Quality of Service — mit is jelent ez pontosan?

Quality of Service (QoS) -szó szerinti fordításban a szolgáltatás minőségét jelenti. Maga a szolgáltatás szó  ebben az esetteben az Interneten keresztüli adatátvitelt, a minőség pedig elsősorban kiemelt fontosságú programokat és azok stabil működését garantáló alkalmazásokat jelenti.

Ez azt jelenti, hogy  az internetes  sávszélesség korlátozott áteresztő képessége miatt- akárcsak egy kis sebességű kapcsolatnál — az adatátvitelt úgy állíthatja be, hogy például az IP-telefonos kommunikáció elsőbbséget élvezzen más, internetes forgalmat fogyasztó alkalmazásokkal szemben, ami azt jelenti, hogy a hívások minősége folyamatosan kiváló lesz, zajok és lefagyás nélkül.

A következőkben bemutatjuk, hogy milyen paraméterek határozzák meg a QoS-t, miből áll a forgalom priorizálási technológia, hogyan osztályozhatók az adatok, és miként biztosítható a QoS.

Mi az a QoS — definíció és fő paraméterek

A QoS egy technológia a prioritások meghatározására vagy sorba állítására, a különböző forgalmi osztályok kiszolgálása során. Szűkebb,  műszaki értelemben a QoS a korlátozott hálózati erőforrások menedzselésére szolgáló módszerek halmazát jelenti.

A QoS az internetkapcsolat minőségének felmérésén alapul.

A kapcsolat  minőségének értékeléséhez a következő négy paraméterre összpontosítunk: Delay, Jitter, Packet Loss, Bandwidth.

1. Delay —  adatok küldésének késleltetési ideje

A teljes késleltetés a következő összetevőkből áll:

— Serialization Delay — sorbarendezési késleltetés, vagyis az az idő, amely alatt az adatcsomag összes bitje az egyik csomópontról a másik csomópontra áthalad. A késleltetés mértéke a csomópontok közötti kapcsolat típusától függ, például USB, Infiniband vagy SAS.

— Propagation Delay — terjedési késleltetés, vagy az az idő, ami alatt a jel a kábelen a forrástól a célcsomópontig eljut. Vákuumban az optikai jel fénysebességgel haladna, de az üvegszálas vagy rézkábel közege lelassítja. Azt az együtthatót,amellyel a fény egy bizonyos anyagban lelassul, törésmutatónak nevezzük. Így az üvegszál törésmutatója hozzávetőlegesen 1,5 — ami azt jelenti, hogy az optikai kábelben a jel terjedési sebessége közel harmadával lassul.

— QoS Delay — a prioritások felosztása által gerjesztett késleltetés.. Ez magában foglalhatja azon adat-késleltetést, amely a sorbaállítási mechanizmustól függ, vagy a pufferelési késleltetést, amely a forgalom túlcsordulása esetén jelentkezik.

— Processing Delay — feldolgozási késleltetés, vagyis az az idő, amely alatt a hálózati eszköz átveszi az adatok egy részét a bemeneti interfészről és a kimeneti interfészre helyezi. Az ilyen típusú késleltetés mértéke a processzor sebességétől és terhelésétől, az útválasztó architektúrájától és a az interfészek beállításaitól függ.

2. Jitter — a késleltetési idő ingadozása egy adatfolyam csomagjainak átvitelekor.Ez a mutató különösen fontos a VoIP-kommunikációhoz, mivel egy bizonyos méretű adatrészletre van szükség a csomagokra osztott jel visszaállításához a fogadó eszközön. Ha az egyik részadag  csomagjai egyenetlenül érkeznek, akkor nem lehet visszaállítani a jelet, és ennek eredményeként a kapcsolat megszakad. A késleltetés változékonyságát befolyásolja a sorban lévő csomagok száma és mérete, a kapcsolat sebessége és a forgalom priorizálási i mechanizmusa.

3. Packet Loss — azoknak a csomagoknak a száma, amelyek nem jutottak el a célállomáshoz.Az adatvesztés általában a hálózat túlterhelése  miatt következik be, vagy előfordulhat, hogy nincs tényleges túlterhelés , de a hangadatok kis szegmensei összegyűlnek a nagy videoadat-sorozatok mögött, pl. film letöltése során, ha a forgalom priorizálása nincs beállítva.

4. Bandwidth  — az a maximális adatmennyiség, amit egy csatorna egy adott időn belül továbbíthat.
A csatornabővítés ugyanakkor nem mindig jelent automatikus megoldást a forgalmi problémákra, bővítése sem mindig lehetséges gazdasági vagy technológiai okokból.
Fontos ennek a korlátozott erőforrásnak az optimális elosztása, mivel elégtelensége olyan kommunikációs minőségi problémákhoz vezethet, mint például a késleltetés, a jitter és az adatvesztés.

QoS szolgáltatási modellek

 A forgalmi prioritások beállítása  három különböző QoS-megközelítésen keresztül érhető el:

1. Best Effort Service — szolgáltatás a „llegnagyobb gondosság ” elv alapján.

A legkorábbi és legegyszerűbb megközelítés, amely önmagában nem használ forgalomirányítási eszközöket. Minden forgalmi kategória egyenlő, nincs prioritás. Ha a kommunikáció minőségének javítására van szükség, azt a kommunikációs csatorna bővítésével érik el.Előfordulhat, hogy a Best Effort szolgáltatás csak torlódás nélküli hálózatokban megfelelő, és nem alkalmas az IP-telefóniával és videokonferenciával rendelkező szabványos irodai megoldásokhoz

2. Integrated Service — integrált szolgáltatásEz a fajta szolgáltatás a valós idejű forgalom – hang- és videokommunikáció – növekedésével együtt jelent meg. Ez azon alapul, hogy minden egyes eszközön minden egyes adatfolyam számára lefoglalják a csatorna egy bizonyos részét. Ebben az esetben a valós idejű forgalom prioritást élvez, de továbbra is lehetőség van a lefoglalt sávok nem valós idejű forgalomra történő felhasználására. A sáv elérhetőségét az RSVP protokollon belüli jelcsere segítségével ellenőrzik.
Ez a megoldás az egyes tranzit csomópontokon jelentősen terheli a memóriát és a központi processzort, és lelassítja a teljes rendszer teljesítményét, így gyakorlatilag szintén nem használják jelenleg.

3. Differentiated Service — megkülönböztetett ( differenciált) szolgáltatás.

Az integrált szolgáltatástól abban különbözik, hogy hiányzik a csatlakozást megelőző jelzés, a forgalmat osztályokba osztja, nem pedig folyamokra, megjelöli a csomagokat, és forgalom alakító eszközök egész sorát használja. A differenciált szolgáltatás másik kulcsa a PHB, vagyis a Per-Hop-Behavior , azaz az ugrásonkénti viselkedés, ahol minden csomópont önállóan dönti el, hogy mit kezdjen az adatcsomaggal azok adatcimkéi alapján.
Jelenleg a QoS biztosítása főként a differenciált megközelítéssel valósul meg.

Differenciált QoS modelleszközök

Tehát, amint azt korábban megállapítottuk , a Differentiated Service modell a forgalom osztályokra osztásán alapul. Az összes osztály eszközkészlete azonos, de minden osztálynak megvan a maga szolgáltatása,és hogy az milyen, az az egyes hálózati csomópontok szintjén dől el az adatcímkézésnek megfelelően (Per-Hop Behavior).

A csomópont műveleteit az alábbi eszközsor határozza meg:

1) Classification — annak meghatározása, hogy a forgalom melyik szolgáltatási osztályba tartozik

2) Metering — a csomóponthoz érkező csomag bájtjainak számának mérése.

3) Coloring — szín hozzárendelése attól függően, hogy az adat belefér-e az adat áteresztési korlátba .

Zöld —  korláton belül, sárga — korláton felül , piros — valószínűleg az adatok ezen része el lesz vetve

4) Policing — a bejövő forgalom sebességének korlátozása.

A színkódolás alapján az adatok átmennek , lefokozódnak vagy elvetésre kerülnek.

5) Dropper — csomag elvetése, mielőtt az bekerülne a sorba.

A kiesés valószínűsége az  elérni kivánt sor színétől és  telítettségétől függ.

6) Queuing — osztálytól függően a sorok valamelyikébe való elhelyezés.

 7) Shaping —puffereléssel kiegyenlíti a forgalom sebességét, a sorból való kilépésnél működik.

A forgalom töredékeit puffereli és elküldi, amint a sávszélesség elérhetővé válik. A A kiegyenlítő minden szalaghoz külön konfigurálható.

 8) Scheduling —sávok útraindítása vagy szabályozása  

A diszpécser a kiegyenlítővel   összhangban dolgozik. Meghatározott ciklikus sebességgel  kiemeli a csomagokat a sorokból, amelyeket az interfészre irányít.  Mindezen műveletek után  az interfész felőli kimeneten az adatok sorba rendeződnek, azaz bitfolyammá konvertálódnak, amit viszont a fogadó eszköz videojelként vagy telefonhívásként dekódol.

Forgalom osztályozása és jelölése

A Differentiated Service modellben minden útválasztó önállóan dolgozza fel az adatokat, ezért nagyon fontos, hogy minden csomópontra egységes osztályozási szabályokat és viselkedési modelleket állítsunk be – például, hogy az IP-telefónia igények prioritást élvezzenek a szervezet teljes belső hálózatán.

Minden osztálynak megvan a maga prioritási szintje, és hogy egyértelmű legyen, milyen prioritást élveznek az egyes csomagok, az interneten a célcímet jelző  címke helyett belső fcimkét  csatolnak, vagyis megtörténik a  márkázás.

Az első dolog, amit minden hálózat megtesz, amikor adatokat fogad, az az, hogy a hálózati rendszergazda által meghatározott szabályok szerint besorolja azokat.

Az osztályozási szabályokat háromféleképpen állíthatjuk be:

1) Behavior Aggregate — különböző típusú forgalom összesítése egy osztályban.

Egy adott osztályhoz való hozzárendelés a kommutációs f címkén alapul. Mivel ez a megjegyzés nagyon kevés információt tartalmaz, az osztályok száma korlátozott. Ebből következik, hogy ugyanabban az osztályban különböző típusú forgalom jelenik meg.

2) Interface-Based — osztályok hozzárendelése az egyes portokhoz, amelyekre a forgalom irányul.
Mivel a porthoz csatlakoztatott bármely eszköz – például egy alkalmazott PC-je – felhasználhatja a forgalmat különböző prioritású alkalmazásokhoz, ezt a módszert leggyakrabban nem tiszta formában használják.

3) Multi-Field — osztály hozzárendelése a csomag tetszőleges jellemzői alapján.

Így hozzárendelhet egy szolgáltatási osztályt az IP-cím, MAC-cím vagy egyéb adatok alapján. Ez az elosztási módszer a legrugalmasabb.

A vállalat belső hálózatának bemenetén   a három osztályozási módszer egyikét alkalmazzák, a csomaghoz belső szolgáltatási osztályt és megfelelő digitális értéket rendelnek. Ebben az esetben a kommutáló címke  eltávolításra kerül, és tovább a hálózaton belül az adatok csak az első modell — Behavior Aggregate — szerint mozognak. A kimeneti interfészen a belső osztály vissza lesz konvertálva kommutációscímkévé.

 
Hogyan működik a QoS?

Három fő mechanizmus létezik a QoS biztosítására:

1) Congestion Avoidance — torlódások megelőzése

A túlterhelés megelőzhető:

• azon utolsó csomagok eldobásával, amelyek már nem férnek be a pufferbe (Tail Drop,
•  az első csomagok ledobásával, amelyek túl hosszúak voltak a sorban (Head Drop), 
• vagy két összetettebb sémával – a véletlenszerű korai észleléssel (Random Early Detection) és a súlyozott véletlenszerű korai észleléssel ( Weighted Random Early Detection).

2) Congestion Management  — torlódások kezelése

Túlterhelés esetén a diszpécserek (Scheduling) sietnek segítségünkre, és sávonként szabályozzák a forgalmat.

A következő üzemmódokban működhetnek: aki először lép be egy közös sorba, az elsőként lép ki (First In First Out — FIFO); prioritási sor (Priority Queueing) — először a magas prioritású adatokat hagyja ki, majd a többit; Fair Queuing mode (tisztességes sorbaállítási  mód) – felváltva ugyanannyi bitet visz át minden sorból; Round-Robin mód – a várólisták áttekintésével  azonos számú csomag kinyerése.

A forgalom minél  korrektebb  feldolgozásához általában diszpécserek kombinációját alkalmazzák.

3) Rate Limiting — sebesség korlátozás

A forgalom sebességének korlátozásához  bekapcsolják a (Policing) funkciót, amely elveti vagy szelektíven csökkenti az adatok prioritását a megengedett legnagyobb sebesség alapján, valamint  a (Shaping) funkciót, amely puffereli a forgalmat, ha a sebesség túl magas.

Következtetés

A QoS (Quality of Service) egy prioritási technológia az internetes forgalom különböző osztályainak kiszolgálásában.

    — A QoS egy internetes csatorna korlátozott sávszélességének helyes használatára szolgál, ami javítja a kommunikáció minőségét.

• A forgalom prioritása a QoS-ben osztály-hozzárendelésen és márkázáson keresztül valósul meg.
• A legnépszerűbb szolgáltatási modellt, a QoS Differentiated Service-t a lépésről lépésre történő kiszolgálás és számos forgalomirányítő  eszköz – például diszpécser és sebességkorlátozás – jellemzi.