QoS

Оглавление

Технология приоритизации трафика поможет обеспечить беспрепятственную передачу данных, которые имеют первостепенное значение. Для решения этой задачи используют Quality of Service (QoS).

Рассказываем, как настроить QoS, что такое классификация и маркировка, что надо знать о приоритизации данных.

Что такое QoS

QoS — совокупность технологий для обеспечения эффективной передачи данных в условиях ограниченных возможностей сети. Так, если ресурсов канала недостаточно для загрузки видео и IP-телефонии, можно выполнить настройки таким образом, чтобы обеспечить стабильное качество телефонных переговоров и высокую скорость скачивания видеофайлов. Основные параметры, по которым оценивается QoS:

delay — характеризует степень задержки при пересылке данных;
jitter — отображает изменения задержки в отправке пакетов, из-за чего возникает перегрузка сетей, возможна утеря данных;
packet loss — количество неотправленных (утерянных) пакетов;
bandwidth — ширина пропускания канала.

Технологии QoS обеспечивают контроль над упомянутыми выше характеристиками. С помощью инструментов снижаются потери данных, временные задержки при их отправке.

Зачем нужен QoS

Требования к качеству канала передачи определяются типом трафика. Так, видео- и аудиоинформация искажается при сбоях. При отправке телеметрических данных (физические величины, технические показатели) задержки не имеют особого значения, гораздо важнее избежать потерь пакетов, свести их к минимуму. Путем правильной расстановки приоритетов регламентируется очередность обработки трафика в зависимости от его типа. В результате повышается качество передачи данных — при той же скорости удается передавать больше информации с меньшими потерями и задержками;

100% контроль над процессами передачи данных в сети — уверенность в том, что стратегически важные данные передадутся в полном объеме;
поддержка оптимальной ширины пропускания каналов для IP-телефонии, TV, мультимедийного контента;
защита от DoS-атак.

Приоритизация трафика особенно актуальна при значительной нагрузке на сеть, когда параметров информационного канала явно недостаточно для одновременной отправки всех данных.

Область применения

Что случится, если установить приоритеты передачи данных дома? Снизится скорость передачи данных. Это произойдет даже в том случае, если к Wi-Fi подключен один ноутбук или смартфон. Приоритизация трафика востребована в корпоративных, конвергентных сетях (с объединенными серверами и сетевыми ресурсами), предназначенных для передачи аудио- и видеотрафика одновременно с данными других типов. Основные варианты:

IP-телефония, подключенная через публичный интернет;
удаленные сервера, которые обеспечивают IP-телефонию, подключены к основному;
корпоративный аккаунт в Skype подключен к серверу через интернет.

В описанных выше случаях для передачи трафика задействован корпоративный роутер, из-за чего во время разговоров качество связи иногда оказывается недостаточным из-за притеснения трафиком данных. Например, если в момент общения кто-то из сотрудников скачивает чертежи, видео — то есть, при перегрузке канала.

Как работает QoS

Как обеспечить 100% передачу трафика? Доступно 2 пути: повысить приоритет потока, ограничить иные типы трафика. Реализуется это за счет расстановки приоритетов или регулировки полосы пропускания. Основные этапы:

Разделение трафика. Каждому присваивается определенный класс. Признаки классификации: порт, IP-адрес, приложение, пользователь.
Установка правил. С помощью доступных инструментов QoS задаются условия прохождения трафика в соответствии с присвоенным классом.

Когда возможностей канала оказывается недостаточно для передачи нескольких потоков данных, сначала отправляются первоочередные категории трафика. Неприоритетные же пакеты находятся в буфере хранения до разгрузки сети.

Регулировка пропускной способности осуществляется за счет ограничения скорости передачи информации, увеличения полосы пропускания, других технологий.

Сервисные модели

Под сервисной моделью понимают совокупность технологий и инструментов, которые применяют для управления приоритетностью трафика. В QoS предусмотрены 3 варианта:

Best Effort Service. Без использования средств управления трафиком. Улучшение качества достигается за счет увеличения полосы пропускания, что не всегда достаточно эффективно. Подобное решение не подходит для IP-телефонии, видеоконференций и видеосвязи.
Integrated Service. Интегрированный сервис. Резервируется определенная часть канала по всему маршруту данных: от начальной точки до конечной. Происходит это с применением протокола RSVP. Такое решение обеспечивает требуемую пропускную способность. Основной минус — даже когда канал не нагружен или вовсе не используется, ресурс все равно резервируется.
Differentiated Service. Дифференцированный сервис. Организован с использованием специальных компонентов, в том числе классификаторов, а также средств формирования трафика. Эта модель предполагает классификацию, маркировку пакетов, регулировку интенсивности информационных потоков. Еще задействовано пошаговое обслуживание PHB (расшифровывается как Per-Hop Behavior).

На DiffServ остановимся подробнее, так как в основном применяется именно он. Особенности:

разделение трафика на классы;
комплект инструментов для обработки классов;
концепция PHB и Per-Hop Behavior — узел распознает заголовок поступившего пакета, после чего обрабатывает его в соответствии с заданными условиями.

В сети предусмотрено несколько моделей поведения, количество которых ограничено. Рассмотрим, как это происходит на практике:

Пакет данных поступил на узел и получил определенный класс (допустим, «1», «2», «3» и так далее).
Измерение (Metering) — определение объема информации в пакете.
Присвоение приоритета (Coloring): приоритетный (зеленый) — в пределах заданного лимита, менее приоритетный (желтый) — сверх установленного лимита, в последнюю очередь (красный).
Выбор действия (Policing). На этом этапе поток передается дальше, отбрасывается (Dropper), проходит повторную маркировку.
Очередь (Queuing). На самом деле очередей несколько — под каждый класс отдельная.
Ограничение (Shaper). Трафик ограничивают до указанного значения.

В результате образуется единый выходной поток данных. Это можно сравнить с 8-полосной трассой, которая сужается до 4 полос — при отсутствии регулировки возникнет хаос, а если задать порядок движения автомобилей, все проедут быстро и с наименьшими задержками.

Классификация и маркировка

Классификация заключается в присвоении пакету определенного класса. Маркировка — собственно, определение приоритета. Задать класс можно 3 способами:

Behavior Aggregate (BA). По маркировке в заголовке. Количество классов ограничено, поэтому происходит агрегация разных типов трафика в классе.
Interface-based (IB). Класс присваивается трафику, который поступает на определенный интерфейс. К примеру, ПК сотрудника.
MultiField (MF). Анализируются IP- и MAC-адреса, порты, произвольные поля.

Классификация информационных потоков осуществляется по следующим параметрам: IP, входящий интерфейс, класс QoS, указанный в заголовке, значение типа услуги ToS (заголовок IP) и MPLS EXP (заголовок MPLS). Следующий этап — маркировка потоков, связывание пакета с оригинальной характеристикой, под это в заголовках сетевых протоколов отведены специальные поля:

Ethernet. CoS (Class of Service), 3 бит — служит для разделения трафика на 8 потоков.
IP. DiffServ, дополнительно предусмотрено поле Differencial Service Code Point, 6 бит, чтобы указать характеристики для этого вида трафика.
DSCP. Эти поля генерируются IP-телефонами.
Произвольные поля. Их указывают приложения, к примеру, пиринговые сети.

Подытожим. На входе в DS-домен доступно 3 способа присвоения класса — IB, BA, MF, между узлами — только один, BA. Способ классификации на входе не имеет значения, внутри домена поток перемещается с внутренним классом, в соответствии с ним происходит его обработка, на выходе внутренний класс преобразуется в CoS нового заголовка.

Как определить приоритет трафика

Разберемся, как включить QoS. Установка приоритетности происходит на странице устройства (адрес зависит от модели, зачастую - 192.168.1.1). Следует войти в систему (логин/пароль ищите в инструкции к устройству), перейти на вкладку «NAT», затем — «QoS». Нажмите «включить», параметры для порта — WAN, для Packet Scheduler и Queueing Discipline — по умолчанию.

В новых моделях все реализовано предельно удобно: достаточно расставить сервисы в порядке приоритетности — просто меняйте порядок. Для более детального контроля и в некоторых моделях маршрутизаторов доступны следующие параметры приоритизации:

Служба (Services Priority). Допустим, есть необходимость в том, чтобы с любого устройства обеспечивался беспрепятственный доступ к Netflix. Заходите в Services Priority и выбираете Netflix, после чего задаете ему определенный приоритет: Maximum, remium, Standart, Express, Bulk.
Интерфейс. Имеется в виду технология подключения к интернету: Wi-Fi, Ethernet, ADSL и так далее. Задавайте высший приоритет для проводных подключений, низший — для беспроводных. Есть возможность установить предельную скорость загрузки/скачивания для конкретных соединений.
IP-адрес. Приоритет трафика для конкретных ПК и планшетов (если IP-адрес статический).
MAC-адрес. Как правило, находится на ярлыке устройства или в настройках ПО.

Таким образом, приоритетный трафик отправляется на «льготных условиях», а весь остальной — в зависимости от пропускной способности и параметров канала.

QoS в IP-телефонии

Настройка приоритетов дает возможность повысить качество связи, что крайне важно для бизнеса. QoS в IP-телефонии реализуется двумя методами:

В веб-интерфейсе роутера. Необходимо войти на страницу устройства в браузере, после чего установить приоритеты. Основные параметры: протокол SIP/RTP, порты, категория трафика.
В программном обеспечении для совершения звонков. Открываете настройки сети, выполняете маркировку трафика.

В зависимости от модели роутера процесс может отличаться.

Что важно запомнить

QoS (Quality of Service) — комплекс технологий для управления качеством интернет-связи. Основные моменты:

QoS применяют для увеличения пропускной способности канала, снижения потерь пакетов, улучшения качества IP-телефонии.
Установка приоритетов осуществляется путем присвоения класса и маркировки, по которым устройство устанавливает очередность обработки трафика разного типа.
Различают 3 сервисных модели: Best Effort Service (по умолчанию), Integrated Service (предварительное резервирование ресурса вне зависимости от загруженности), Differentiated Service.
DiffService предполагает приоритизацию пакетов в соответствии с заголовком, предусмотрена классификация, инструменты для обработки классов.
Настройка роутера выполняется на странице устройства: «Настройки» — «NAT» — «QoS».