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Cosa significa QoS per la connettività?

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Cosa significa QoS per la connettività?

Con QoS si intende l’uso di meccanismi o tecnologie che operano in una rete allo scopo di controllare il traffico e garantire le prestazioni delle applicazioni critiche con capacità di rete limitate. In questo modo le organizzazioni possono regolare il traffico di rete complessivo dando priorità a specifiche applicazioni ad alte prestazioni.

La QoS viene generalmente applicata alle reti che trasportano il traffico per sistemi ad alta intensità di risorse. I servizi comuni per i quali è richiesta sono la televisione IPTV (Internet Protocol TV), i giochi online, lo streaming, le videoconferenze, i video on demand (VOD) e il VoIP (Voice over IP). 

Utilizzando la QoS nel networking, le organizzazioni hanno la possibilità di ottimizzare le prestazioni di più applicazioni sulla rete e ottenere visibilità su velocità di trasmissione, ritardo, jitter e frequenza di pacchetti della loro rete. Possono ingegnerizzare il traffico sulla rete e modificare il modo in cui i pacchetti vengono instradati su Internet o su altre reti per evitare ritardi di trasmissione. Ciò garantisce all’organizzazione di raggiungere la qualità del servizio prevista per le applicazioni e di fornire le esperienze utente attese.

In base al significato della QoS, l’obiettivo chiave è consentire alle reti e alle organizzazioni di dare priorità al traffico, il che include l’offerta di una larghezza di banda dedicata, il controllo del jitter e una bassa latenza. Le tecnologie utilizzate per garantire tutto questo sono fondamentali per migliorare le prestazioni delle applicazioni aziendali, delle reti WAN e delle reti dei fornitori di servizi.

Come funziona la QoS?

La tecnologia di rete QoS contrassegna i pacchetti per identificare i tipi di servizi, quindi configura i router per creare code virtuali separate per ogni applicazione, in base alla loro priorità. Di conseguenza, la larghezza di banda è riservata alle applicazioni o ai siti Web critici a cui è stato assegnato l’accesso prioritario. 

Le tecnologie QoS forniscono capacità e allocazione di gestione a flussi specifici del traffico di rete. Ciò consente all’amministratore di rete di assegnare l’ordine di gestione dei pacchetti e fornire la quantità appropriata di larghezza di banda a ciascuna applicazione o flusso di traffico.

Tipi di traffici di rete

La comprensione del funzionamento del software di rete QoS dipende dalla definizione dei vari tipi di traffici misurati. Questi sono:

  1. Larghezza di banda: la velocità di un collegamento. La QoS può indicare a un router come utilizzare la larghezza di banda. Ad esempio, assegnando una certa quantità di larghezza di banda a code diverse per diversi tipi di traffici.
  2. Ritardo: il tempo necessario affinché un pacchetto passi dall’origine alla destinazione finale. Spesso è influenzato dal ritardo di accodamento che si verifica durante i periodi di congestione, che obbligano un pacchetto ad attendere in una coda prima di essere trasmesso. La QoS consente alle organizzazioni di evitare questo problema creando una coda prioritaria per determinati tipi di traffico.
  3. Perdita: la quantità di dati persi a causa della perdita di pacchetti, che in genere si verifica a seguito della congestione della rete. La QoS consente alle organizzazioni di decidere quali pacchetti abbandonare in questa eventualità.
  4. Cos’è il jitter: la velocità irregolare dei pacchetti su una rete dovuta alla congestione, che può causare l’arrivo tardivo dei pacchetti e la loro uscita dalla sequenza. Ciò può provocare distorsioni o interruzioni del contenuto audio e video trasmesso.
Cos’è la qualità del servizio (QoS)?

Nozioni di base sulla QoS

L’implementazione della QoS inizia quando un’azienda identifica i tipi di traffici più importanti, utilizza elevati volumi di larghezza di banda e/o è sensibile alla latenza o alla perdita di pacchetti.

L’organizzazione in questione comprende le esigenze e l’importanza di ogni tipo di traffico sulla sua rete e progetta un approccio generale. Ad esempio, alcune organizzazioni potrebbero dover configurare solo i limiti di larghezza di banda per servizi specifici, mentre altre potrebbero dover configurare completamente i limiti di larghezza di banda dell’interfaccia e delle policy di sicurezza per tutti i loro servizi, oltre a dare priorità all’accodamento dei servizi critici in relazione alla velocità del traffico.

L’organizzazione può quindi distribuire policy che classificano il traffico e garantiscono la disponibilità e la coerenza delle applicazioni più importanti. Il traffico può essere classificato in base alla porta o al protocollo Internet (IP) o tramite un approccio più sofisticato, ad esempio in base all’applicazione o all’utente.

Agli strumenti di gestione della larghezza di banda e di accodamento vengono quindi assegnati i ruoli per la gestione specifica del flusso di traffico in base alla classificazione ricevuta quando sono entrati in rete. Ciò consente di archiviare i pacchetti interni ai flussi di traffico fino a quando la rete non sarà pronta per elaborarli. L’accodamento prioritario può essere utilizzato anche per garantire la disponibilità necessaria e la latenza minima delle prestazioni di rete per applicazioni e traffico importanti. In questo modo, le attività più importanti della rete non consumeranno la larghezza di banda destinata alle attività con priorità inferiore.

Inoltre, la gestione della larghezza di banda permette di misurare e controllare il flusso di traffico sull’infrastruttura di rete, per garantire che non superi la capacità e prevenire la congestione. Ciò include l’utilizzo di traffic shaping, una tecnica di limitazione della frequenza che ottimizza o garantisce le prestazioni e aumenta la larghezza di banda utilizzabile, e di algoritmi di pianificazione, che offrono diversi metodi per fornire larghezza di banda a flussi di traffico specifici.

Perché la QoS è importante?

Le reti aziendali tradizionali operavano come entità separate. Le telefonate e le teleconferenze erano gestite da una rete, mentre computer portatili, desktop, server e altri dispositivi erano collegati a un’altra rete. Raramente i percorsi si incrociavano, a meno che un computer non utilizzasse una linea telefonica per accedere a Internet.

Quando le reti trasportavano solo dati, la velocità non aveva un’importanza critica. Ora che le applicazioni interattive trasportano contenuti audio e video devono essere distribuite ad alta velocità, senza perdita di pacchetti o variazioni della velocità di consegna.

La QoS è particolarmente importante per garantire le prestazioni delle applicazioni critiche, che richiedono un’elevata larghezza di banda per il traffico in tempo reale. Ad esempio, aiuta le aziende a dare priorità alle prestazioni delle applicazioni “non elastiche”, che spesso hanno requisiti minimi di larghezza di banda, limiti massimi di latenza e un’elevata sensibilità al jitter e alla latenza, come VoIP e videoconferenze.

La QoS aiuta le aziende a prevenire il ritardo di queste applicazioni sensibili, garantendo il livello di prestazioni richiesto dagli utenti. Ad esempio, i pacchetti persi potrebbero determinare un ritardo nel flusso e il conseguente deterioramento della qualità audio e video di una chiamata in videoconferenza, che diventa instabile e indecifrabile.

La QoS è sempre più importante perché i requisiti prestazionali di una rete si adattano al numero crescente di utenti. Le applicazioni e i servizi online più recenti richiedono grandi quantità di larghezza di banda e prestazioni di rete elevate per soddisfare in ogni momento le aspettative degli utenti. Le organizzazioni devono quindi implementare tecniche e tecnologie che garantiscano il miglior servizio possibile.

La QoS sta diventando sempre più importante con l’avanzare dell’IoT. Nel settore manifatturiero, ad esempio, le macchine ora sfruttano le reti per fornire aggiornamenti di stato in tempo reale su qualunque potenziale problema. Qualsiasi ritardo nel feedback potrebbe causare errori molto costosi nelle reti IoT. La QoS consente di stabilire le priorità dei flussi di dati in rete e garantisce che le informazioni si muovano il più rapidamente possibile.

Oramai le città pullulano di sensori intelligenti che sono fondamentali per la gestione di progetti IoT su larga scala, come gli edifici intelligenti. I dati raccolti e analizzati, come i valori di umidità e temperatura, sono spesso molto sensibili al tempo e devono essere identificati, contrassegnati e messi in coda in modo appropriato.

Quali tecniche e best practice sono coinvolte nella QoS?

Tecniche

Esistono diverse tecniche utilizzabili dalle aziende per garantire le prestazioni elevate delle loro applicazioni più critiche. Tali tecniche sono:

  • Priorizzazione del traffico VoIP sensibile al ritardo tramite router e switch: molte reti aziendali possono diventare eccessivamente congestionate, il che significa che router e switch iniziano a lasciar cadere i pacchetti che entrano ed escono più velocemente di quanto possano essere elaborati. Un comportamento simile va a netto svantaggio delle applicazioni in streaming. La priorizzazione consente di classificare il traffico e di assegnare priorità diverse a seconda del tipo e della destinazione. È particolarmente utile in situazioni di congestione elevata, perché i pacchetti con priorità più alta possono essere inviati prima di altro traffico.
  • Prenotazione delle risorse: l’RSVP (Resource Reservation Protocol, Protocollo di prenotazione risorse) è un protocollo a livello di trasporto che prenota le risorse di una rete e può essere utilizzato per fornire livelli specifici di QoS per i flussi di dati delle applicazioni. La prenotazione delle risorse consente alle aziende di dividere le risorse di rete per traffici di diversi tipi e origini, definire i limiti e garantire la larghezza di banda.
  • Accodamento: l’accodamento è il processo di creazione di policy che riservano un trattamento preferenziale a determinati flussi di dati rispetto ad altri. Le code sono buffer di memoria ad alte prestazioni messe a disposizione da router e switch, in cui i pacchetti in transito vengono trattenuti in aree di memoria dedicate. Quando a un pacchetto viene assegnata una priorità più alta, viene spostato in una coda dedicata che invia i dati a una velocità maggiore, riducendo così le possibilità che vengano persi. Un esempio di tale meccanismo è la possibilità di assegnare una policy che riservi al traffico vocale dell’azienda la maggior parte della larghezza di banda di rete. Il router o lo switch sposterà quindi i pacchetti e i frame del traffico nella parte anteriore della coda e li trasmetterà immediatamente.
  • Contrassegno del traffico: quando vengono identificate applicazioni che richiedono priorità rispetto ad altre larghezze di banda su una rete, il traffico deve essere contrassegnato. Ciò è possibile attraverso processi come CoS (Class of Service), che contrassegna un flusso di dati nell’intestazione del frame di livello 2, e DSCP (Differentiated Services Code Point), che contrassegna un flusso di dati nell’intestazione del pacchetto di livello 3.

Best practice

Oltre a queste tecniche, esistono numerose best practice che le organizzazioni devono tenere a mente al momento di determinare i loro requisiti QoS.

  1. Assicurarsi che i limiti massimi di larghezza di banda dell’interfaccia di origine e della policy di sicurezza non siano impostati su valori troppo bassi, per impedire l’eccessiva eliminazione dei pacchetti.
  2. Considerare il rapporto con cui i pacchetti vengono distribuiti tra le code disponibili e quali code vengono utilizzate da quali servizi. Ciò può influire sui livelli di latenza, sulla distribuzione delle code e sull’assegnazione dei pacchetti.
  3. Concedere larghezze di banda garantite solo a servizi specifici. In questo modo si eviterà la possibilità che tutto il traffico utilizzi la stessa coda in presenza di volumi elevati.
  4. Configurare la priorizzazione di tutto il traffico tramite la priorità basata sul servizio o la priorità indicata dalla policy di sicurezza, non entrambe. Ciò semplificherà l’analisi e la risoluzione dei problemi.
  5. Cercare di ridurre al minimo la complessità della configurazione QoS per garantire prestazioni elevate.
  6. Per ottenere risultati di test accurati, utilizzare il protocollo UDP e non superare il throughput della larghezza di banda.

Vantaggi della QoS

L’implementazione della QoS è fondamentale per le aziende che desiderano garantire la disponibilità delle proprie applicazioni business-critical. È fondamentale per fornire una larghezza di banda differenziata e garantire che la trasmissione dei dati avvenga senza interrompere il flusso di traffico o causare perdite di pacchetti. I principali vantaggi dell’implementazione della QoS sono i seguenti:

  1. Definizione di priorità tra le applicazioni illimitata: la QoS garantisce che la maggior parte delle applicazioni mission-critical delle aziende abbia sempre la priorità e le risorse necessarie per raggiungere prestazioni elevate.
  2. Migliore gestione delle risorse: la QoS consente agli amministratori di gestire meglio le risorse Internet dell’organizzazione. Ciò riduce anche i costi e la necessità di investire in espansioni di collegamenti.
  3. Esperienza utente migliorata: l’obiettivo finale della QoS è garantire le prestazioni elevate delle applicazioni critiche e quindi un’esperienza utente ottimale. I dipendenti possono contare su prestazioni eccellenti per le applicazioni che richiedono un’elevata larghezza di banda e svolgere il loro lavoro più rapidamente.
  4. Gestione del traffico point to point: la gestione di una rete è fondamentale, indipendentemente dal fatto che la modalità di distribuzione del traffico sia end-to-end, node to node o point to point. Quest’ultima consente alle organizzazioni di distribuire i pacchetti dei clienti da un punto all’altro su Internet senza subire alcuna perdita.
  5. Prevenzione della perdita di pacchetti: la perdita di pacchetti può verificarsi quando i pacchetti di dati in transito tra le reti vengono lasciati cadere. Ciò è spesso causato da guasti o inefficienze, congestione della rete, router difettoso, collegamenti lenti o segnale scadente. La QoS evita la potenziale perdita di pacchetti dando priorità alla larghezza di banda delle applicazioni ad alte prestazioni.
  6. Riduzione della latenza: la latenza è il tempo necessario affinché una richiesta di rete passi dal mittente al destinatario e il destinatario la elabori. La latenza è generalmente influenzata dai router che impiegano più tempo per analizzare le informazioni e dai ritardi di storage, causati da switch e bridge intermedi. La QoS consente alle organizzazioni di ridurre la latenza o accelerare il processo di una richiesta di rete, per dare priorità alle applicazioni critiche.

Garantire le prestazioni con la QoS

La QoS è determinante per tutte le organizzazioni che desiderano offrire le migliori prestazioni possibili delle loro applicazioni e dei servizi più critici. È di fondamentale importanza fare in modo che le soluzioni a elevata larghezza di banda come VoIP, videoconferenze e, sempre più spesso, i servizi di streaming non subiscano latenza o ritardi. 

La QoS consente a un’organizzazione di dare priorità a traffico e risorse per garantire le prestazioni promesse di una specifica applicazione o servizio. Consente inoltre alle aziende di dare priorità alle diverse applicazioni, ai flussi di dati e agli utenti, al fine di garantire il livello ottimale di prestazioni sulle reti.

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