QoS для Сети.

QoS (Quality of Service) - это механизм, который позволяет сети обрабатывать приоритетный трафик в условиях ограниченной пропускной способности. Этот механизм назначает приоритеты определенным классам данных на маршрутизаторе, чтобы гарантировать их эффективную передачу.

Что такое качество обслуживания?

Под качеством обслуживания при передаче информации по сетям связи понимают следующие параметры:

• Bandwidth – полоса пропускания, описывает номинальную пропускную способность среды передачи информации (определяет ширину канала).
• Delay – задержка при передаче пакета.
• Jitter – колебание задержки при передаче пакетов.
• Packet Loss – потери пакетов, определяет количество пакетов, отбрасываемых сетью во время передачи.

Все эти параметры позволяет контролировать механизм QoS: выделяет определенную полосу пропускания, уменьшает задержку и джиттер при передаче пакетов, предотвращает отбрасывание важных пакетов.

Зачем использовать приоритизацию трафика?

Трафик в сети может быть разных типов: данные от веб-приложений, электронной почты, потоковое видео, голосовые сообщения, мессенджеры, телеметрия и т. д. Голосовой трафик и видео очень чувствительны к задержкам, в то время как телеметрический трафик не так сильно, но ему необходима гарантированная доставка. В зависимости от типа трафика коммутатор определяет приоритет каждого из них, что влияет на порядок их обработки.

В целом можно сказать, что приоритизация дает следующие преимущества:

• Улучшает производительность сети, дает контроль над всем трафиком, позволяет управлять потоком данных в моменты перегрузки.
• Обеспечивает предсказуемую ширину канала для мультимедийных приложений, видеоконференций или IP-телефонии, и минимизирует задержки и джиттер.
• В случае заражения сети червями защищает от атак типа Deny of Service, DoS - “отказ в обслуживании”.

Стоит отметить, что приоритизация 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, приоритизация необходима для предотвращения влияния всплесков сетевой активности на чувствительный к задержкам трафик.

Механизм работы QoS

Для реализации QoS придумали маркировку трафика, и теперь каждый пакет в Ethernet имеет специальное поле с отметкой о приоритете. В коммутаторах MOXA реализованы два стандартных метода маркировки трафика:

• IEEE 802.1p CoS — маркировка на 2 уровне.
• Differentiated Services (DiffServ) или ToS — маркировка на 3 уровне.

Маркировка трафика по стандарту IEEE 802.1p – Class of Service

В стандарте IEEE 802.1Q описана процедура тегирования трафика для передачи информации о принадлежности к VLAN. Для этого в Ethernet-кадр добавляется специальный тег 802.1Q длиной 4 байта. Помимо информации о VLAN, в этом же кадре передается информация о приоритете передаваемого трафика. Это записано в стандарте IEEE 802.1p - CoS.

Можно сказать, что IEEE 802.1p как бы является частью IEEE 802.1Q.

Очереди трафика

Аппаратное обеспечение коммутаторов имеет несколько очередей трафика, в которые помещаются приходящие на порт коммутатора пакеты и ожидают, когда коммутатор их обработает. В коммутаторах MOXA таких очередей четыре. Вы можете увидеть этот параметр в спецификации устройства: Priority queues или Кол-во очередей приоритетов на порт. Чем больше очередей, тем более точно коммутатор может балансировать передачу трафика. Соответственно более важный трафик помещается в первую очередь, и так далее.

Коммутатор работает 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 (Trunk по 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 своим настроенным правилам и приоритетам пакетов.

Таким образом, QoS улучшает качество обслуживания для приложений и
сервисов, чувствительных к задержкам, что улучшает пользовательский опыт
и производительность всей сети в целом.

- До скорого!