VoIP: QoS в телефонии

Избавляемся от прерываний в трубке

Июнь 07, 2018 Мерион Нетворкс

6 минут чтения

Мы хотели бы поговорить про Quality of Service (QoS) в VoIP сетях, рассказать что это такое, как это работает, зачем это нужно и как это настраивать. В этой статье мы рассмотрим, какие проблемы мы можем иметь в сети, и как QoS может с ними помочь.

Для успешного функционирования VoIP сетей голосовой трафик (voice traffic) должен иметь приоритет над трафиком с данными (data traffic). Quality of Service можно определить как способность сети предоставить лучший или особый сервис для группы пользователей и приложений за счет других пользователей и приложений.

Звучит как то, что как раз необходимо для голосового трафика – “лучший” сервис необходим для VoIP не из-за больших требований по пропускной способности (VoIP трафик использует маленькую полосу пропускания, по сравнению с другими приложениями), а из-за требований по задержке. В отличие от трафика с данными, время за которое пакет проходит из одного конца сети в другой имеет значение. Если пакет с данными при прохождении через сеть испытал задержку (delay), то файловый сервер получит файл секундой позже или страничка в браузере будет загружаться чуть дольше, и с точки зрения пользователя не произойдет ничего страшного. Однако если голосовой трафик проходит по сети и испытывает задержку, то голоса начинают перекрываться (например, абонент начинает говорить одновременно с другим абонентом) и продолжать разговор становится невозможно.

Чтобы побороть эти проблемы нужно убедиться, что для голосового трафика подходит не только полоса пропускания, но и что голосовой трафик получает первую доступную полосу. Это означает что если бутылочное горлышко (самое узкое место) находится в сети, где маршрутизатор ставит трафик в очередь, то перед тем как его выслать, маршрутизатор будет перемещать голосовой трафик перед трафиком данных, чтобы отправить его в первом доступном интервале. И это как раз задача Quality of Service. QoS, по сути, является не отдельным инструментом, а классом инструментов, направленных на то чтобы дать администратору полный контроль над трафиком внутри сети. Как и когда использовать каждый инструмент QoS зависит от требований к сети от трафика и ее характеристик.

Понимание основных проблем

Перед тем как применять QoS, нужно разораться с тем, какие проблемы мы пытаемся решить. Рассмотрим основные:

Недостаток пропускной способности (Lack of bandwidth) – Множественные потоки голосового трафика и трафика с данными конкурируют за ограниченную полосу пропускания.
Задержка (Delay) – Для того чтобы пакет дошел из пункта отправления в пункт назначения требуется какое-то время. Задержка имеет три формы:

Фиксированная задержка (Fixed delay) – Значение задержки, которое нельзя изменить. Например, требуется определенное время, чтобы пакет добрался до определенной географической локации. Это значение считается фиксированным и QoS не может повлиять на него.
Переменная задержка(Variable delay) – Значения задержки, которые можно изменить. Например, задержка в очереди интерфейса маршрутизатора является переменной, потому что она зависит от того, сколько пакетов находится на данный момент в очереди. На эту задержку можно повлиять поставив голосовые пакеты перед пакетами с данными.
Джиттер (Jitter) – Разница задержек между пакетами. Например, первому пакету разговора потребовалось 100 мс чтобы добраться до точки назначения, в то время как второму потребовалось 110 мс. В этой ситуации джиттер составляет 10 мс.

Потеря пакетов (Packet loss) – пакеты теряются из-за переполненного или ненадежного сетевого подключения.

Очень важно понимать эти проблемы, поскольку они вызывают наложения звука, эхо, потрескивания и разорванные звонки.

Механизм QoS предназначен для того, чтобы обеспечить бесперебойную передачу голоса в течение временных перегрузок в сети. Однако это не волшебная палочка, которая сможет решить все проблемы в сети. Например, если в сети есть недостаток пропускной способности, то при добавлении голосовых пакетов не стоит ожидать что QoS сможет все решить – получится что либо приложения с данными будут работать так медленно, что перестанут быть функциональными, либо голосовой трафик будет испытывать проблемы с качеством.

Цель QoS – обеспечить постоянную пропускную способность для голосового трафика таким образом, чтобы была низкая постоянная задержка с одного конца сети в другой. Чтобы выполнить это требование необходимо иметь настроенные механизмы QoS в каждой точке сети, где существует перегрузка.

Требования к голосовому и видео трафику

Разный тип трафика, который используется в сети, имеет разные требования QoS. В отличие от трафика данных, голосовой трафик считается предсказуемым. В то время как трафик данных может значительно увеличиваться при скачивании или передачи большого объема данных, голосовой трафик остается постоянным для каждого звонка поступающего и покидающего сеть. Фактический объем полосы пропускания, требуемый для голоса сильно зависит от используемого кодека.

Помимо требований к пропускной способности, голосовой трафик имеет следующие дополнительные требования:

Задержка (End-to-end delay) : 150 мс или меньше
Джиттер: 30 мс или меньше
Потеря пакетов: 1% или меньше

Видео трафик имеет такие же требования по задержке, но потребляет большую полосу пропускания. Кроме того ширина полосы пропускания может меняться в зависимости от того, сколько движения происходит в видео (большее количество движений значительно увеличивают необходимую пропускную способность).

Требования к трафику данных

Невозможно подогнать весь трафик данных под одно требование, потому что каждое отдельное приложение имеет свои QoS требования. Приложения данных можно разделить на несколько категорий:

Критически важные приложения (Mission-critical applications) – эти приложения критически важны для организации и требуют выделенной полосы пропускания.
Транзакционные приложения (Transactional applications) – эти приложения обычно взаимодействуют с пользователями и требуют быстрого времени отклика. Например, сотрудник техподдержки может использовать приложение базы данных чтобы получать информацию о абоненте на основе ID предыдущих запросов.
Низкоприоритетные приложения (Best-effort applications) – эти приложения некритичны или некатегоризированы. Это может быть почта, веб и FTP.
“Мусорные ” приложения (Scavenger applications) – это непродуктивные приложения, в которых нет необходимости для работы, но которые поглощают значительные объемы полосы пропускания. Например, это могут быть p2p приложения типа BitTorrent

Каждой из этих категорий приложений можно назначить определенный уровень QoS.