Co je QoS? Jak používat QoS pro rychlejší internetové připojení, když ho nejvíce potřebujete

WebTech360 - V níže uvedeném článku vám představíme a seznámíme se s konceptem QoS - Quality of Service na routerech.

Co je QoS?

QoS (zkratka pro Quality of Service) je způsob, jak řídit prioritu provozu v síťovém systému. Tato funkce funguje na všech různých vrstvách systému, ale v tomto testu se zaměříme na routery používané v domácích nebo osobních modelech. Konkrétněji QoS jasně demonstruje své účinky v místech, kde se často vyskytují úzká hrdla (nebo běžně nazývaná úzká hrdla), a zároveň rozhodne, která část provozu je důležitější než zbytek, na základě pravidel, která si uživatel nastaví týkajících se IP adres, MAC adres, aktivních služeb...

Případy použití QoS v praxi

Abychom to trochu lépe pochopili, vezměme si příklad dopravní zácpy na dálnici během dopravní špičky. Všichni řidiči na silnici mají jeden cíl, dosáhnout svého konečného cíle. A proto se musí neustále pohybovat, i když šnečím tempem.

Pak je zvuk sirény sanitky upozornil na vozidlo, které se muselo naléhavě dostat na místo určení a jet před nimi. Řidiči tedy uhnuli z cesty – nyní to byla „přednost“ sanitky – a nechali ji projet.

Podobně, když síť přenáší data, má také nastavení, kdy se s některými typy dat zachází lépe než se všemi ostatními. Důležité datové pakety musí dosáhnout svého cíle mnohem rychleji než ostatní, protože jsou časově citlivé a pokud nedorazí včas, „vyprší“.

Proč je QoS důležité?

V minulosti byly informační sítě a obchodní sítě oddělenými entitami. Telefonní hovory a vzdálená komunikace byly obvykle zpracovávány sítí připojenou přes RJ11. Hovory byly monitorovány systémem PABX. Ten běžel odděleně od IP sítě připojené přes RJ45, která propojovala notebooky, stolní počítače a servery. Tyto dva typy sítí se zřídka protínaly, pokud například počítač nepotřeboval telefonní linku pro připojení k internetu. Příklad takové sítě by vypadal takto:

Když sítě přenášely pouze data, rychlost nebyla tak důležitá. Dnes musí být interaktivní aplikace, které přenášejí zvuk a video, doručovány po sítích vysokou rychlostí, bez ztráty paketů nebo kolísání rychlosti doručení.

Lidé nyní uskutečňují obchodní hovory pomocí online aplikací pro schůzky , jako jsou Skype, Zoom a GoToMeeting, které používají IP transportní protokoly k odesílání a přijímání video nebo audio zpráv. Kvůli rychlosti mohou tyto důležité aplikace zvládnout práci bez administrativních procesů, které obvykle vyžadují standardní datové přenosy.

Kde se obvykle vyskytuje úzké hrdlo?

Hlavní operační mechanismus QoS se obvykle uplatňuje, když se v určitém čase nebo na určitém místě v systému objeví úzké hrdlo , a hlavním faktorem jsou zde nastavené parametry týkající se šířky pásma :

Předpokládejme, že vaše nastavení QoS je nastaveno tak, aby překračovalo šířku pásma , kterou získáváte od svého poskytovatele internetových služeb. Co se stane, když provoz vašeho routeru není upřednostňován , protože systém si „myslí“, že šířka pásma je přiměřená? Pokud jste zároveň dosáhli limitu svého poskytovatele internetových služeb, on rozhoduje o tom, co smí a co nesmí pokračovat v provozu?

Kromě toho, pokud nastavíte úroveň šířky pásma QoS nižší, než je standard poskytovatele internetových služeb, znamená to, že vytváříte „umělé“ úzké hrdlo, které můžeme ovládat, monitorovat a pozorovat prostřednictvím routeru.

Několik bodů, které je třeba zvážit pro zajištění stability systému, včetně nastavení uplinku a downlinku :

Začněme kontrolou průměrné rychlosti připojení, kterou používáme od našeho poskytovatele internetových služeb. K tomu můžete použít některé dostupné online podpůrné služby, jako je Speakeasy Speed ​​​​Test a SpeedTest :

Podle doporučení odborníků i mnoha zkušených uživatelů byste měli nastavit QoS na přibližně 85 % hodnoty získané z testu, abyste zajistili efektivní provoz systému. Po určení rychlosti uplinku a downlinku byste ji měli postupně zvyšovat o 1–2 % . V některých zvláštních případech ji mohou uživatelé zvýšit až na 95 % , přičemž systém stále zajišťuje výkon, aniž by byl ovlivněn jakýmikoli vedlejšími účinky.

Co se stane, když se v síti nepoužívá QoS?

Nesprávná konfigurace QoS může vést k jednomu (nebo všem) z následujících problémů:

Zpoždění

Pokud RTP paketům není přiřazena priorita, jsou doručovány výchozí rychlostí zařízení. V přetížené síti musí pakety cestovat spolu se zbytkem neurgentních paketů. I když latence sítě sama o sobě neovlivní kvalitu přenášených audiovizuálních dat, ovlivní komunikaci mezi koncovými uživateli. Při latenci 100 ms začne jedna osoba mluvit přes druhou, protože pakety přicházejí nesynchronizovaně, a při 300 ms se konverzace stane nesrozumitelnou.

Jitter

Aplikace pracující v reálném čase eliminují standardní ukládání do vyrovnávací paměti na úrovni transportu, takže neexistuje žádný mechanismus pro opětovné sestavení příchozích paketů ve správném pořadí. Jitter je nepravidelná rychlost, s jakou pakety dorazí do sítě. Může vést k tomu, že pakety dorazí pozdě a mimo pořadí. Protože aplikace nečeká na správné seřazení streamu, pakety mimo pořadí jsou zahozeny, což má za následek zkreslení nebo mezery v dodávaném zvuku nebo videu.

Ztráta paketů

Toto je nejhorší možný scénář, kdy se některé (nebo část) paketů ztratí kvůli přílišnému zahlcení síťových zařízení. Když je výstupní fronta přepínače nebo routeru plná, dochází k zahození paketů, kdy zařízení zahodí všechny nové pakety, dokud není kapacita opět k dispozici.

Ve všech případech, které jste právě viděli, může QoS pomoci s plánováním dat, správou front a prevencí ztráty dat.

Není těžké si představit, jak by mohla být komunikace a streamování médií vážně ovlivněny bez QoS – zejména v sítích obsluhujících protokol RTP. I když je navrženo dokonale, komunikace se nakonec nejprve stane obtížnou, poté se zhorší s rostoucím síťovým provozem a nakonec se stane nemožnou.

Tři výše uvedené chyby jsou ve skutečnosti velmi důležité při určování kvality provozu založeného na RTP, který společnosti zabývající se softwarem pro QoS a monitorování sítě, jako je SolarWinds, používají jako metriku.

Síťové nástroje pro monitorování QoS

Analyzátor provozu SolarWinds NetFlow (bezplatná zkušební verze)

Bylo by docela nefér pokračovat, aniž bychom se zmínili o jednom z nejlepších nástrojů pro monitorování sítě: analyzátoru provozu SolarWinds NetFlow.

Tato sada pro monitorování sítě pomáhá řešit problémy, které mohou být způsobeny:

- Pomalá síť : Pomalá síť může mít dopad na podnikání, protože neustále zpomaluje rychlost přenosu dat. Pokud nebudou odstraněna úzká hrdla sítě, celá organizace bude mít problémy se špatnou konektivitou.

- Pomalá komunikace : Podnik, kterému se nepodaří vytvořit jasný komunikační kanál ve své síti, bude paralyzován. Ještě horší je, že pokud nebude jasně komunikovat se zákazníky, téměř jistě se podnik dostane do problémů.

- Nemonitorovaná síť : Administrátoři, kteří nemohou řádně monitorovat své sítě, nebudou schopni znát jejich aktuální stav ani plánovat budoucí rozšíření sítě. Bez monitorování sítě a sledování výkonu každého zařízení nemohou správci sítě činit informovaná rozhodnutí a pravděpodobně zhorší problémy s výkonem sítě.

Díky nástroji Netflow Traffic Analyzer budou správci sítě schopni řešit běžně se vyskytující problémy, protože tento nástroj pomáhá:

• Pomáhá implementovat QoS a optimalizovat ho – prostřednictvím zpětné vazby datového toku
• Zkontrolujte a podejte zprávu o aktuální konfiguraci zásad QoS, což bude podkladem pro rozhodnutí o návrhu.
• Sledujte využití šířky pásma a zjistěte, které aplikace a zařízení zabírají síťové prostředky – ty lze izolovat, přeplánovat nebo deaktivovat.

Typický dashboard Netflow Traffic Analyzer obsahuje důležité informace, které administrátoři potřebují ke sledování stavů a ​​rychlému provádění úprav nastavení. Příklad:

Tyto zprávy a analýzy zahrnují: latenci, jitter a ztrátu paketů.

Paessler PRTG

Další možností, kterou můžete použít ke sledování QoS, je Paessler PRTG. Tato sada nástrojů pro monitorování sítě má vyhrazenou sekci pro sledování výkonu QoS. Tato funkce zobrazuje označené toky provozu v reálném čase a také ukládá data pro analýzu výkonu a plánování kapacity.

Software PRTG obsahuje 4 monitorovací senzory, které pokrývají 3 různé metody QoS. Jsou doplněny senzorem Ping Jitter, který monitoruje pravidelnost doručování paketů v rámci toku.

PRTG dokáže monitorovat tři typy QoS: standardní QoS, Cisco IP-SLA a Cisco CBQoS. Standardní monitory QoS jsou implementovány jako jednosměrné senzory nebo senzory Round Trip. Tyto monitory mohou fungovat na připojeních přes internet.

Cisco IP-SLA Sensor je speciálně navržen pro monitorování tagovaného VoIP provozu ve vaší síti. Zaznamenává řadu metrik hlasového provozu, včetně zpoždění při přenosu dat, latence, jitteru a průměrného skóre názoru (MOS).

Cisco CBQoS Sensor využívá implementaci Quality of Service založenou na třídách. CBQoS je metoda řazení do front a pokud ji chcete implementovat, budete muset monitorovat více vstupních bodů na routerech a přepínačích. Pro každé zařízení vytvoříte alespoň 3 virtuální fronty, takže je třeba monitorovat více zařízení.

PRTG dokáže automaticky nastavit a namapovat veškerou vaši síťovou infrastrukturu. Implementace QoS však vyžaduje rozhodování, takže si budete muset metodu nastavit sami a rozhodnout se, které typy síťového provozu upřednostnit.

Paessler vám umožňuje používat PRTG zdarma, pokud aktivujete až 100 senzorů. Pokud potřebujete více, můžete si systém vyzkoušet zdarma po dobu 30 dnů, což zahrnuje monitorování QoS.

Jak nakonfigurovat QoS?

Kabelové routery a přepínače lze nakonfigurovat tak, aby upřednostňovaly protokoly, ke kterým obvykle přistupuje softwarový balík pro správu routerů. Celý proces konfigurace možností QoS je poměrně jednoduchý úkol, který zahrnuje:

• Přihlaste se do aplikace a připojte se k hubu nebo přepněte přes něj
• Přejděte do konfigurační nabídky QoS
• Nastavení priority balíčků

A tak budou mediální pakety moci plynule proudit po síti. Zkušení síťoví inženýři mohou provádět všechny výše uvedené úkoly prostřednictvím konfiguračního rozhraní příkazového řádku.

Jak se upřednostňují RTP pakety?

Prioritizaci paketů QoS lze provést dvěma hlavními metodami:

- Klasifikace : Tato efektivní metoda identifikuje typy paketů a přiřazuje jim prioritu jejich označením. Identifikaci lze provést pomocí ACL (Access Control Lists), implementací LAN s využitím CoS (Class of Service) nebo pomocí přepínačů s hardwarovým značením QoS.

- Fronty : Fronty jsou vysoce výkonné paměťové vyrovnávací paměti, které se nacházejí ve směrovačích a přepínačích. Pakety, které jimi procházejí, jsou uchovávány ve vyhrazených paměťových oblastech, kde čekají na odeslání. Pokud je protokolům, jako je RTP, přiřazena vyšší priorita, jsou přesunuty do vyhrazené fronty, která posouvá data vpřed rychleji, čímž se snižuje riziko jejich zahození. Fronty s nižší prioritou se tomuto zacházení nedostávají.

Důležité je si uvědomit, že označení priority paketu je platné pouze v síti, ve které byl vytvořen. Jakmile paket opustí síť, vlastník přijímající sítě určí jeho novou prioritu.

Na co se zaměřit při prioritizaci paketů

Mezi některé věci a tipy, které mohou být užitečné při rozhodování o tom, jak upřednostnit balíčky, patří:

- Obecně je vhodné mít přiřazené značky priority zařízeními nejblíže ke zdroji dat. Tím se zajistí, že pakety budou cestovat celou sítí se správnou prioritou.

- Zařízení vybrané k označení příchozích paketů by mělo být vždy přepínač. Je to proto, že tato zařízení mohou vyvažovat zátěž v síti a sdílet ji s ostatními přepínači, čímž se snižuje zátěž jejich procesorů.

- Příchozí provoz je téměř vždy větší než odchozí provoz. Poskytovatelé internetových služeb obvykle přidělují odchozímu provozu zákazníků menší šířku pásma a právě tam (na odchozí síťové cestě) je třeba především aplikovat QoS.

Společnost Cisco má doporučení, jak by měly být pakety označovány, jak je znázorněno na tomto diagramu:

Úspěch implementace QoS v konečném důsledku vždy závisí na kvalitě zásad, které řídí, jak jsou pakety klasifikovány, označovány a zařazovány do fronty. Pro úspěšnou implementaci QoS musí být zásady pečlivě vytvořeny.

K čemu by se QoS neměl používat?

Po přečtení o QoS si ji můžete představit jako všelék na přetížení sítě. Do určité míry může QoS usnadnit většinu RTP komunikace a zdánlivě zefektivnit síťový provoz. Bohužel QoS není univerzálním řešením pro všechny síťové problémy.

Nikdy nepoužívejte QoS k následujícím účelům:

Zvýšení šířky pásma

I když QoS pomáhá prioritizovat RTP pakety a vytváří dojem, že síť náhle zvyšuje šířku pásma, nikdy by se to tak nemělo chápat. QoS by nikdy nemělo být používáno jako nástroj ke „zvýšení šířky pásma“, když vše, co dělá, je, že o něco efektivněji využívá stávající zdroje (a ve prospěch RTP paketů).

Místo toho zvažte ukládání souborů do mezipaměti, abyste snížili množství přicházejících a odcházejících dat. Pokud to nefunguje, znamená to, že byl dosažen limit šířky pásma. Když společnost dosáhne limitu šířky pásma, jedinou schůdnou možností je koupit si další síťové zařízení, nikoli používat QoS.

Zabraňte přetížení sítě

Pokud některé aplikace stále běží a pomalu spotřebovávají šířku pásma sítě, implementace QoS není řešením. I když se hovory přes Skype konečně začnou uskutečňovat, QoS nevyřeší kořen problému. Aplikace nakonec „polknou“ veškeré dostupné zdroje, čímž se zruší výhody QoS.

Jedním z řešení, které by zde mohlo fungovat, je vyhledat aplikace náročné na zdroje a deaktivovat je nebo přesunout jejich spuštění po pracovní době.

Opět platí, že celým účelem konfigurace QoS ve vaší síti je zajistit, aby vaše streamované audio a video hovory nezpožďovaly (nebo dokonce nepadaly) kvůli přetížení sítě. QoS není nástroj, který by skutečně mohl zvýšit šířku pásma. Také se nedokáže dostat přes přetíženou síť.

Dobrá implementace QoS zlepšuje kvalitu a rychlost kritických dat optimalizací přidělené šířky pásma, usnadněním označování paketů pro jejich identifikaci a přiřazením specifických priorit. QoS využívá dostupnou šířku pásma, ale nerozšiřuje ji.

Často kladené otázky o QoS v sítích

Jaký je rozdíl mezi QoS a omezením sítě?

Omezování, známé také jako policing, zahrnuje nastavení celkového limitu propustnosti provozu a snížení nadměrné úrovně provozu. QoS je metoda upřednostňování určitého provozu před jiným a používání řazení do front, čímž se maximalizuje šířka pásma pro určitý provoz na úkor šířky pásma pro jiný provoz.

Jaká je hlavní role DSCP v QoS?

V záhlaví paketu se zobrazuje kód diferencovaných služeb (DSCP). Jedná se o příležitost na úrovni paketu k vyžádání priority od softwaru pro správu QoS na síťových zařízeních. Správce sítě může povolit nebo zakázat vyhledávání DSCP na zařízení, takže tuto hodnotu lze ignorovat ve prospěch jiné metody řazení do fronty QoS.

Můžete vysvětlit tvarování provozu v QoS?

Tvarování provozu je metoda používaná QoS k dosažení nejlepší hodnoty z kapacity sítě. Všechny sítě zažívají špičkovou poptávku a tradiční plánování kapacity vyžaduje poskytování šířky pásma na špičkové úrovni plus bezpečnostní rezervu. Tvarování provozu QoS zavádí malá zpoždění u určitého provozu, aby umožnilo síti s menší kapacitou, než je špičková poptávka, zvládnout veškerý provoz.

Hodně štěstí!