, която свързваше лаптопи, настолни компютри и сървъри. Двата типа мрежи рядко се пресичаха, освен ако например компютър не се нуждаеше от телефонна линия, за да се свърже с интернет. Пример за такава мрежа би изглеждал така:

Когато мрежите предаваха само данни, скоростта беше по-маловажна. Днес интерактивните приложения, които пренасят аудио и видео, трябва да се доставят през мрежи с висока скорост, без загуба на пакети или вариации в скоростта на доставка.

Хората вече осъществяват бизнес разговори, използвайки приложения за онлайн срещи като Skype, Zoom и GoToMeeting, които използват IP транспортни протоколи за изпращане и получаване на видео или аудио съобщения. Заради бързината тези важни приложения могат да свършат работата си без административните процеси, които обикновено изискват стандартните предавания на данни.

Къде обикновено се появяват пречките?

Основният оперативен механизъм на QoS обикновено се прилага, когато възникне пречка в определен момент или на определено място в системата, като основният фактор тук са зададените от вас параметри, свързани с честотната лента :

Да предположим, че настройките ви за QoS са настроени да надвишават честотната лента, която получавате от вашия интернет доставчик. Какво се случва, ако трафикът на вашия рутер не е приоритизиран, защото системата „смята“, че честотната лента е разумна? Междувременно, ако сте достигнали лимита на вашия интернет доставчик, той е този, който решава какво може и какво не може да продължи да работи.

Освен това, ако зададете нивото на QoS честотна лента по-ниско от стандартното на интернет доставчика, това означава, че създавате „изкуствено“ пречка, която можем да контролираме, наблюдаваме и наблюдаваме чрез рутера.

Някои точки, които трябва да се имат предвид, за да се осигури стабилност на системата, включително настройките за връзка към мрежата (Uplink) и връзка към мрежата (Downlink) :

Нека започнем с проверка на средната скорост на връзката ни от интернет доставчика. За целта можете да използвате някои налични онлайн услуги за поддръжка, като например Speakeasy Speed ​​​​Test и SpeedTest :

Според препоръките на експерти, както и на много опитни потребители, трябва да настроите QoS на около 85% от стойността, получена от теста, за да осигурите ефективна работа на системата. След като определите скоростта на качване и сваляне , трябва постепенно да я увеличавате с около 1-2% всеки път. В някои специални случаи потребителите могат да я увеличат до 95% , като системата все още осигурява производителност, без да бъде засегната от странични ефекти.

Какво се случва, ако QoS не се използва в мрежата?

Неправилното конфигуриране на QoS може да доведе до един (или всички) от следните проблеми:

Закъснение

Когато на RTP пакетите не е зададен приоритет, те се доставят със стандартната скорост на устройството. В претоварена мрежа пакетите трябва да пътуват заедно с останалите неспешни пакети. Макар че самата мрежова латентност няма да повлияе на качеството на доставяните аудиовизуални данни, тя ще повлияе на комуникацията между крайните потребители. При латентност от 100 ms единият човек ще започне да говори над друг, тъй като пакетите пристигат несинхронизирано, а при 300 ms разговорът ще стане неразбираем.

Трептене

Приложенията в реално време елиминират стандартното буфериране на транспортно ниво, така че няма механизъм за повторно сглобяване на входящите пакети в правилния ред. Трептенето е неравномерната скорост, с която пакетите пристигат в мрежата. То може да доведе до забавяне и непоследователност на пакетите. Тъй като приложението не чака потокът да бъде правилно подреден, непоследователните пакети се изпускат, което води до изкривяване или пропуски в доставеното аудио или видео.

Загуба на пакети

Това е най-лошият сценарий, при който някои (или част) пакети се губят поради прекалено голямо претоварване на мрежовите устройства. Когато изходната опашка на комутатор или рутер е пълна, възниква „опашка“, при която устройството изпуска всички нови пакети, докато капацитетът отново не е наличен.

Във всички случаи, които току-що видяхте, QoS може да помогне чрез планиране на данни, управление на опашки и предотвратяване на загуба на данни.

Не е трудно да си представим как комуникацията и стриймингът на медийно съдържание биха могли да бъдат сериозно засегнати без QoS - особено в мрежи, обслужващи RTP протокола. Дори и да е перфектно проектиран, в крайна сметка комуникацията първо ще стане трудна, след това ще се влоши с увеличаване на мрежовия трафик и в крайна сметка ще стане невъзможна.

Трите споменати по-горе грешки всъщност са много важни при определянето на качеството на трафика, базиран на RTP, който компании за софтуер за QoS и мрежов мониторинг, като SolarWinds, използват като метрика.

Мрежови инструменти за QoS мониторинг

Анализатор на трафика на SolarWinds NetFlow (безплатен пробен период)

Би било доста несправедливо да продължим, без да споменем малко повече за един от най-добрите инструменти за мрежов мониторинг: SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer.

Този пакет за мрежов мониторинг помага за решаването на проблеми, които могат да бъдат причинени от:

- Бавна мрежа : Бавната мрежа може да повлияе на бизнеса, тъй като продължава да забавя скоростта на пренос на данни. Освен ако не бъдат отстранени мрежовите пречки, цялата организация ще се сблъска с лоша свързаност.

- Бавна комуникация : Бизнес, който не успее да установи ясен комуникационен канал в мрежата си, ще бъде парализиран. Още по-лошо, невъзможността за ясна комуникация с клиентите почти сигурно ще доведе до проблеми на бизнеса.

- Ненаблюдавана мрежа : Администраторите, които не могат правилно да наблюдават мрежите си, няма да могат да знаят текущото им състояние или как да планират бъдещо разширяване на мрежата. Без наблюдение на мрежата и проследяване на производителността на всяко устройство, мрежовите мениджъри не могат да вземат информирани решения и е вероятно да изострят проблемите с производителността на мрежата.

Снабдени с Netflow Traffic Analyzer, мрежовите администратори ще могат да решават често срещани проблеми, тъй като инструментът помага за:

• Помага за внедряването на QoS и оптимизирането му - чрез обратна връзка за потока от данни
• Преглед и докладване на текущата конфигурация на политиката за QoS, като по този начин се информират решенията за проектиране.
• Следете използването на честотна лента, за да определите кои приложения и устройства заемат мрежови ресурси - те могат да бъдат изолирани, пренасрочени или деактивирани.

Типичното табло за управление на Netflow Traffic Analyzer съдържа важна информация, от която администраторите се нуждаят, за да наблюдават състоянията и да правят бързи корекции на настройките. Пример:

Тези отчети и анализи включват: латентност, трептене и загуба на пакети.

Paessler PRTG

Друга опция, която можете да използвате за наблюдение на QoS, е Paessler PRTG. Този инструментариум за мрежов мониторинг има специален раздел за наблюдение на производителността на QoS. Тази функция показва маркираните ви потоци от трафик в реално време и също така съхранява данни за анализ на производителността и планиране на капацитета.

Софтуерът PRTG включва 4 сензора за наблюдение, обхващащи 3 различни QoS метода. Те са допълнени със сензор за Ping Jitter, който следи редовността на доставката на пакети в рамките на потока.

Трите вида QoS, които PRTG може да наблюдава, са Standard QoS, Cisco IP-SLA и Cisco CBQoS. Стандартните QoS монитори се реализират като еднопосочни сензори или сензори за двупосочно предаване. Тези монитори могат да работят с връзки през интернет.

Cisco IP-SLA Sensor е специално проектиран да наблюдава маркиран VoIP трафик във вашата мрежа. Той записва различни показатели за гласов трафик, включително забавяне при двупосочно предаване, латентност, трептене и средна оценка на мнение (MOS).

Cisco CBQoS Sensor следва класово базирана имплементация на качество на услугата (QoS). CBQoS е метод за опашки и ако искате да го внедрите, ще трябва да наблюдавате множество входни точки на вашите рутери и комутатори. Създавате поне 3 виртуални опашки за всяко устройство, така че има повече за наблюдение.

PRTG може автоматично да настрои и картографира цялата ви мрежова инфраструктура. Внедряването на QoS обаче изисква вземане на решения, така че ще трябва сами да настроите метода, като решите кои типове мрежов трафик да приоритизирате.

Paessler ви позволява да използвате PRTG безплатно, ако активирате само до 100 сензора. Ако имате нужда от повече, можете да изпробвате системата безплатно за 30 дни, което включва QoS мониторинг.

Как да конфигурирам QoS?

Кабелните рутери и комутатори могат да бъдат конфигурирани да приоритизират протоколите, до които обикновено се осъществява достъп чрез софтуерния пакет за управление на рутери. Целият процес на конфигуриране на QoS опциите е сравнително проста задача, която включва:

• Влезте в приложението и се свържете с хъба или превключете през него
• Отидете до менюто за конфигурация на QoS
• Задаване на опции за приоритет на пакетите

И по този начин медийните пакети ще могат да се движат безпроблемно по мрежата. Опитните мрежови инженери могат да изпълняват всички задачи, изброени по-горе, чрез интерфейса за конфигуриране от командния ред.

Как се приоритизират RTP пакетите?

Приоритизирането на QoS пакетите може да се извърши по два основни метода:

- Класификация : Този ефикасен метод идентифицира типовете пакети и им присвоява приоритет, като ги маркира. Идентификацията може да се извърши с помощта на ACL (списъци за контрол на достъпа), чрез внедряване на локални мрежи, използващи CoS (клас на услугата), или с помощта на комутатори, използващи хардуерно базирано QoS маркиране.

- Опашки : Опашките са високопроизводителни буфери на паметта, намиращи се в рутери и комутатори. Пакетите, преминаващи през тях, се съхраняват в специални области на паметта, докато чакат да бъдат изпратени. Когато на протоколи, като RTP, е присвоен по-висок приоритет, те се преместват в специална опашка, която прехвърля данните напред с по-бърза скорост, като по този начин намалява риска от загуба. Опашките с по-нисък приоритет не получават това третиране.

Едно важно нещо, което трябва да се запомни тук, е, че маркирането на приоритета на даден пакет е валидно само в мрежата, в която е създаден. След като напусне мрежата, собственикът на приемащата мрежа определя новия му приоритет.

Неща, които трябва да се имат предвид при приоритизиране на пакетите

Някои неща и съвети, които могат да бъдат полезни при определянето на приоритетите на пакетите, включват:

- Обикновено е добра идея устройствата, които са най-близо до източника на данни, да зададат маркери за приоритет. Това гарантира, че пакетите пътуват през цялата мрежа с правилния приоритет.

- Устройството, избрано за маркиране на входящите пакети, винаги трябва да е комутатор. Това е така, защото тези устройства могат да балансират натоварването на трафика в мрежата и да споделят натоварването с други комутатори, като по този начин намаляват натоварването на техните процесори.

- Входящият трафик почти винаги е по-голям от изходящия трафик. Интернет доставчиците обикновено разпределят по-малка честотна лента за изходящия трафик на клиентите и именно там (по изходящия мрежов път) основно трябва да се прилага QoS.

Cisco има препоръка за това как пакетите трябва да бъдат маркирани, както е показано на тази диаграма:

В крайна сметка, успехът на QoS внедряването винаги зависи от качеството на политиката, която управлява как пакетите се класифицират, маркират и поставят в опашка. Политиката трябва да бъде внимателно разработена за успешно QoS внедряване.

За какво не трябва да се използва QoS?

След като прочетете за QoS, може би го смятате за панацея за претоварване на мрежата. До известна степен QoS може да направи повечето RTP комуникации по-плавни и привидно да рационализира мрежовия трафик. За съжаление, QoS не е универсално решение за всеки мрежов проблем.

Никога не използвайте QoS за следните цели:

Увеличете честотната лента

Въпреки че QoS помага за приоритизиране на RTP пакетите и създава впечатлението, че мрежата внезапно увеличава честотната лента, никога не бива да се приема по този начин. QoS никога не трябва да се използва като инструмент за „увеличаване на честотната лента“, когато всичко, което прави, е да използва съществуващите ресурси малко по-ефективно (и в полза на RTP пакетите).

Вместо това, помислете за кеширане на файлове, за да намалите количеството входящи и изходящи данни. Ако това не помогне, това означава, че е достигнат лимитът на честотната лента. Когато една компания достигне лимита си на честотна лента, единствената жизнеспособна опция е да закупи допълнително мрежово оборудване, а не да използва QoS.

Предпазете мрежата от претоварване

Ако някои приложения все още работят и бавно изразходват мрежова честотна лента, внедряването на QoS не е решението. Въпреки че Skype разговорите може най-накрая да започнат да се осъществяват, QoS няма да реши коренния проблем. В крайна сметка приложенията ще „погълнат“ всички налични ресурси, обезсмисляйки ползите от QoS.

Едно решение, което може да проработи тук, е да потърсите приложения, които изискват много ресурси, и да ги деактивирате или да ги пренасрочите да се изпълняват след работно време.

Отново, цялата цел на конфигурирането на QoS във вашата мрежа е да се гарантира, че вашите стрийминг аудио и видео разговори няма да забавят (или дори да се сринат) поради претоварване на мрежата. QoS не е инструмент, който всъщност може да увеличи честотната лента. Също така не може да премине през претоварена мрежа.

Добрата имплементация на QoS подобрява качеството и скоростта на критичните данни, като оптимизира разпределената честотна лента, улеснява маркирането на пакетите, така че да бъдат идентифицирани, и задава определени приоритети. QoS използва наличната честотна лента, но не я разширява.

Често задавани въпроси относно QoS в мрежите

Каква е разликата между QoS и мрежово дроселиране?

Ограничаването на трафика, известно още като регулация, включва задаване на общ лимит на пропускателната способност на трафика и намаляване на излишните нива на трафик. QoS е метод за приоритизиране на определен трафик пред друг и използване на опашки, като по този начин се максимизира честотната лента за определен трафик за сметка на честотната лента за друг трафик.

Каква е основната роля на DSCP в QoS?

Кодовата точка за диференцирани услуги (DSCP) се появява в заглавката на пакета. Това е възможност на ниво пакет за заявка на приоритет от софтуера за управление на QoS на мрежовите устройства. Мрежовият мениджър може да избере да активира или деактивира откриването на DSCP на устройството, така че тази стойност може да бъде игнорирана в полза на друг метод за опашка на QoS.

Можете ли да обясните оформянето на трафика в QoS?

Оформянето на трафика е метод, използван от QoS, за да се извлече най-добрата стойност от мрежовия капацитет. Всички мрежи изпитват пиково търсене и традиционното планиране на капацитета изисква осигуряване на честотна лента на пиковото ниво плюс марж на безопасност. Оформянето на трафика от QoS въвежда малки закъснения при определен трафик, за да позволи на мрежа с по-малък капацитет от пиковото търсене да поеме целия трафик.

Успех!