¬аш вопрос св€зан с хэштэгами #“елефони€, #“еори€? —просите в Telegram!

ѕро Quality of Service в IP - телефонии

— заботой о вашей телефонии

ћерион Ќетворкс

ѕродолжаем рассказывать про механизмы QoS (Quality of Service) . ћы уже рассказаывали про то, какие проблемы могут быть в сети и как на них может повли€ть QoS. ¬ этой статье мы поговорим про механизмы работы QoS.


ћеханизмы QoS

¬ св€зи с тем, что приложени€ могут требовать различные уровни QoS, возникает множество моделей и механизмов, чтобы удовлетворить эти нужды.

–ассмотрим следующие модели:

  • Best Effort Цнегарантированна€ доставка используетс€ во всех сет€х по умолчанию. ѕоложительна€ сторона заключаетс€ в том, что эта модель не требует абсолютно никаких усилий дл€ реализации. Ќе используютс€ никакие механизмы QoS, весь трафик обслуживаетс€ по принципу Упришел первым Ц обслужили первымФ. “ака€ модель не подходит дл€ современных сетевых сред;
  • Integrated Services (IntServ) Ц эта модель интегрированного обслуживани€ использует метод резервировани€. Ќапример, если пользователь хотел сделать VoIP вызов 80  бит/с по сети передачи данных, то сеть, разработанна€ исключительно дл€ модели IntServ, зарезервировала бы 80  бит/с на каждом сетевом устройстве между двум€ конечными точками VoIP, использу€ протокол резервировани€ ресурсов RSVP (Resource Reservation Protocol) . Ќа прот€жении звонка эти 80  бит/с будут недоступны дл€ другого использовани€, кроме как дл€ VoIP звонка. ’от€ модель IntServ €вл€етс€ единственной моделью, обеспечивающей гарантированную пропускную способность, она также имеет проблемы с масштабируемостью. ≈сли сделано достаточное количество резервирований, то сеть просто исчерпает полосу пропускани€;
  • Differentiated Services (DiffServ) Ц модель дифференцированного обслуживани€ €вл€етс€ самой попул€рной и гибкой моделью дл€ использовани€ QoS. ¬ этой модели можно настроить каждое устройство так, чтобы оно могло использовать различные методы QoS, в зависимости от типа трафика. ћожно указать какой трафик входит в определенный класс и как этот класс должен обрабатыватьс€. ¬ отличие от модели IntServ, трафик не €вл€етс€ абсолютно гарантированным, поскольку сетевые устройства не полностью резервируют полосу пропускани€. ќднако DiffServ получает полосу, близкую к гарантированной полосе пропускани€, в то же врем€ реша€ проблемы масштабируемости IntServ. Ёто позволило этой модели стать стандартной моделью QoS;

»нструменты QoS

ѕро Quality of Service в IP - телефонии

—ами механизмы QoS представл€ют собой р€д инструментов, которые объедин€ютс€ дл€ обеспечени€ уровн€ обслуживани€, который необходим трафику.  аждый из этих инструментов вписываетс€ в одну из следующих категорий:

  •  лассификаци€ и разметка (Classification and Marking) - Ёти инструменты позвол€ют идентифицировать и маркировать пакет, чтобы сетевые устройства могли легко идентифицировать его по мере пересечени€ сети. ќбычно первое устройство, которое принимает пакет, идентифицирует его с помощью таких инструментов, как списки доступа (access-list), вход€щие интерфейсы или deep packet inspection (DPI), который рассматривает сами данные приложени€. Ёти инструменты могут быть требовательны к ресурсам процессора и добавл€ть задержку в пакет, поэтому после того как пакет изначально идентифицирован, он сразу помечаетс€. ћаркировка может быть в заголовке уровн€ 2 (data link), позвол€€ коммутаторам читать его и/или заголовке уровн€ 3 (network), чтобы маршрутизаторы могли его прочитать. ƒл€ второго уровн€ используетс€ протокол 802.1P, а дл€ третьего уровн€ используетс€ поле Type of Service. «атем, когда пакет пересекает остальную сеть, сетевые устройства просто смотр€т на маркировку, чтобы классифицировать ее, а не искать глубоко в пакете;
  • ”правление перегрузками (Congestion Management)Ц ѕерегрузки возникают, когда входной буфер устройства переполн€етс€ и из-за этого увеличиваетс€ врем€ обработки пакета. —тратегии очередей определ€ют правила, которые маршрутизатор должен примен€ть при возникновении перегрузки. Ќапример, если интерфейс E1 WAN был полностью насыщен трафиком, маршрутизатор начнет удерживать пакеты в пам€ти (очереди), чтобы отправить их, когда станет доступна полоса пропускани€. ¬се стратегии очередей направлены на то, чтобы ответить на один вопрос: Укогда есть доступна€ пропускна€ способность, какой пакет идет первым?У;
  • »збегание заторов (Congestion Avoidance) Ц Ѕольшинство QoS механизмов примен€ютс€ только тогда, когда в сети происходит перегрузка. ÷елью инструментов избегани€ заторов €вл€етс€ удаление достаточного количества пакетов несущественного (или не очень важного) трафика, чтобы избежать серьезных перегрузок, возникающих в первую очередь;
  •  онтроль и шейпинг (Policing and Shaping) Ц Ётот механизм ограничивает пропускную способность определенного сетевого трафика. Ёто полезно дл€ многих типичных Ђпожирателей полосыї в сети: p2p приложени€, веб-серфинг, FTP и прочие. Ўейпинг также можно использовать, чтобы ограничить пропускную способность определенного сетевого трафика. Ёто нужно дл€ сетей, где допустима€ фактическа€ скорость медленнее физической скорости интерфейса. –азница между этими двум€ механизмами заключаетс€ в том, что shaping формирует очередь из избыточного трафика, чтобы выслать его позже, тогда как policing обычно сбрасывает избыточный трафик;
  • Ёффективность линков (Link Efficiency) Ц Ёта группа инструментов сосредоточена на доставке трафика наиболее эффективным способом. Ќапример, некоторые низкоскоростные линки могут работать лучше, если потратить врем€ на сжатие сетевого трафика до его отправки (сжатие €вл€етс€ одним из инструментов Link Efficiency);

ћеханизмы Link Efficiency

ѕри использовании медленных интерфейсов возникают две основных проблемы:

  • Ќедостаток полосы пропускани€ затрудн€ет своевременную отправку необходимого объема данных;
  • ћедленные скорости могут существенно повли€ть на сквозную задержку из-за процесса сериализации (количество времени, которое маршрутизатору требуетс€ на перенос пакета из буфера пам€ти в сеть). Ќа этих медленных линках, чем больше пакет, тем дольше задержка сериализации;

„тобы побороть эти проблемы были разработаны следующие Link Efficiency механизмы:

  • —жатие полезной нагрузки (Payload Compression) Ц сжимает данные приложени€, оправл€емые по сети, поэтому маршрутизатор отправл€ет меньше данных, по медленной линии;
  • —жатие заголовка (Header Compression) Ц Ќекоторый трафик (например, такой как VoIP) может иметь небольшой объем данных приложени€ (RTP-аудио) в каждом пакете, но в целом отправл€ть много пакетов. ¬ этом случае количество информации заголовка становитс€ значимым фактором и часто потребл€ет больше полосы пропускани€, чем данные. —жатие заголовка решает эту проблему напр€мую, устран€€ многие избыточные пол€ в заголовке пакета. ”дивительно, что сжатие заголовка RTP, также называемое сжатым транспортным протоколом реального времени (Compressed Real-time Transport Protocol - cRTP) уменьшает 40-байтовый заголовок до 2-4 байт!;
  • ‘рагментаци€ и чередование (Link Fragmentation and Interleaving) - LFI решает проблему задержки сериализации путем измельчени€ больших пакетов на более мелкие части до их отправки. Ёто позвол€ет маршрутизатору перемещать критический VoIP-трафик между фрагментированными част€ми данных (которые называютс€ Ђчередованиемї голоса);

јлгоритмы очередей

    ѕостановка в очереди (queuing) определ€ет правила, которые маршрутизатор должен примен€ть при возникновении перегруженности. Ѕольшинство сетевых интерфейсов по умолчанию используют базовую инициализацию First-in, First-out (FIFO) . ¬ этом методе сначала отправл€етс€ любой пакет, который приходит первым. ’от€ это кажетс€ справедливым, не весь сетевой трафик создаетс€ равным. ќсновна€ задача очереди - обеспечить, чтобы сетевой трафик, обслуживающий критически важные или завис€щие от времени бизнес-приложени€, отправл€лс€ перед несущественным сетевым трафиком. ѕомимо очередности FIFO используютс€ три первичных алгоритма очередности:

  • Weighted Fair Queuing (WFQ)Ц WFQ пытаетс€ сбалансировать доступную полосу пропускани€ между всеми отправител€ми равномерно. »спользу€ этот метод, отправитель с высокой пропускной способностью получает меньше приоритета, чем отправитель с низкой пропускной способностью;
  • Class-Based Weighted Fair Queuing (CBWFQ) Ц этот метод массового обслуживани€ позвол€ет указать гарантированные уровни пропускной способности дл€ различных классов трафика. Ќапример, вы можете указать, что веб-трафик получает 20 процентов полосы пропускани€, тогда как трафик Citrix получает 50 процентов пропускной способности (вы можете указать значени€ как процент или конкретную величину полосы пропускани€). «атем WFQ используетс€ дл€ всего неуказанного трафика (остальные 30 процентов в примере);
  • Low Latency Queuing (LLQ) - LLQ часто упоминаетс€ как PQ-CBWFQ, потому работает точно так же, как CBWFQ, но добавл€етс€ компонент приоритета очередей (Priority Queuing - PQ). ≈сли вы указываете, что определенный сетевой трафик должен идти в приоритетную очередь, то маршрутизатор не только обеспечивает пропускную способность трафика, но и гарантирует ему первую полосу пропускани€. Ќапример, использу€ чистый CBWFQ, трафику Citrix может быть гарантированно 50% пропускной способности, но он может получить эту полосу пропускани€ после того, как маршрутизатор обеспечит некоторые другие гарантии трафика. ѕри использовании LLQ приоритетный трафик всегда отправл€етс€ перед выполнением любых других гарантий. Ёто очень хорошо работает дл€ VoIP, дела€ LLQ предпочтительным алгоритмом очередей дл€ голоса;

—уществует много других алгоритмов дл€ очередей, эти три охватывают методы, используемые большинством современных сетей


ѕолезна ли ¬ам эта стать€?