(T) Wprowadzenie do protokołu QoS*

Wprowadzenie do protokołu QoS

Wprowadzenie do protokołu QoS

Podstawowe pojęcia dotyczące protokołu QoS

  • Bandwidth (Pasmo) – Pojemność łącza mierzona bitach na sekundę (bps/s).
  • Delay (Opóźnienie) – Opóźnienie powstałe w wyniku przesyłu danych, od nadawcy do odbiorcy.
  • Round-trip Delay (Opóźnienie w podróży w obie strony) – Opóźnienie powstałe w wyniku przesyłu danych, od nadawcy do odbiorcy, a następnie drogi powrotnej od odbiorcy do nadawcy.
  • Jitter (Rozstrojenie) – Rosnąca wartość opóźnienia, pomiędzy kolejno wysyłanymi pakietami.
  • Loss (Straty) – Procentowa wartość ilości danych, straconych podczas transmisji.
  • QoS (Quality of Service) – Funkcja sieciowa umożliwiająca zmniejszenie opóźnienia, rozstrojenia czy utraty pakietów.
  • QoE (Quality of Experience) – Subiektywne odczucie użytkowników końcowych, względem działania sieci.
  • Flow – Ruch sieciowy wygenerowany przez aplikację np. przeglądarkę bądź transfer plików z serwera FTP. Pojedyncze połączenie sieciowe, tworzy dwa pływy (Flow) po jednym w każdym z kierunków (PC –> server oraz Server –> PC).

Rodzaje ruchu sieciowego

  • Data Applications – Ruch sieciowy związany z przesyłem danych (Np. ruch http, ftp, backup itd…).
  • Voice and Video Applications – Ruch sieciowy związany z przesyłem połączeń głosowych oraz wideo.
    • Przykładowa rozmowa głosowa wykorzystująca kodowanie G.711 wymaga pasma 80 Kbps, natomiast przy zastosowaniu kodowania G.729 wymagane pasmo wynosi jedynie 24 Kbps. Oznacza to, że ruch Voice nie wymaga dużej przepustowości, jest jednak wrażliwy na opóźnienia (Dely), Roztroje (Jitter) oraz straty (Loss). Poniższe wartości opisują zalecane właściwości sieci spełniającej kryteria obsługi Voice zgodnie z Cisco Enterprise QoS Solution Reference Network Design Guide:
      • Delay (On-way): 150 ms or less.
      • Jitter: 30 ms or less.
      • Loss: 1% or less.
    • Poniższe wartości opisują zalecane właściwości sieci spełniającej kryteria obsługi Video zgodnie z End-to-End QoS:
      • Bandwidth: 384 Kbps to 20 Mbps.
      • Delay (On-way): 200-400 ms.
      • Jitter: 30-50 ms.
      • Loss: 0.1-1%.

Etapy funkcjonowania polityk QoS

  • Classification and Marking (Klasyfikacja i oznaczanie).
  • Congestion Management, Queuing (Zarządzanie ograniczeniami przesyłowymi, kolejkowanie).
  • Shaping and Policing (Kształtowanie oraz polityki).
  • Congestion Avoidance (Unikanie zatorów).

Problemy sieciowe wymagające zastosowania polityk QoS

Lack of Bandwidth

  • Połączenia w których nadchodzący ruch sieciowy przekracza możliwości przesyłowe najmniej wydajnego interfejsu sieciowego, powodują porzucanie części pakietów. Aby zapobiec takiemu zjawisku, administratorzy implementują rozwiązania QoS takie jak Policing czy Queueing.

Latency & Jitter

  • Propagation Delay (Wartość stała):
    • Opóźnienie propagacji (Propagation Delay) określa czas podróży pakietu przez medium transmisyjne (kabel światłowodowy czy drut miedziany) z prędkością światła (299 792 458 metrów na sekundę). Brak warunków próżni w światłowodzie bądź drucie miedzianym, spowalnia prędkość światła o współczynnik zwany współczynnikiem załamania. W przypadku medium światłowodowego, średnia współczynnika załamania wynosi on 1,5 (Około 200 000 000 metrów na sekundę).
      • Przykładowe połączenie światłowodowe obiegające kule ziemską, generuje opóźnienie 200 ms.
  • Serialization Delay (Wartość stała):
    • Opóźnienie serializacji (Serialization Delay), stanowi czas potrzebny na umieszczenie wszystkich bitów pakietu, w linku łączącym komunikujące się urządzenia sieciowe.
    • Wartość Serialization Delay jest zależna od pasma jakie oferuje link. Jest wyliczana na podstawie następującego wzoru: wielkość pakietu w bitach / pasmo linku w bitach na sekundę.
      • Przykładowy 1500 bajtowy pakiet na linku 1 Gbps, generuje opóźnienie 12 μs.
  • Processing Delay (Wartość stała):
    • Opóźnienie przetwarzania (Processing Delay), stanowi czas potrzeby urządzeniu sieciowemu, na pobranie pakietu z interfejsu wejściowego a następnie umieszczeniu go w kolejce interfejsu wyjściowego. Na czas opóźnień w przetwarzaniu, wpływ mają następujące czynniki:
      • Szybkość procesora CPU (Software-based platforms).
      • Wykorzystanie procesora CPU (Load).
      • Tryb przełączania pakietów IP (Process switching, software CEF, or hardware CEF).
      • Architektura routera (Centralized or distributed).
      • Funkcje skonfigurowane na interfejsach wejściowych oraz wyjściowych.
  • Delay Variation (Wartość zmienna):
    • Odchylenie opóźnienia (Delay Variation) zwane inaczej Jitter, to różnica w opóźnieniu (Latency) pomiędzy poszczególnymi pakietami tego samego pływy (Flow). Przykładowo jeżeli pierwszy pakiet miał opóźnienie 50 ms a drugi 70 ms, to opóźnienie Jitter wyniesie 20 ms.
    • Jitter występuje z powodu opóźnień powstałych przy kolejkowaniu (Queuing Delay), aby zapobiec powstawaniu tego zjawiska, należy zastosować mechanizm LLQ (Low Latency Queueing).

Packet Loss

  • Utrata pakietów (Packet Loss), jest zwykle wynikiem przeciążenia interfejsu sieciowego. Aby ją zniwelować należy:
    • Zwiększyć prędkość łącza.
    • Wdrożyć mechanizm unikania przeciążeń oraz zarządzania przeciążeniami QoS.
    • Zaimplementować zasady ruchu QoS, porzucające pakiety o niskim priorytecie a przepuszczające ruch o wysokim priorytecie.
    • Zaimplementować kształtowanie ruchu QoS, opóźniające napływ pakietów zamiast je odrzucać.

Model QoS

  • Istnieją trzy modele implementacji funkcji QoS:
    • Best effort – Funkcja QoS nie jest aktywowana.
    • Integrated Services (IntServ) – Aplikacja wysyła zapytanie, z prośbom o lepsze (Priorytetowe) traktowanie.
    • Differentiated Services (DiffServ) – Urządzenia sieciowe oznaczają nadchodzący ruch sieciowy, stosują wobec niego różne priorytety.
Model IntServ wspiera protokół RSVP (Resource Reservation Protocol).

Pozostałe artykuły związane z protokołem QoS

PDFPRINT

Robert T Kucharski

Cisco Network Engineer in GPW.

Dodaj komentarz