QoS

Что такое QoS?

QoS — это качество обслуживания. При ограниченных ресурсах пропускной способности QoS распределяет пропускную способность между различными сервисами и обеспечивает для них сквозную гарантию качества обслуживания. Например, голосовые, видео- и критически важные приложения могут получать приоритетное обслуживание на сетевых устройствах благодаря настройке QoS.

Метрики QoS

К факторам, влияющим на качество сети, относятся пропускная способность канала передачи, задержка и джиттер доставки сообщений, а также коэффициент потери пакетов, которые становятся показателями QoS.

Пропускная способность

Пропускная способность, также известная как throughput, представляет собой максимальное количество битов данных, которое может быть передано из одного конца сети в другой за фиксированный период времени (1 секунда), либо может интерпретироваться как средняя скорость определённого потока данных между двумя узлами сети. В сетях существуют два распространённых понятия, связанных с пропускной способностью: скорость восходящего и скорость нисходящего потока. Скорость восходящего потока — это скорость передачи данных, когда пользователь отправляет информацию в сеть, а скорость нисходящего потока — это скорость, с которой сеть отправляет информацию пользователю. Например, если пользователь загружает файл в сеть через FTP, скорость загрузки влияет на скорость передачи загружаемого файла; а если пользователь скачивает файл из сети, скорость скачивания влияет на скорость передачи скачиваемого файла.

Задержка

Задержка — это время, необходимое сообщению или пакету для передачи от отправляющей стороны к принимающей стороне сети; обычно она состоит из задержки передачи и задержки обработки. Например, при передаче голоса задержка — это время с момента, когда говорящий начинает говорить, до момента, когда собеседник слышит сказанное. Как правило, люди не замечают задержку менее 100 миллисекунд. При задержке от 100 до 300 миллисекунд говорящий может заметить небольшую паузу в ответе собеседника, из-за чего обоим участникам разговора может стать некомфортно. При задержке свыше 300 миллисекунд она становится заметной, и пользователи начинают ждать ответа друг от друга. Если одна сторона разговора вовремя не получает ожидаемого ответа, говорящий может повторить сказанное, что приведет к наложению этих слов на задержавшийся ответ на другой стороне и, как следствие, к повторению.

Джиттер

Джиттер важен для передачи данных в реальном времени, особенно для таких сервисов реального времени, как голосовая связь и видео.  Джиттер также влияет на обработку некоторых сетевых протоколов. Некоторые протоколы отправляют интерактивные сообщения через фиксированные интервалы, и слишком большой джиттер может привести к колебаниям протокола. Джиттер присутствует во всех системах передачи, и пока он находится в пределах установленных допусков, он не влияет на качество обслуживания. Чрезмерный джиттер можно компенсировать с помощью буферизации, но это увеличит задержку.

Коэффициент потери пакетов

Коэффициент потери пакетов — это количество пакетов, потерянных во время передачи по сети, выраженное в процентах от общего количества переданных пакетов. Небольшая потеря пакетов не оказывает существенного влияния на работу сервиса. Например, при передаче голоса потеря бита или информационного пакета часто остается незамеченной обеими сторонами разговора. При передаче видео потеря бита или пакета может вызвать кратковременное искажение изображения на экране, но оно быстро возвращается к нормальному состоянию. Передача данных с использованием TCP может справиться с небольшим количеством потерянных пакетов, поскольку TCP позволяет повторно передавать потерянную информацию. Однако большое количество отброшенных пакетов может повлиять на эффективность передачи. В QoS нас интересует статистика потерь пакетов, также известная как коэффициент потери пакетов. Поэтому при нормальной передаче коэффициент потери сетевых пакетов должен находиться в определенном диапазоне.

Важность QoS

Сервисы в IP-сети можно разделить на сервисы реального времени и сервисы нереального времени. Сервисы реального времени часто занимают фиксированную полосу пропускания и имеют четко выраженную зависимость от изменений качества сети, поэтому требуют высокой стабильности качества сети, например голосовые сервисы. Сервисы нереального времени используют полосу пропускания, которую сложно предсказать, и для них часто характерен пакетный трафик. Всплески трафика могут привести к ухудшению качества сети, вызвать перегрузку сети, увеличить задержку пересылки, а в тяжелых случаях привести к потере пакетов, что в результате снижает качество сервиса или даже делает его недоступным.

Лучший способ решить проблему перегрузки сети — увеличить пропускную способность сети, но с точки зрения затрат на эксплуатацию и обслуживание это нереалистично; наиболее эффективное решение — применять политику «гарантированной» пропускной способности для управления сетевым трафиком.

QoS обычно используется для защиты качества важных сервисов при возникновении неожиданного трафика в сети. Если сервис в течение длительного времени не может соответствовать требованиям к качеству обслуживания (например, если его трафик долгое время превышает ограничение пропускной способности), необходимо рассмотреть расширение сети или использование специализированного оборудования на основе верхних уровней приложения для управления сервисом.

В последние годы использование видео резко возросло: сегодня почти у каждого есть смартфон, способный снимать видео высокого разрешения в любом месте и в любое время. Между тем с появлением социальных сетей обмен видео и их публикация стали повседневным занятием для всех, и люди могут публиковать собственные видео, чтобы делиться ими с другими независимо от своего местоположения. Для предприятий такие приложения, как видеоконференции в формате HD и видеонаблюдение в формате HD, также создают в сети большой объём видеотрафика высокого разрешения. По сравнению с голосовым трафиком видеотрафик занимает больше полосы пропускания и является менее стабильным, особенно интерактивное видео, к которому предъявляются очень высокие требования в отношении передачи в реальном времени.