Что такое Quality of Service (QoS) в сетях?
Что такое QoS (Quality of Service) в сетевой отрасли?
Качество обслуживания (QoS) — это использование сетевых механизмов или технологий для управления трафиком и обеспечения производительности критически важных приложений при ограниченной пропускной способности сети. Оно позволяет организациям регулировать общий сетевой трафик, отдавая приоритет определенным высокопроизводительным приложениям.
QoS обычно применяется к сетям, передающим трафик для ресурсоемких систем. К общим услугам, для которых оно необходимо, относятся телевидение по протоколу интернета (IPTV), онлайн-игры, потоковые мультимедиа, видеосвязь, видео по запросу (VOD) и IP-телефония (VoIP).
Использование QoS в сети позволяет организациям оптимизировать эффективность нескольких приложений в своей сети и получить представление о скорости передачи битов, задержке, джиттере и скорости передачи пакетов в их сети. Это гарантирует, что они смогут проектировать трафик в своей сети и изменить способ маршрутизации пакетов в Интернет или другие сети во избежание задержки передачи. Это также гарантирует, что организация достигает ожидаемого качества обслуживания приложений и обеспечивает ожидаемое удобство работы пользователей.
Главной целью QoS является обеспечение приоритета трафика для сетей и организаций, включая выделение полосы пропускания, управляемый джиттер и меньшую задержку. Используемые для обеспечения этого технологии жизненно важны для повышения производительности бизнес-приложений, глобальных сетей (WAN) и сетей поставщиков услуг.
Как работает QoS?
Сетевая технология QoS отмечает пакеты для идентификации типов услуг, а затем настраивает маршрутизаторы для создания отдельных виртуальных очередей для каждого приложения в зависимости от их приоритета. В результате пропускная способность сети сохраняется для критически важных приложений или веб-сайтов, которым был назначен приоритетный доступ.
Технологии QoS обеспечивают пропускную способность и обработку распределения для определенных потоков сетевого трафика. Это позволяет сетевому администратору назначить порядок обработки пакетов и обеспечить соответствующую пропускную способность для каждого приложения или потока трафика.
Типы сетевого трафика
Понимание того, как работает сетевое программное обеспечение QoS, зависит от определения различных типов трафика, которые оно измеряет. Ниже приведены следующие примеры:
- Пропускная способность: скорость соединения. QoS может помочь маршрутизатору использовать пропускную способность сети. Например, назначение определенной пропускной способности различным очередям для различных типов трафика.
- Задержка: время, необходимое для передачи пакета от источника к конечному пункту назначения. На это часто влияет задержка постановки в очередь, которая возникает во время перегрузки, и пакет ожидает в очереди перед передачей. QoS позволяет организациям избежать этого, создавая приоритетную очередь для определенных типов трафика.
- Потеря: объем данных, утраченных в результате потери пакетов, что обычно возникает из-за перегрузки сети. QoS позволяет организациям решить, какие пакеты следует пропустить в этом случае.
- Джиттер: неравномерная скорость передачи пакетов в сети в результате перегрузки, которая может привести к опозданию и несоответствующему порядку поступления пакетов. Это может привести к искажению или пробелам в передаче аудио- и видеоданных.
Начало работы с QoS
Внедрение QoS начинается с определения предприятиями важных для них типов трафика, которые важны для них, используют большие объемы пропускной способности и/или чувствительны к задержкам или потере пакетов.
Это помогает организации понять потребности и важность каждого типа трафика в своей сети и разработать общий подход. Например, некоторым организациям может потребоваться только настроить ограничения пропускной способности для определенных услуг, в то время как другим — полная настройка ограничений пропускной способности интерфейса и политики безопасности для всех своих сервисов, а также приоритизация критически важных сервисов в очереди относительно скорости передачи трафика.
Затем организация может начать применять политику, которая классифицирует трафик и обеспечивает доступность и согласованность наиболее важных приложений. Трафик можно классифицировать по порту IP-протоколу или с помощью более сложного подхода, например по приложению или пользователю.
После этого средствам управления и организации очередей пропускной способности назначаются роли для обработки потока трафика, в частности на основе классификации, полученной при входе в сеть. Это позволяет сохранять пакеты в потоках трафика до тех пор, пока сеть не будет готова к их обработке. Для обеспечения необходимой доступности и минимальной задержки производительности сети для важных приложений и трафика можно также использовать приоритетную очередь. Это делается для того, чтобы наиболее важные действия сети не были исчерпаны пропускной способностью, которая имеет меньший приоритет.
Кроме того, управление пропускной способностью измеряет и контролирует поток трафика в сетевой инфраструктуре, чтобы гарантировать, что он не превышает пропускную способность и не перегружается. Это включает в себя формирование трафика, метод ограничения скорости, который оптимизирует или гарантирует производительность и увеличивает пропускную способность, а также алгоритмы планирования, которые предлагают несколько методов для предоставления пропускной способности конкретным потокам трафика.
Почему QoS так важно?
Традиционные корпоративные сети функционировали как отдельные организации. Телефонные звонки и телеконференции обрабатывались в одной сети, а ноутбуки, настольные компьютеры, серверы и другие устройства подключались к другой сети. Они редко пересекались, если компьютер не использовал телефонную линию для доступа в Интернет.
Когда сети передавали только данные, скорость не была слишком высокой. Но теперь интерактивные приложения, использующие аудио- и видеоконтент, должны доставляться на высокой скорости без потери пакетов или колебаний скорости доставки.
QoS особенно важно для обеспечения высокой производительности критически важных приложений, которым требуется высокая пропускная способность для трафика в режиме реального времени. Например, оно помогает компаниям определить приоритеты производительности «негибких» приложений, которые часто имеют минимальные требования к пропускной способности, максимальные пределы времени задержки и высокую чувствительность к джиттеру и задержкам, таких как VoIP и видеосвязь.
QoS помогает компаниям предотвратить задержку таких чувствительных приложений, обеспечивая их производительность до требуемого уровня. Например, потеря пакетов может привести к задержке потока, что приведет к нарушению качества звука и видео во время видеоконференции.
Качество обслуживания становится все более важным, поскольку требования к производительности сети адаптируются к растущему числу пользователей. Новейшие онлайн-приложения и сервисы требуют огромной пропускной способности и эффективности сети, а пользователи требуют, чтобы производительность всегда была высокой. Таким образом, организациям необходимо внедрять технологии, гарантирующие наивысшее качество обслуживания.
QoS становится все более важным, поскольку Интернет вещей (IoT) продолжает развиваться. Например, в производственном секторе станки теперь используют сети для обновления статуса в режиме реального времени по любым потенциальным проблемам. Таким образом, любая задержка в предоставлении обратной связи может привести к дорогостоящим ошибкам в сети Интернета вещей. QoS позволяет потоку данных обозначать приоритеты в сети и обеспечивает максимально быстрый поток информации.
Города теперь заполнены интеллектуальными датчиками, которые необычайно важны для выполнения крупномасштабных проектов Интернета вещей, таких как интеллектуальные здания. Собранные и проанализированные данные, такие как данные о влажности и температуре, часто очень чувствительны к времени и должны быть идентифицированы, отмечены и поставлены в очередь соответствующим образом.
Какие методы и передовые практики задействованы в QoS?
Методы
Существует несколько методов, которые предприятия могут использовать для обеспечения высокой производительности наиболее важных приложений. К ним относятся:
- Назначение приоритетов чувствительного к задержкам трафика IP-телефонии с помощью маршрутизаторов и коммутаторов. Многие корпоративные сети могут стать перегруженными, из-за чего маршрутизаторы и коммутаторы начинают пропускать пакеты по мере их поступления и отправки быстрее, чем они могут быть обработаны. Это отрицательно сказывается на потоковых приложениях. Назначение приоритетов позволяет классифицировать трафик и получать различные приоритеты в зависимости от его типа и пункта назначения. Это особенно полезно при высокой загруженности, поскольку пакеты с более высоким приоритетом могут отправляться раньше другого трафика.
- Резервирование ресурсов. Протокол резервирования сетевых ресурсов (RSVP) — это протокол транспортного уровня, который резервирует ресурсы в сети и может использоваться для предоставления определенных уровней QoS для потоков данных приложений. Резервирование ресурсов позволяет предприятиям разделять сетевые ресурсы по трафику различных типов и происхождения, определять пределы и гарантировать пропускную способность.
- Организация очереди. Организация очереди — это процесс создания политик, которые обеспечивают приоритетное отношение к определенным потокам данных по сравнению с другими. Очереди представляют собой высокопроизводительные буферы памяти в маршрутизаторах и коммутаторах, в которых пакеты, проходящие через них, хранятся в выделенных областях памяти. Когда пакету присваивается более высокий приоритет, он перемещается в выделенную очередь, которая передает данные с более высокой скоростью, что снижает вероятность его пропуска. Например, компании могут назначить политику для назначения приоритета голосовому трафику над большей частью пропускной способности сети. После этого устройство маршрутизации или коммутации переместит пакеты и кадры этого трафика в начало очереди и немедленно передаст их.
- Выделение трафика. Если приложения, требующие приоритета над другой пропускной способностью в сети, были идентифицированы, трафик должен быть выделен. Это возможно благодаря таким процессам, как класс обслуживания (CoS), который отмечает поток данных в заголовке кадра уровня 2, и точке кода дифференцированных услуг (DSCP), которая отмечает поток данных в заголовке пакета уровня 3.
Передовые практики
Помимо этих методов существуют также несколько передовых практик, которые организации должны учитывать при определении требований для QoS.
- Убедитесь, что максимальные пределы пропускной способности в интерфейсе источника и политике безопасности не установлены слишком низко для предотвращения чрезмерной утилизации пакетов.
- Рассмотрите соотношение, при котором пакеты распределяются между доступными очередями, и какие очереди используются в каких службах. Оно может повлиять на уровни задержки, распределение очереди и назначение пакетов.
- Размещайте гарантии пропускной способности только для определенных услуг. Это предотвратит возможность использования одной очереди в случае большого объема трафика.
- Настройте назначение приоритетов для всего трафика с помощью типа приоритета на основе сервиса или политики безопасности, а не того и другого. Это упростит анализ и устранение неисправностей.
- Старайтесь минимизировать сложность конфигурации QoS, чтобы обеспечить высокую производительность.
- Чтобы получить точные результаты тестирования, используйте протокол пользовательских датаграмм (UDP) и не превышайте лимит полосы пропускания.
Преимущества QoS
Развертывание QoS имеет решающее значение для компаний, которые хотят обеспечить доступность своих критически важных для бизнеса приложений. Это крайне важно для обеспечения дифференцированной пропускной способности и передачи данных без прерывания потока трафика или потери пакетов. Основные преимущества развертывания QoS:
- Неограниченное назначение приоритетов приложений. QoS гарантирует, что наиболее важные для бизнеса приложения всегда будут иметь наивысший приоритет и необходимые ресурсы для достижения высокой производительности.
- Более эффективное управление ресурсами. QoS позволяет администраторам лучше управлять интернет-ресурсами организации. Это также снижает затраты и потребность в инвестициях при расширении каналов.
- Повышенное удобство работы пользователя. Конечная цель QoS заключается в обеспечении высокой производительности особо важных приложений, которая сводится к оптимальному удобству работы пользователей. Сотрудники получают высокую производительность приложений с высокой пропускной способностью, что позволяет им работать более эффективно и быстрее.
- Двухточечное управление трафиком. Управление сетью имеет большое значение в независимости от способа передачи трафика: будь то сквозной, межузловой или двухточечный обмен. Последний способ позволяет организациям доставлять пакеты клиентов в порядке от одной точки к другой по Интернету без потери пакетов.
- Предотвращение потери пакетов. Потеря пакетов может произойти, когда пакеты данных пропускаются при передаче между сетями. Это часто может быть вызвано сбоем или неэффективностью, перегрузкой сети, неисправным маршрутизатором, ненадежным соединением или слабым сигналом. QoS позволяет избежать потери пакетов, так как оно назначает приоритет пропускной способности для высокопроизводительных приложений.
- Снижение времени задержки. Задержка — это время, необходимое для передачи сетевого запроса от отправителя к получателю, а также для его обработки получателем. Как правило, она зависит от маршрутизаторов, которые дольше анализируют информацию и задержки хранения, вызванные промежуточными коммутаторами и мостами. QoS позволяет организациям сократить время задержки или ускорить процесс запроса сети, приоритизируя критически важные приложения.
Гарантия производительности QoS
QoS имеет решающее значение для всех организаций, которые стремятся гарантировать максимальную производительность своим наиболее важным приложениям и сервисам. Крайне важно гарантировать, что решения с высокой пропускной способностью, такие как IP-телефония, видеосвязь и постоянно появляющиеся потоковые сервисы, будут работать без задержек.
QoS позволяет организации назначать приоритеты трафику и ресурсам, чтобы гарантировать обещанную производительность конкретного приложения или услуги. Она также позволяет предприятиям назначать приоритеты для различных приложений, потоков данных и пользователей, чтобы гарантировать оптимальный уровень производительности в своих сетях.
Fortinet обеспечивает QoS с помощью FortiGate SD-WAN. Узнайте больше о сети SD-WAN и о том, как она может расширить вашу высокопроизводительную сеть в филиалах: