Основы QoS (Quality of Service). Миф, касающийся работы службы QoS

Начнем с определений:

Сравнение IPP и DSCP.

Per-Hop Behaviors (PHB)

1.Default PHB

3.Assured Forwarding PHB (AF)

4.Class Selector PHB (CS)

Попробуем разобраться, что такое QoS (Quality of Service), какие стандарты и определения к ней относятся. Поговорим о Best Effort Service, IntServ, DiffServ, PHB, ToS, CoS, IP Precedence (IPP), DSCP, AF, EF, Default PHB.

Давайте первым делом определимся, что же такое Quality of Service. Существует множество определений QoS, мне больше всего нравится вот это:

Под QoS (Quality of Service) следует понимать способность сети (сетевой инфраструктуры) обеспечить необходимый (требуемый) уровень сервиса заданному сетевуму трафику при использование различных технологий.

Под сервисом понимается множество параметров при передачи данных. Рассмотрим основные из них:

1. Bandwidth - ширина полосы пропускания. 2. End-to-end delay - задержка при передаче пакета. 3. Jitter - изменение задержки во времени при передаче пакетов. 4. Packet Loss – потеря (отбрасывание) пакетов при передачи данных.

Сервисные модели Quality of Service.

Существуют 3 различные сервисные моделей QoS.

1. Best Effort Service. Негарантированная доставка.

По сути, в этой модели отсутствуют какие-либо механизмы QoS. Используются все доступные ресурсы сети. Отсуствуют механизмы управления трафиком. Для улучшения QoS используется расширение полосы пропускания в узких местах, однако это не всегда даёт нужный эффект т.к. существуют типы трафика, чувствительные к задержкам и джиттеру (например VoIP).

2. Integrated Service (IntServ). Интегрированное обслуживание.

Обеспечивает сквозное (End-to-End) качество обслуживания, т.е. происходит резервирование ресурсов на всем пути прохождения трафиика. Для резирвирования ресурсов (Resource reservation) используется протокол RSVP, гарантируя необходимую пропускную способность. Существенным недостатком является постоянное резервирование ресурса, даже в том случае, если он не используется или используется не полностью.

3. Differentiated Service (DiffServ). Дифференцированное обслуживание.

Для обеспечения QoS используется ряд специальных компонентов, таких как классификаторы и формирователи трафика на границе сети, также применяются функции распределения ресурсов в ядре сети.

DiffServ выпоняет две функции:

1. Формирование трафика на границах сети - функции классификации, маркировки пакетов и управление интенсивностью. 2. Политика пошагового обслуживания PHB (Per-Hop Behavior) включает функции распределения ресурсов и отбрасывания пакетов.

QoS Классификация и маркировка пакетов.

Начнем с определений:

Классификация пакетов (Packet Classification) - отнесение пакета к определенному классу.

Маркировка пакетов (Packet Marking) - установка требуемого приоритета.

Следует отметить, что классификация и маркировка пакетов отличаются в зависимости от уровня OSI, на котором работает устройство. Как правило, все коммутаторы работают на уровне L2, а именно с Ethernet кадрами. Маршутизаторы работают на уровне L3 и уже не с кадрами, а пакетами.

Классификация и маркировка пакетов на уровне L2

В протоколе Ethernet отсуствует возможность классификации и маркировки пакетов. Классификация возможна лишь по номеру входящего порта (что в большинстве случаев не представляет никакого интереса), а маркировка вообще невозможна.

Однако не все так плохо. Появился стандарт IEEE 802.1Q, описывающий технологию виртуальных локальных сетей VLAN, вместе с которым был разработан стандарт 802.1P для обеспечения QoS в сетях Ethernet (классификации и маркировки Ethernet кадров).

В стандарте 802.1P предусмотрено поле User Priority или второе более позднее название CoS (Class of Service), состоящее из 3-х бит в заголовке 802.1Q, т.е. CoS может принимать значения от 0 до 7.

Формат Ethernet кадра 802.1Q.

Классы трафика согласно стандарту IEEE 802.1P.

Классификация и маркировка пакетов на уровне L3

На L3 мы имеем дело с протоколом IP (Internet Protocol). При разработке протокола IP для целей QoS было специально предусмотрено поле ToS (Type of Service) размером один байт.

Поле ToS может быть заполнен классификатором IP Precedence или DSCP в зависимости от задачи.

IP precedence (IPP) имеет размерность 3 бита, может принимать значения 0-7, т.е. можно говорить о 8-ми классах обслуживания. Изначально использовался классификатор IPP, но со временем появилась необходимость разделять трафиик на большее чем 8 классов обслуживания, следствием чего явилась разработка классификатора DSCP.

DSCP состоит из 6 бит (значения 0-63). Использование дополнительных 3-х бит позволяют ввести большее количество классов. DSCP обратно совместим с IPP. Важно понимать, что оборудование должно поддерживать обработку поля ToS заполненого классификатором DSCP, на старом оборудование с этим могут возникнуть проблемы.

Сравнение IPP и DSCP.

Per-Hop Behaviors (PHB)

Разберем более подробно понятие PHB.

Per-Hop Behaviors (PHB) - это политика пошагового обслуживания, иными словами, это некий алгоритм действий по обработки пакетов, выполняемый на каждом узле. PHB определяет, к какой из очередей отнести пакет, а также сброс пакетов в очереди в случае перегрузок.

Существуют 4 стандартизованных PHB.

1.Default PHB

Применяется для передачи Best-Efforts (негарантированая доставка) трафика, т.е. нет никакой маркировки, а точнее биты DSCP с 5 по 7 равны 000. Используется для совместимости с сетевыми устройствами, не поддерживающими маркировку или если она не используется.

Распределение бит DSCP в Default PHB.

2.Expedited Forwarding PHB (EF)

Используется для передачи трафика, чувствительного к задержкам. Биты DSCP с 5 по 7 равны 101. Пакеты, помеченные как EF, передаются с наименьшей задержкой в очереди.

Распределение бит DSCP в EF PHB.

3.Assured Forwarding PHB (AF)

Используется для гарантированной доставки. Значение бит DSCP с 5 по 7 может принимать 4 значения (001, 010, 011, 100), следовательно получается четыре стандартных класса AF (AF1, AF2, AF3, AF4), а внутри каждого класса может существует три уровня сбросса пакетов (low, medium, high).

Распределение бит DSCP в AF PHB.

aaa - номер класс обслуживания.
dd - вероятность сброса пакета.

4.Class Selector PHB (CS)

Значение бит DSCP со 2 по 4 равны 000, что дает обратную совместимось с полем ToS, заполненым классификатором IPP.

Распределение бит DSCP в Class Selector PHB.

Ниже приведу таблицу сравнения DSCP и IP Precedence.

Сравнительная таблица DSCP и IPP.

Вот и все. Я попытался коротко рассказать о QoS и понятиях, входящих в него, таких как Best Effort Service, IntServ, DiffServ, PHB, ToS, CoS, IPP, DSCP, AF, EF, Default PHB.

В настоящее время вместе с планомерным увеличением скоростей передачи данных в телекоммуникациях увеличивается доля интерактивного трафика, крайне чувствительного к параметрам среды транспортировки. Поэтому задача обеспечения качества обслуживания (Quality of Service - QoS) становится все более актуальной.

Рассмотрение вопроса подобной сложности лучше всего начинать с простых и понятных примеров настройки оборудования, например, фирмы Cisco. Представленный здесь материал, безусловно, не может конкурировать с www.cisco.com. Наша задача – начальная классификация огромного объема сведений в компактном виде с целью облегчения понимания и дальнейшего изучения.

1. Определения и термины.

Определений термина QoS настолько много, что мы выберем единственно верное - правильно, от Cisco: "QoS – QoS refers to the ability of a network to provide better service to selected network traffic over various underlying technologies…". Что можно литературно перевести как: "QoS – способность сети обеспечить необходимый сервис заданному трафику в определенных технологических рамках".

Необходимый сервис описывается многими параметрами, отметим среди них самые важные.

Bandwidth (BW) - полоса пропускания, описывает номинальную пропускную способность среды передачи информации, определяет ширину канала. Измеряется в bit/s (bps), kbit/s (kbps), mbit/s (mbps).

Delay - задержка при передаче пакета.

Jitter - колебание (вариация) задержки при передаче пакетов.

Packet Loss – потери пакетов. Определяет количество пакетов, отбрасываемых сетью во время передачи.

Чаще всего для описания пропускной способности канала проводят аналогию с водопроводной трубой. В ее рамках Bandwidth – это ширина трубы, а Delay – длина.

Время передачи пакета через канал Transmit time [s] = packet size / bw .

Например, найдем время передачи пакета размером 64 байта по каналу шириной 64 килобита/c:

Packet size = 64*8=512 (bit) Transmit Time = 512/64000 = 0.008 (c)

2. Сервисные модели QoS.

2.1. Best Effort Service.

Негарантированная доставка. Абсолютное отсутствие механизмов QoS. Используются все доступные ресурсы сети без какого-либо выделения отдельных классов трафика и регулирования. Считается, что лучшим механизмом обеспечения QoS является увеличение пропускной способности. Это в принципе правильно, однако некоторые виды трафика (например, голосовой) очень чувствительны к задержкам пакетов и вариации скорости их прохождения. Модель Best Effort Service даже при наличии больших резервов допускает возникновение перегрузок в случае резких всплесков трафика. Поэтому были разработаны и другие подходы к обеспечению QoS.

2.2. Integrated Service (IntServ).

Integrated Service (IntServ, RFC 1633) - модель интегрированного обслуживания. Может обеспечить сквозное (End-to-End) качество обслуживания, гарантируя необходимую пропускную способность. IntServ использует для своих целей протокол сигнализации RSVP. Позволяет приложениям выражать сквозные требования к ресурсам и содержит механизмы обеспечения данных требований. IntServ можно кратко охарактеризовать как резервирование ресурсов (Resource reservation).

2.3. Differentiated Service (DiffServ).

Differentiated Service (DiffServ, RFC 2474/2475) - Модель дифференцированного обслуживания. Определяет обеспечение QoS на основе четко определенных компонентов, комбинируемых с целью предоставления требуемых услуг. Архитектура DiffServ предполагает наличие классификаторов и формирователей трафика на границе сети, а также поддержку функции распределения ресурсов в ядре сети в целях обеспечения требуемой политики пошагового обслуживания (Per-Hop Behavior - PHB). Разделяет трафик на классы, вводя несколько уровней QoS. DiffServ состоит из следующих функциональных блоков: граничные формирователи трафика (классификация пакетов, маркировка, управление интенсивностью) и реализаторы PHB политики (распределение ресурсов, политика отбрасывания пакетов). DiffServ можно кратко охарактеризовать как приоритезацию трафика (Prioritization).

3. Базовые функции QoS.

Базовые функции QoS заключаются в обеспечении необходимых параметров сервиса и определяются по отношению к трафику как: классификация, разметка, управление перегрузками, предотвращение перегрузок и регулирование. Функционально классификация и разметка чаще всего обеспечиваются на входных портах оборудования, а управление и предотвращение перегрузок – на выходных.

3.1. Классификация и разметка (Classification and Marking).

Классификация пакетов (Packet Classification) представляет собой механизм соотнесения пакета к определенному классу трафика.

Другой не менее важной задачей при обработке пакетов является маркировка пакетов (Packet Marking) - назначение соответствующего приоритета (метки).

В зависимости от уровня рассмотрения (имеется в виду OSI) эти задачи решаются по-разному.

3.1.1. Layer 2 Classification and Marking.

Коммутаторы Ethernet (Layer 2) используют протоколы канального уровня. Протокол Ethernet в чистом виде не поддерживает поле приоритета. Поэтому на Ethernet портах (Access Port) возможна лишь внутренняя (по отношению к коммутатору) классификация по номеру входящего порта и отсутствует какая-либо маркировка.

Более гибким решением является использование стандарта IEEE 802.1P, который разрабатывался совместно с 802.1Q. Иерархия отношений здесь следующая: 802.1D описывает технологию мостов и является базовой для 802.1Q и 802.1P. 802.1Q описывает технологию виртуальных сетей (VLAN), а 802.1P обеспечение качества обслуживания. В целом, включение поддержки 802.1Q (транк с виланами), автоматически дает возможность использования 802.1P. Согласно стандарту используются 3 бита в заголовке второго уровня, которые называются Class of Service (CoS). Таким образом, CoS может принимать значения от 0 до 7.

3.1.2. Layer 3 Classification and Marking.

Маршрутизирующее оборудование (Layer 3) оперирует IP пакетами, в которых под цели маркировки предусмотрено соответствующее поле в заголовке - IP Type of Service (ToS) размером один байт. ToS может быть заполнен классификатором IP Precedence или DSCP в зависимости от задачи. IP precedence (IPP) имеет размерность 3 бита (принимает значения 0-7). DSCP относится к модели DiffServ и состоит из 6 бит (значения 0-63).

Кроме цифровой формы, значения DSCP могут быть выражены с использованием специальных ключевых слов: доставка по возможности BE – Best Effort, гарантированная доставка AF – Assured Forwarding и срочная доставка EF – Expedited Forwarding. В дополнение к этим трем классам существуют коды селектора классов, которые добавляются к обозначению класса и обратно совместимы с IPP. Например, значение DSCP равное 26 можно записать как AF31, что полностью равнозначно.

MPLS содержит индикатор QoS внутри метки в соответствующих битах MPLS EXP (3 бита).

Промаркировать IP пакеты значением QoS можно разными способами: PBR, CAR, BGP.

Пример 1. Маркировка PBR

Policy Based Route (PBR) можно использовать с целью маркировки, производя ее в соответствующей подпрограмме (Route-map может содержать параметр set ip precedence):

!
interface FastEthernet0/0
ip policy route-map MARK
speed 100
full-duplex
no cdp enable
!
!
route-map MARK permit 10
match ip address 1
set ip precedence priority
!

На выходе интерфейса можно увидеть результат (например, программой tcpdump под unix):

# tcpdump -vv -n -i em0
... IP (tos 0x20 ...)

Пример 2. Маркировка CAR.

Механизм Committed Access Rate (CAR) разработан для ограничения скорости, однако дополнительно может и маркировать пакеты (параметр set-prec-transmit в rate-limit):

!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.0.2 255.255.255.252
rate-limit input access-group 1 1000000 10000 10000 conform-action set-prec-transmit 3 exceed-action set-prec-transmit 3
no cdp enable
!
access-list 1 permit 192.168.0.0 0.0.0.255
!

#sh interface FastEthernet0/0 rate-limit

3.2. Управление перегрузками (Congestion Management). Механизм очередей.

3.2.1. Перегрузки (Congestions).

Перегрузка возникает в случае переполнения выходных буферов передающего трафик оборудования. Основными механизмами возникновения перегрузок (или, что равнозначно, скоплений - congestions) является агрегация трафика (когда скорость входящего трафика превышает скорость исходящего) и несогласованность скоростей на интерфейсах.

Управление пропускной способностью в случае перегрузок (узких мест) осуществляется с помощью механизма очередей. Пакеты помещаются в очереди, которые упорядоченно обрабатываются по определенному алгоритму. Фактически, управление перегрузками – это определение порядка, в котором пакеты выходят из интерфейса (очередей) на основе приоритетов. Если перегрузок нет – очереди не работают (и не нужны). Перечислим методы обработки очередей.

3.2.2. Layer 2 Queuing.

Физическое устройство классического коммутатора можно упрощенно представить следующим образом: пакет приходит на входной порт, обрабатывается механизмом коммутации, который решает, куда направить пакет, и попадает в аппаратные очереди выходного порта. Аппаратные очереди представляет собой быструю память, хранящую пакеты перед тем, как они попадут непосредственно на выходной порт. Далее, согласно определенному механизму обработки, пакеты извлекаются из очередей и покидают коммутатор. Изначально очереди равноправны и именно механизм обработки очередей (Scheduling) определяет приоритезацию. Обычно каждый порт коммутатора содержит ограниченное число очередей: 2, 4, 8 и так далее.

В общих чертах настройка приоритезации заключается в следующем:

1. Изначально очереди равноправны. Поэтому предварительно необходимо их настроить, то есть определить очередность (или пропорциональность объема) их обработки. Чаще всего это делается привязкой приоритетов 802.1P к очередям.

2. Необходимо сконфигурировать обработчик очередей (Scheduler). Чаще всего используются взвешенный циклический алгоритм (Weighted Round Robin WRR) или строгая очередь приоритетов (Strict Priority Queuing).

3. Назначение приоритета поступающим пакетам: по входному порту, по CoS или, в случае дополнительных возможностей (Layer 3 switch), по каким-то полям IP.

Работает все это следующим образом:

1. Пакет попадает в коммутатор. Если это обычный Ethernet пакет (клиентский Access Port), то он не имеет меток приоритета и таковая может выставляться коммутатором, например, по номеру входного порта, если это нужно. Если входной порт транковый (802.1Q или ISL), то пакет может нести метку приоритета и коммутатор может ее принять или заменить на необходимую. В любом случае пакет на данном этапе попал в коммутатор и имеет необходимую разметку CoS.

2. После обработки процессом коммутации пакет в соответствии с меткой приоритета CoS направляется классификатором (Classify) в соответствующую очередь выходного порта. Например, критический трафик попадает в высокоприоритетную, а менее важный в низкоприоритетную очереди.

3. Механизм обработки (Scheduling) извлекает пакеты из очередей согласно их приоритетам. Из высокоприоритетной очереди за единицу времени будет выдано на выходной порт больше пакетов, чем из низкоприоритетной.

3.2.3. Layer 3 Queuing.

Маршрутизирующие устройства оперируют пакетами на третьем уровне OSI (Layer 3). Чаще всего поддержка очередей обеспечивается программно. Это означает в большинстве случаев отсутствие аппаратных ограничений на их число и более гибкое конфигурирование механизмов обработки. Общая парадигма QoS Layer 3 включает маркировку и классификацию пакетов на входе (Marking & Classification), распределение по очередям и их обработку (Scheduling) по определенным алгоритмам.

И еще раз подчеркнем, что приоритезация (очереди) требуется в основном только в узких, загруженных местах, когда пропускной способности канала не хватает для передачи всех поступающих пакетов и нужно каким-то образом дифференцировать их обработку. Кроме того, приоритезация необходима и в случае предотвращения влияния всплесков сетевой активности на чувствительный к задержкам трафик.

Проведем классификацию Layer 3 QoS по методам обработки очередей.

3.2.3.1. FIFO.

Элементарная очередь с последовательным прохождением пакетов, работающая по принципу первый пришел – первый ушел (First In First Out - FIFO), имеющему русский эквивалент кто первый встал того и тапки. По сути, здесь нет никакой приоритезации. Включается по умолчанию на интерфейсах со скоростью больше 2 мбит/с.

3.2.3.2. PQ. Очереди приоритетов.

Priority Queuing (PQ) обеспечивает безусловный приоритет одних пакетов над другими. Всего 4 очереди: high, medium, normal и low. Обработка ведется последовательно (от high до low), начинается с высокоприоритетной очереди и до ее полной очистки не переходит к менее приоритетным очередям. Таким образом, возможна монополизация канала высокоприоритетными очередями. Трафик, приоритет которого явно не указан, попадет в очередь по умолчанию (default).

Параметры команды.
распределение протоколов по очередям:
priority-list LIST_NUMBER protocol PROTOCOL {high|medium|normal|low} list ACCESS_LIST_NUMBER
определение очереди по умолчанию:
priority-list LIST_NUMBER default {high|medium|normal|low}
определение размеров очередей (в пакетах):
priority-list LIST_NUMBER queue-limit HIGH_QUEUE_SIZE MEDIUM_QUEUE_SIZE NORMAL_QUEUE_SIZE LOW_QUEUE_SIZE

обозначения:
LIST_NUMBER – номер обработчика PQ (листа)
PROTOCOL - протокол
ACCESS_LIST_NUMBER – номер аксесс листа
HIGH_QUEUE_SIZE – размер очереди HIGH
MEDIUM_QUEUE_SIZE - размер очереди MEDIUM
NORMAL_QUEUE_SIZE - размер очереди NORMAL
LOW_QUEUE_SIZE - размер очереди LOW

Алгоритм настройки.

1. Определяем 4 очереди
access-list 110 permit ip any any precedence network
access-list 120 permit ip any any precedence critical
access-list 130 permit ip any any precedence internet
access-list 140 permit ip any any precedence routine

priority-list 1 protocol ip high list 110
priority-list 1 protocol ip medium list 120
priority-list 1 protocol ip normal list 130
priority-list 1 protocol ip low list 140
priority-list 1 default low

priority-list 1 queue-limit 30 60 90 120

2. Привязываем к интерфейсу

!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.0.2 255.255.255.0
speed 100
full-duplex
priority-group 1
no cdp enable
!

3. Просмотр результата
# sh queueing priority

Current priority queue configuration:

List

Queue Args

low

default

high

protocol ip

list 110

medium

protocol ip

list 120

normal

protocol ip

list 130

low

protocol ip

list 140

#sh interfaces fastEthernet 0/0
…
Queueing strategy: priority-list 1
…

Interface FastEthernet0/0 queueing strategy: priority

high/19 medium/0 normal/363 low/0

3.2.3.3. CQ. Произвольные очереди.

Custom Queuing (CQ) обеспечивает настраиваемые очереди. Предусматириваетмя управление долей полосы пропускания канала для каждой очереди. Поддерживается 17 очередей. Системная 0 очередь зарезервирована для управляющих высокоприоритетных пакетов (маршрутизация и т.п.) и пользователю недоступна.

Очереди обходятся последовательно, начиная с первой. Каждая очередь содержит счетчик байт, который в начале обхода содержит заданное значение и уменьшается на размер пакета, пропущенного из этой очереди. Если счетчик не ноль, то пропускается следующий пакет целиком, а не его фрагмент, равный остатку счетчика.

Параметры команды.
определение полосы пропускания очередей:
queue-list LIST-NUMBER queue QUEUE_NUMBER byte-count
BYTE_COUT

определение размеров очередей:
queue-list LIST-NUMBER queue QUEUE_NUMBER limit QUEUE_SIZE

обозначения:
LIST-NUMBER – номер обработчика
QUEUE_NUMBER – номер очереди
BYTE_COUT – размер очереди в пакетах

Алгоритм настройки.

1. Определяем очереди
access-list 110 permit ip host 192.168.0.100 any
access-list 120 permit ip host 192.168.0.200 any

queue-list 1 protocol ip 1 list 110
queue-list 1 protocol ip 2 list 120
queue-list 1 default 3

queue-list 1 queue 1 byte-count 3000
queue-list 1 queue 2 byte-count 1500
queue-list 1 queue 3 byte-count 1000

Дополнительно можно установить размеры очередей в пакетах
queue-list 1 queue 1 limit 50
queue-list 1 queue 2 limit 50
queue-list 1 queue 3 limit 50

2. Привязываем к интерфейсу
!
interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.0.2 255.255.255.0
speed 100
full-duplex
custom-queue-list 1
no cdp enable
!

3. Просмотр результата
#sh queueing custom

Current custom queue configuration:

List

Queue

Args

default

protocol ip

list 110

protocol ip

list 120

byte-count 1000

byte-count 2000

#sh interface FastEthernet0/0
…
Queueing strategy: custom-list 1
…

#sh queueing interface fastEthernet 0/0
Interface FastEthernet0/0 queueing strategy: custom

Output queue utilization (queue/count)
0/90 1/0 2/364 3/0 4/0 5/0 6/0 7/0 8/0
9/0 10/0 11/0 12/0 13/0 14/0 15/0 16/0

3.2.3.4. WFQ. Взвешенные справедливые очереди.

Weighted Fair Queuing (WFQ) автоматически разбивает трафик на потоки (flows). По умолчанию их число равно 256, но может быть изменено (параметр dynamic-queues в команде fair-queue). Если потоков больше, чем очередей, то в одну очередь помещается несколько потоков. Принадлежность пакета к потоку (классификация) определяется на основе TOS, протокола, IP адреса источника, IP адреса назначения, порта источника и порта назначения. Каждый поток использует отдельную очередь.

Обработчик WFQ (scheduler) обеспечивает равномерное (fair - честное) разделение полосы между существующими потоками. Для этого доступная полоса делится на число потоков и каждый получает равную часть. Кроме того, каждый поток получает свой вес (weight), с некоторым коэффициентом обратно пропорциональный IP приоритету (TOS). Вес потока также учитывается обработчиком.

В итоге WFQ а втоматически справедливо распределяет доступную пропускную способность, дополнительно учитывая TOS. Потоки с одинаковыми IP приоритетами TOS получат равные доли полосы пропускания; потоки с большим IP приоритетом – большую долю полосы. В случае перегрузок ненагруженные высокоприоритетные потоки функционируют без изменений, а низкоприоритетные высоконагруженные – ограничиваются.

Вместе с WFQ работает RSVP. По умолчанию WFQ включается на низкоскоростных интерфейсах.

Алгоритм настройки.
1. Помечаем трафик каким-либо способом (устанавливаем IP приоритет - TOS) или получаем его помеченным

2. Включаем WFQ на интерфейсе
interface FastEthernet0/0
fair-queue

interface FastEthernet0/0
fair-queue CONGESTIVE_DISCARD_THRESHOLD DYNAMIC_QUEUES

Параметры:
CONGESTIVE_DISCARD_THRESHOLD – число пакетов в каждой очереди, при превышении которого пакеты игнорируются (по умолчанию - 64)
DYNAMIC_QUEUES – число подочередей, по которым классифицируется трафик (по умолчанию - 256)

3. Просмотр результата
# sh queueing fair
# sh queueing interface FastEthernet0/0

3.2.3.5. CBWFQ.

Class Based Weighted Fair Queuing (CBWFQ) соответствует механизму обслуживания очередей на основе классов. Весь трафик разбивается на 64 класса на основании следующих параметров: входной интерфейс, аксесс лист (access list), протокол, значение DSCP, метка MPLS QoS.

Общая пропускная способность выходного интерфейса распределяется по классам. Выделяемую каждому классу полосу пропускания можно определять как в абсолютное значение (bandwidth в kbit/s) или в процентах (bandwidth percent) относительно установленного значения на интерфейсе.

Пакеты, не попадающие в сконфигурированные классы, попадают в класс по умолчанию, который можно дополнительно настроить и который получает оставшуюся свободной полосу пропускания канала. При переполнении очереди любого класса пакеты данного класса игнорируются. Алгоритм отклонения пакетов внутри каждого класса можно выбирать: включенное по умолчанию обычное отбрасывание (tail-drop, параметр queue-limit) или WRED (параметр random-detect). Только для класса по умолчанию можно включить равномерное (честное) деление полосы (параметр fair-queue).

CBWFQ поддерживает взаимодействие с RSVP.

Параметры команды.

критерии отбора пакетов классом:
class-map match-all CLASS
match access-group
match input-interface
match protocol
match ip dscp
match ip rtp
match mpls experimental

определение класса:

class CLASS
bandwidth BANDWIDTH
queue-limit QUEUE-LIMIT
random-detect

определение класса по умолчанию (default):

class class-default
bandwidth BANDWIDTH
bandwidth percent BANDWIDTH_PERCENT
queue-limit QUEUE-LIMIT
random-detect
fair-queue

обозначения:
CLASS – название класса.
BANDWIDTH – минимальная полоса kbit/s, значение независимо от bandwidth на интерфейсе.
BANDWIDTH_PERCENT - процентное соотношение от bandwidth на интерфейсе.
QUEUE-LIMIT – максимальное количество пакетов в очереди.
random-detect – использование WRED.
fair-queue – равномерное деление полосы, только для класса по умолчанию

По умолчанию абсолютное значение Bandwidth в классе CBWFQ не может превышать 75% значение Bandwidth на интерфейсе. Это можно изменить командой max-reserved-bandwidth на интерфейсе.

Алгоритм настройки.

1. Распределение пакетов по классам - class-map

class-map match-all Class1
match access-group 101

2. Описание правил для каждого класса - policy-map
policy-map Policy1
class Class1
bandwidth 100
queue-limit 20
class class-default
bandwidth 50
random-detect

3. Запуск заданной политики на интерфейсе - service-policy
interface FastEthernet0/0
bandwidth 256

4. Просмотр результата
#sh class Class1
#sh policy Policy1
#sh policy interface FastEthernet0/0

Пример 1.

Деление общей полосы по классам в процентном соотношении (40, 30, 20).
access-list 101 permit ip host 192.168.0.10 any
access-list 102 permit ip host 192.168.0.20 any
access-list 103 permit ip host 192.168.0.30 any

class-map match-all Platinum
match access-group 101
class-map match-all Gold
match access-group 102
class-map match-all Silver
match access-group 103

policy-map Isp
class Platinum
bandwidth percent 40
class Gold
bandwidth percent 30
class Silver
bandwidth percent 20

interface FastEthernet0/0
bandwidth 256
service-policy output Isp

3.2.3.6. LLQ.

Low Latency Queuing (LLQ) – очередность с низкой задержкой. LLQ можно рассматривать как механизм CBWFQ с приоритетной очередью PQ (LLQ = PQ + CBWFQ).
PQ в LLQ позволяет обеспечить обслуживание чувствительного к задержке трафика. LLQ рекомендуется в случае наличия голосового (VoIP) трафика. Кроме того, он хорошо работает с видеоконференциями.

Алгоритм настройки.

1. Распределение пакетов по классам - Class-map
access-list 101 permit ip any any precedence critical

class-map match-all Voice
match ip precedence 6
class-map match-all Class1
match access-group 101

2. Описание правил для каждого класса - Policy-map

Аналогично CBWFQ, только для приоритетного класса (он один) указывается параметр priority.
policy-map Policy1
class Voice
priority 1000
class Class1
bandwidth 100
queue-limit 20
class class-default
bandwidth 50
random-detect

3. Запуск заданной политики на интерфейсе - Service-policy
interface FastEthernet0/0
bandwidth 256
service-policy output Policy1

Пример 1.
Относим класс Voice к PQ, а все остальное к CQWFQ.
!
class-map match-any Voice
match ip precedence 5
!
policy-map Voice
class Voice
priority 1000
class VPN
bandwidth percent 50
class class-default
fair-queue 16
!
interface X
Sevice-policy output Voice
!

Пример 2.
Дополнительно ограничиваем общую скорость для PQ в LLQ, чтобы он не монополизировал весь канал в случае неправильной работы.
!
class-map match-any Voice
match ip precedence 5
!
policy-map Voice
class Voice
priority 1000
police 1024000 32000 32000 conform-action transmit exceed-action drop
class Vpn
bandwidth percent 50
class class-default
fair-queue 16
!
interface FastEthernet0/0
service-policy output Voice
!

Про то, какие проблемы могут быть в сети и как на них может повлиять QoS. В этой статье мы поговорим про механизмы работы QoS.

Механизмы QoS

В связи с тем, что приложения могут требовать различные уровни QoS, возникает множество моделей и механизмов, чтобы удовлетворить эти нужды.

Рассмотрим следующие модели:

Best Effort –негарантированная доставка используется во всех сетях по умолчанию. Положительная сторона заключается в том, что эта модель не требует абсолютно никаких усилий для реализации. Не используются никакие механизмы QoS, весь трафик обслуживается по принципу “пришел первым – обслужили первым”. Такая модель не подходит для современных сетевых сред;
Integrated Services (IntServ) – эта модель интегрированного обслуживания использует метод резервирования. Например, если пользователь хотел сделать VoIP вызов 80 Кбит/с по сети передачи данных, то сеть, разработанная исключительно для модели IntServ , зарезервировала бы 80 Кбит/с на каждом сетевом устройстве между двумя конечными точками VoIP, используя протокол резервирования ресурсов RSVP (Resource Reservation Protocol) . На протяжении звонка эти 80 Кбит/с будут недоступны для другого использования, кроме как для VoIP звонка. Хотя модель IntServ является единственной моделью, обеспечивающей гарантированную пропускную способность, она также имеет проблемы с масштабируемостью. Если сделано достаточное количество резервирований, то сеть просто исчерпает полосу пропускания;
Differentiated Services (DiffServ) – модель дифференцированного обслуживания является самой популярной и гибкой моделью для использования QoS. В этой модели можно настроить каждое устройство так, чтобы оно могло использовать различные методы QoS, в зависимости от типа трафика. Можно указать какой трафик входит в определенный класс и как этот класс должен обрабатываться. В отличие от модели IntServ , трафик не является абсолютно гарантированным, поскольку сетевые устройства не полностью резервируют полосу пропускания. Однако DiffServ получает полосу, близкую к гарантированной полосе пропускания, в то же время решая проблемы масштабируемости IntServ . Это позволило этой модели стать стандартной моделью QoS;

Инструменты QoS

Сами механизмы QoS представляют собой ряд инструментов, которые объединяются для обеспечения уровня обслуживания, который необходим трафику. Каждый из этих инструментов вписывается в одну из следующих категорий:

Классификация и разметка (Classification and Marking) - Эти инструменты позволяют идентифицировать и маркировать пакет, чтобы сетевые устройства могли легко идентифицировать его по мере пересечения сети. Обычно первое устройство, которое принимает пакет, идентифицирует его с помощью таких инструментов, как списки доступа (access-list), входящие интерфейсы или deep packet inspection (DPI), который рассматривает сами данные приложения. Эти инструменты могут быть требовательны к ресурсам процессора и добавлять задержку в пакет, поэтому после того как пакет изначально идентифицирован, он сразу помечается. Маркировка может быть в заголовке уровня 2 (data link ), позволяя коммутаторам читать его и/или заголовке уровня 3 (network ), чтобы маршрутизаторы могли его прочитать. Для второго уровня используется протокол 802.1P , а для третьего уровня используется поле Type of Service . Затем, когда пакет пересекает остальную сеть, сетевые устройства просто смотрят на маркировку, чтобы классифицировать ее, а не искать глубоко в пакете;
Управление перегрузками (Congestion Management) – Перегрузки возникают, когда входной буфер устройства переполняется и из-за этого увеличивается время обработки пакета. Стратегии очередей определяют правила, которые маршрутизатор должен применять при возникновении перегрузки. Например, если интерфейс E1 WAN был полностью насыщен трафиком, маршрутизатор начнет удерживать пакеты в памяти (очереди), чтобы отправить их, когда станет доступна полоса пропускания. Все стратегии очередей направлены на то, чтобы ответить на один вопрос: “когда есть доступная пропускная способность, какой пакет идет первым?“;
Избегание заторов (Congestion Avoidance) – Большинство QoS механизмов применяются только тогда, когда в сети происходит перегрузка. Целью инструментов избегания заторов является удаление достаточного количества пакетов несущественного (или не очень важного) трафика, чтобы избежать серьезных перегрузок, возникающих в первую очередь;
Контроль и шейпинг (Policing and Shaping) – Этот механизм ограничивает пропускную способность определенного сетевого трафика. Это полезно для многих типичных «пожирателей полосы» в сети: p2p приложения, веб-серфинг, FTP и прочие. Шейпинг также можно использовать, чтобы ограничить пропускную способность определенного сетевого трафика. Это нужно для сетей, где допустимая фактическая скорость медленнее физической скорости интерфейса. Разница между этими двумя механизмами заключается в том, что shaping формирует очередь из избыточного трафика, чтобы выслать его позже, тогда как policing обычно сбрасывает избыточный трафик;
Эффективность линков (Link Efficiency) – Эта группа инструментов сосредоточена на доставке трафика наиболее эффективным способом. Например, некоторые низкоскоростные линки могут работать лучше, если потратить время на сжатие сетевого трафика до его отправки (сжатие является одним из инструментов Link Efficiency);

Механизмы Link Efficiency

При использовании медленных интерфейсов возникают две основных проблемы:

Недостаток полосы пропускания затрудняет своевременную отправку необходимого объема данных;
Медленные скорости могут существенно повлиять на сквозную задержку из-за процесса сериализации (количество времени, которое маршрутизатору требуется на перенос пакета из буфера памяти в сеть). На этих медленных линках, чем больше пакет, тем дольше задержка сериализации;

Чтобы побороть эти проблемы были разработаны следующие Link Efficiency механизмы:

Сжатие полезной нагрузки (Payload Compression) – сжимает данные приложения, оправляемые по сети, поэтому маршрутизатор отправляет меньше данных, по медленной линии;
Сжатие заголовка (Header Compression) – Некоторый трафик (например, такой как VoIP) может иметь небольшой объем данных приложения (RTP-аудио) в каждом пакете, но в целом отправлять много пакетов. В этом случае количество информации заголовка становится значимым фактором и часто потребляет больше полосы пропускания, чем данные. Сжатие заголовка решает эту проблему напрямую, устраняя многие избыточные поля в заголовке пакета. Удивительно, 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!;
Фрагментация и чередование (Link Fragmentation and Interleaving) - LFI решает проблему задержки сериализации путем измельчения больших пакетов на более мелкие части до их отправки. Это позволяет маршрутизатору перемещать критический VoIP-трафик между фрагментированными частями данных (которые называются «чередованием» голоса);

Алгоритмы очередей

Постановка в очереди (queuing ) определяет правила, которые маршрутизатор должен применять при возникновении перегруженности. Большинство сетевых интерфейсов по умолчанию используют базовую инициализацию First-in, First-out (FIFO) . В этом методе сначала отправляется любой пакет, который приходит первым. Хотя это кажется справедливым, не весь сетевой трафик создается равным. Основная задача очереди - обеспечить, чтобы сетевой трафик, обслуживающий критически важные или зависящие от времени бизнес-приложения, отправлялся перед несущественным сетевым трафиком. Помимо очередности FIFO используются три первичных алгоритма очередности:

Weighted Fair Queuing (WFQ) – WFQ пытается сбалансировать доступную полосу пропускания между всеми отправителями равномерно. Используя этот метод, отправитель с высокой пропускной способностью получает меньше приоритета, чем отправитель с низкой пропускной способностью;
Class-Based Weighted Fair Queuing (CBWFQ) – этот метод массового обслуживания позволяет указать гарантированные уровни пропускной способности для различных классов трафика. Например, вы можете указать, что веб-трафик получает 20 процентов полосы пропускания, тогда как трафик Citrix получает 50 процентов пропускной способности (вы можете указать значения как процент или конкретную величину полосы пропускания). Затем WFQ используется для всего неуказанного трафика (остальные 30 процентов в примере);
Low Latency Queuing (LLQ) - LLQ часто упоминается как PQ-CBWFQ, потому работает точно так же, как CBWFQ, но добавляется компонент приоритета очередей (Priority Queuing - PQ ). Если 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 пропускания. Например, используя чистый CBWFQ, трафику Citrix может быть гарантированно 50% пропускной способности, но он может получить эту полосу пропускания после того, как маршрутизатор обеспечит некоторые другие гарантии трафика. При использовании LLQ приоритетный трафик всегда отправляется перед выполнением любых других гарантий. Это очень хорошо работает для VoIP, делая LLQ предпочтительным алгоритмом очередей для голоса;

Существует много других алгоритмов для очередей, эти три охватывают методы, используемые большинством современных сетей

Полезна ли Вам эта статья?

Пожалуйста, расскажите почему?

Нам жаль, что статья не была полезна для вас:(Пожалуйста, если не затруднит, укажите по какой причине? Мы будем очень благодарны за подробный ответ. Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

Нет ни одного человека, который бы хоть раз не прочитал какой-нибудь FAQ по Windows XP. А раз так, то каждый знает, что есть такая вредная служба Quality of Service - сокращенно QoS. При настройке системы ее настоятельно рекомендуется отключать, потому что она по умолчанию ограничивает сетевую пропускную способность на 20%, и как будто бы эта проблема существует и в Windows 2000.

Вот эти строки:

"Q: Как полностью отключить службу QoS (Quality of Service)? Как ее настроить? Правда ли, что она ограничивает скорость сети?
A: Действительно, по умолчанию Quality of Service резервирует для своих нужд 20% от пропускной способности канала (любого - хоть модем на 14400, хоть гигабитный Ethernet). Причем даже если удалить службу QoS Packet Scheduler из Properties-соединения, этот канал не освобождается. Освободить канал или просто настроить QoS можно здесь. Запускаем апплет Group Policy (gpedit.msc). В Group Policy находим Local computer policy и нажимаем на Administrative templates. Выбираем пункт Network - QoS Packet Sheduler. Включаем Limit reservable bandwidth. Теперь снижаем Bandwidth limit 20% до 0% или просто отключаем его. При желании здесь же можно настроить и другие параметры QoS. Для активации произведенных изменений остается только перезагрузиться".
20% - это, конечно, очень много. Воистину Microsoft - "маздай". Утверждения подобного рода кочуют из FAQ в FAQ, из форума в форум, из СМИ в СМИ, используются во всевозможного рода "твикалках" - программах по "настройке" Windows XP (кстати говоря, откройте "Групповые политики" и "Локальные политики безопасности", и ни одна "твикалка" не сравнится с ними по богатству вариантов настройки). Разоблачать голословные утверждения такого рода нужно осторожно, что мы сейчас и сделаем, применив системный подход. То есть основательно изучим проблемный вопрос, опираясь на официальные первоисточники.

Что такое сеть с качественным сервисом?

Давайте примем следующее упрощенное определение сетевой системы. Приложения запускаются и работают на хостах и обмениваются данными между собой. Приложения отправляют данные операционной системе для передачи по сети. Как только данные переданы операционной системе, они становятся сетевым трафиком.
Сетевая служба QoS опирается на способность сети обработать этот трафик так, чтобы гарантированно выполнить запросы некоторых приложений. Это требует наличия фундаментального механизма по обработке сетевого трафика, способного идентифицировать трафик, имеющий право на особую обработку и право управлять этими механизмами.

Функциональные возможности QoS призваны удовлетворить двух субъектов сети: сетевые приложения и сетевых администраторов. Они часто имеют разногласия. Администратор сети ограничивает ресурсы, используемые специфическим приложением, в то же время приложение пытается захватить как можно больше сетевых ресурсов. Их интересы могут быть согласованы, принимая во внимание тот факт, что сетевой администратор играет главенствующую роль по отношению ко всем приложениям и пользователям.

Основные параметры QoS

Различные приложения имеют различные требования по обработке их сетевого трафика. Приложения в большей или меньшей степени терпимы к задержкам и потерям трафика. Эти требования нашли применение в следующих параметрах, связанных с QoS:

Bandwidth (полоса пропускания) - скорость, с которой трафик, генерируемый приложением, должен быть передан по сети;
Latency (задержка) - задержка, которую приложение может допустить в доставке пакета данных.
Jitter - изменение времени задержки.
Loss (потеря) - процент потерянных данных.

Если бы были доступны бесконечные сетевые ресурсы, то весь трафик приложения можно было бы передать с требуемой скоростью, с нулевым временем задержки, нулевым изменением времени задержки и нулевыми потерями. Однако сетевые ресурсы не безграничны.

Механизм QoS контролирует распределение сетевых ресурсов для трафика приложения, чтобы выполнить требования по его передаче.

Фундаментальные ресурсы QoS и механизмы обработки трафика

Сети, которые связывают хосты, используют разнообразные сетевые устройства включая сетевые адаптеры хостов, маршрутизаторы, свичи и хабы. Каждый из них имеет сетевые интерфейсы. Каждый сетевой интерфейс может принять и передать трафик с конечной скоростью. Если скорость, с которой трафик направлен на интерфейс, выше, чем скорость, с которой интерфейс передает трафик дальше, то возникает перегрузка.

Сетевые устройства могут обработать состояние перегрузки, организуя очередь трафика в памяти устройства (в буфере), пока перегрузка не пройдет. В других случаях сетевое оборудование может отказаться от трафика, чтобы облегчить перегрузку. В результате приложения сталкиваются с изменением времени ожидания (так как трафик сохраняется в очередях на интерфейсах) или с потерей трафика.

Способность сетевых интерфейсов к пересылке трафика и наличие памяти для сохранения трафика в сетевых устройствах (до тех пор, пока трафик не может быть послан дальше) составляют фундаментальные ресурсы, требующиеся для обеспечения QoS для потоков трафика приложений.

Распределение ресурсов QoS по сетевым устройствам

Устройства, поддерживающие QoS, разумно используют ресурсы сети для передачи трафика. То есть трафик приложений, более терпимых к задержкам, становится в очередь (сохраняется в буфере в памяти), а трафик приложений, критичных к задержкам, передается далее.

Для выполнения этой задачи сетевое устройство должно идентифицировать трафик путем классификации пакетов, а также иметь очереди и механизмы их обслуживания.

Механизм обработки трафика

Механизм обработки трафика включает в себя:

802.1p
Дифференцированные услуги per-hop-behaviors (diffserv PHB).
Интегрированные услуги (intserv).
ATM и др.

Большинство локальных сетей основано на технологии IEEE 802 включая Ethernet, token-ring и др. 802.1p - это механизм обработки трафика для поддержки QoS в таких сетях.

802.1p определяет поле (уровень 2 в сетевой модели OSI) в заголовке пакета 802, которое может нести одно из восьми значений приоритета. Как правило, хосты или маршрутизаторы, посылая трафик в локальную сеть, маркируют каждый посланный пакет, присваивая ему определенное значение приоритета. Предполагается, что сетевые устройства, такие, как свичи, мосты и хабы, обработают пакеты соответствующим образом, используя механизмы организации очередей. Область применения 802.1p ограничена локальной сетью (LAN). Как только пакет пересекает локальную сеть (через уровень 3 OSI), приоритет 802.1p удаляется.

Diffserv - это механизм уровня 3. Он определяет поле в уровне 3 заголовка пакетов IP, названных diffserv codepoint (DSCP).

Intserv - это целый комплекс услуг, определяющий гарантированный сервис и сервис, управляющий загрузкой. Гарантированный сервис обещает нести некоторый объем трафика с измеримой и ограниченной задержкой. Сервис, управляющий загрузкой, соглашается нести некоторый объем трафика с "появлением легкой загруженности сети". Это - измеримые услуги в том смысле, что они определены, чтобы обеспечить измеримый QoS к определенному количеству трафика.

Поскольку технология ATM фрагментирует пакеты в относительно маленькие ячейки, то она может предложить очень низкое время задержки. Если необходимо передать пакет срочно, интерфейс ATM может всегда освобождаться для передачи на время, которое требуется, чтобы передать одну ячейку.

QoS имеет еще много разных сложных механизмов, обеспечивающих работу этой технологии. Отметим лишь один важный момент: для того, чтобы QoS заработала, необходима поддержка этой технологии и соответствующая настройка на всем протяжении передачи от начальной точки до конечной.

Для наглядности рассмотрим рис. 1.

Принимаем следующее:

Все маршрутизаторы участвуют в передаче нужных протоколов.
Один QoS-сеанс, требующий 64 Kbps, инициализирован между хостом А и хостом B.
Другой сеанс, требующий 64 Kbps, инициализирован между хостом А и хостом D.
Для упрощения схемы полагаем, что маршрутизаторы сконфигурированы так, что могут резервировать все сетевые ресурсы.

В нашем случае один запрос о резервировании 64 Kbps достиг бы трех маршрутизаторов на пути данных между хостом А и хостом B. Другой запрос о 64 Kbps достиг бы трех маршрутизаторов между хостом А и хостом D. Маршрутизаторы выполнили бы эти запросы на резервирование ресурсов, потому что они не превышают максимума. Если вместо этого каждый из хостов B и C одновременно инициализировал бы 64 Kbps QoS-сеанс с хостом A, то маршрутизатор, обслуживающий эти хосты (B и C), запретил бы одно из соединений.

Теперь предположим, что администратор сети отключает обработку QoS в трех нижних маршрутизаторах, обслуживающих хосты B, C, D, E. В этом случае запросы о ресурсах до 128 Kbps удовлетворялись бы независимо от месторасположения участвующего в соединении хоста. При этом гарантии качества были бы низки, поскольку трафик для одного хоста подвергал бы риску трафик другого. Качество обслуживания могло бы быть сохранено, если бы верхний маршрутизатор ограничивал все запросы до 64 Kbps, однако это привело бы к неэффективному использованию сетевых ресурсов.

С другой стороны, пропускную способность всех сетевых связей можно было бы увеличить до 128 Kbps. Но увеличенная пропускная способность будет использоваться только когда хосты B и C (или D и E) одновременно затребуют ресурсы. Если это не так, то ресурсы сети опять будут использоваться неэффективно.

QoS-компоненты Microsoft

Windows 98 содержит компоненты QoS только пользовательского уровня включая:

Компоненты приложений.
GQoS API (часть Winsock 2).
QoS service provider.

Операционная система Windows 2000/XP/2003 содержит все описанное выше и следующие компоненты:

Resource Reservation Protocol Service Provider (Rsvpsp.dll) и службы RSVP (Rsvp.exe) и QoS ACS. В Windows XP, 2003 не используются.
Управление трафиком (Traffic.dll).
Generic Packet Classifier (Msgpc.sys). Классификатор пакетов определяет класс сервиса, которому принадлежит пакет. При этом пакет будет поставлен в соответствующую очередь. Очереди управляются Планировщиком пакетов QoS.
Планировщик пакетов QoS (Psched.sys). Определяет параметры QoS для специфического потока данных. Трафик помечается определенным значением приоритета. Планировщик пакетов QoS определяет график постановки в очередь каждого пакета и обрабатывает конкурирующие запросы между поставленными в очередь пакетами, которые нуждаются в одновременном доступе к сети.

Диаграмма на рис.2 иллюстрирует стек протоколов, компоненты Windows и их взаимодействие на хосте. Элементы, использовавшиеся в Windows 2000, но не использующиеся в Windows XP/2003, на диаграмме не показаны.

Приложения находятся наверху стека. Они могут знать или не знать о QoS. Чтобы использовать всю мощь QoS, Microsoft рекомендует использовать в приложениях вызовы Generic QoS API. Это особенно важно для приложений, требующих высококачественных гарантий обслуживания. Некоторые утилиты могут использоваться для вызова QoS от имени приложений, которые не знают о QoS. Они работают через API управления трафиком. Например, NetMeeting использует GQoS API. Но для таких приложений качество не гарантируется.

Последний гвоздь

Вышеизложенные теоретические моменты не дают однозначного ответа на вопрос, куда деваются пресловутые 20% (которые, замечу, никто еще точно не измерял). Исходя из вышесказанного, такого быть не должно. Но оппоненты выдвигают новый довод: система QoS хорошая, да реализация кривая. Стало быть, 20% все-таки "отжираются". Видать, проблема допекла и софтверного гиганта, поскольку он уже довольно давно отдельно опроверг подобные измышления.

Впрочем, дадим слово разработчикам и изложим избранные моменты из статьи "316666 - Windows XP Quality of Service (QoS) Enhancements and Behavior" литературным русским языком:

"Сто процентов сетевой полосы пропускания доступны для распределения между всеми программами, если какая-либо программа явно не запрашивает приоритетную полосу пропускания. Эта "зарезервированная" полоса пропускания доступна другим программам, если программа, которая ее затребовала, не отправляет данные.

По умолчанию программы могут резервировать до 20% основной скорости соединения на каждом интерфейсе компьютера. Если программа, которая резервировала полосу пропускания, не посылает достаточно много данных, чтобы использовать ее полностью, неиспользованная часть зарезервированной полосы пропускания доступна для других потоков данных.

Были заявления в различных технических статьях и телеконференциях, что Windows XP всегда резервирует 20% доступной полосы пропускания для QoS. Эти заявления неверны".

Если теперь у кого-то все еще "отжирается" 20% полосы пропускания, что ж, я могу посоветовать и дальше использовать побольше всевозможных "твикалок" и кривых сетевых драйверов. Еще и не столько будет "отжираться".

Все, миф о QoS, умри!

о телефонии мы обсудили общие причины проблем со связью. Но довольно часто они возникают, потому что не хватает пропускной способности роутера. Если один человек звонит, а пять его коллег одновременно слушают музыку, то возможны перебои. В этой статье мы разберем настройки, которые позволят дать “зеленый свет” в первую очередь данным IP-телефонии.

Телефонная связь через интернет возможна благодаря SIP-протоколу, который решает вопросы взаимодействия мультимедийных протоколов (видео/аудио). Более подробно этот процесс описан в статье . Когда один из собеседников говорит, звук его голоса кодируется и разбивается на пакеты, которые в течение разговора передаются другому устройству.

Но никто не использует интернет только ради IP-телефонии, поэтому через один канал передаются различные виды данных. Для роутера все они условно одинаковы, и такое “равноправие” иногда приводит к проблемам со связью.

Приведем упрощенный пример. Отец смотрит онлайн-трансляцию матча, сын слушает музыку в соцсети, а мать в это время хочет позвонить бабушке по скайпу. Но звук начинает прерываться, потому что аудио- и видео-трафик, который потребляют другие домочадцы, почти целиком “забил” канал. И пакеты с аудиоданными ожидают очереди на обработку, что приводит к проблемам со связью.

В большинстве случаев телефонный разговор гораздо важнее развлекательного ролика на Youtube или задержки в отправке письма, которая займет доли секунды. Но такая же задержка в случае со звуком ощутимо отразится на качестве связи. Поэтому желательно настраивать так называемую приоретизацию трафика , которая позволит пропускать данные IP-телефонии в первую очередь.

Quality of Service (QoS) - это технология предоставления различным классам данных различных приоритетов в обслуживании. QoS является встроенной функцией некоторых моделей роутеров.

Если настроить приоретизацию для данных IP-телефонии, то устройство будет определять их среди проходящего трафика и предоставлять им максимальный приоритет, что может значительно повысить качество связи. На картинке ниже наглядно показана разница в работе устройства с QoS и без него.

Источник изображения VAS Experts

Настройка QoS: что нужно учитывать

Перед тем, как настроить QoS, нужно учесть два момента. Во-первых, приоретизация оправдана, только если канал сильно загружен и возникает очередь на обслуживание пакетов. Если вам нужно лишь изредка звонить знакомым, то настройка QoS - лишняя трата времени. Но для компании, которая использует связь от оператора IP-телефонии, без этой технологии не обойтись. Аналогично, если вы используете коллтрекинг от Ringostat , поэтому ниже мы подготовили рекомендации по настройке.

Во-вторых, QoS - это не волшебная пилюля. Если канал слишком узкий, то приоретизация трафика все равно не поможет. Физический буфер устройства, куда помещаются все готовые к выходу пакеты, будет переполняться. И тогда вновь поступающие пакеты будут уничтожаться - даже если они важны для пользователя.

Поэтому обращайте внимание на характеристики роутера и максимальный размер очереди обработки пакетов. Например, на маршрутизаторах Cisco он составляет примерно 128–256 пакетов. Допустимо, если эта очередь превышает до 20% от его пропускной способности. Но если больше - то это повод заняться дизайном сети и прокладкой дополнительных маршрутов.

Настройка QoS

Чтобы избежать заторов в канале, мы должны “пометить” VoIP-данные и дать понять роутеру, что они важны для нас в первую очередь. Существует два варианта приоретизации трафика.

1. Выставление приоритета в веб-интерфейсе роутера

Не существует универсального способа настройки QoS для роутеров. Все зависит от конкретного устройства. Вот, например, как этот процесс описан в инструкции по настройке QoS для роутера TP-Link . В основном, приоритет назначается по протоколу - в случае с телефонией нам в первую очередь важен SIP/ RTP. RTP (Real-time Transport Protocol) - протокол, используемый для передачи звука.

Также приоретизацию можно настраивать по портам. В этом случае устройство будет понимать, что все данные, поступающие с конкретного порта, нужно пропускать в первую очередь. Так, при использовании программы для связи (диалера) VoIP-трафик будет поступать с порта 5060. Также доступна приоретизация по типу трафика. Выбор вида приоретизации зависит от количества трафика, его типа и настроек приложений, которые используются для связи и т. д.

2. Выставление приоритета в приложении для связи

Если говорить обобщенно, то в заголовках различных сетевых протоколов (Ethernet, IP, ATM, MPLS и др.) присутствуют специальные поля, выделенные для маркировки трафика. Вписывая туда нужные значения, вы отмечаете определенные данные как особенно важные. И роутер будет пропускать их в первую очередь.

В этом случае QoS настраивается не в устройстве для интернет-соединения, а в программе, с помощью которой вы звоните. Для этого нужно зайти в ее сетевые настройки и прописать нужные значения для пакетов с аудиоданными. Вот например, как это описано в инструкции для Zoiper .

Остановимся на этом способе подробней, потому что он позволяет быстрее обрабатывать информацию. В этом случае уже по самому IP-заголовку пакета роутер понимает, что это приоритетные данные, и пропускает их быстрее. А в первом случае ему дополнительно приходится “раскрывать” пакет, чтобы распознать, какое содержимое внутри. Кроме того, маркировать данные лучше всего ближе к их источнику. В нашем случае этим источником является программа для связи.

В качестве примера разберем настройку приоритетизации в приложении Zoiper. Для этого нужно найти в папке программы для связи конфигурационный файл. Например, для Zoiper это «Config.xml». С помощью редактора, совместимого с XML, найдите нужные строки и впишите в них значение EF, CS или AF . Выбор нужного значения зависит от возможностей роутера - более подробно свойства значений описаны в статье на Википедии , которая включает в себя список стандартов.

В настройках нужно указать значения для параметров:

EF
EF

Вот как выглядит содержимое пакета после настройки QoS в программе Zoiper. На скриншоте видны: протокол, его заголовок и значение, которое мы ввели. EF означает Expedited forwarding (англ. “ускоренная пересылка”) - т. е. в данном случае наивысший приоритет:

Единственный минус этого способа - хоть большинство роутеров и могут понимать приоритет по заголовку, но не все. Детали настройки зависят от устройства и сервиса, которые вы используете. Но инструкцию несложно найти, достаточно загуглить “как настроить QoS для N”.

Качество связи играет большую роль для бизнеса. У нас есть не один кейс о том, как настройка телефонии принесла увеличение количества заявок. Мы понимаем, что тема это непростая, поэтому не стесняйтесь - задавайте вопросы в комментариях. Если напишете в чат, расположенный справа, служба техподдержки ответит в течение пяти минут.