Защищаемся маршрутизатором: QoS. Настройка QoS для повышения качества IP-телефонии

Существует такая служба как QoS . Расшифровывается сия аббревиатура, как Quality of Service . В случае настройки системы ее крайне нежелательно активировать, так как она имеет свойство существенно уменьшать пропускную способность сети (приблизительно на 20 процентов)

Сейчас, пожалуй, невозможно найти такого человека, который бы ни разу не читал ни одно из FAQ , касающихся работы Windows .

20% — это, разумеется, просто безумно много. И конечно же Майкрософт – должен погибнуть. Утверждения такого плана переходят из одного ФАКа в другой, бродят по форумам, средствам массовой информации, пользуются огромным успехом во всяких «твикалках» — программному обеспечению по «обучению» Windows . Раз облачать подобного рода утверждения необходимо крайне осторожно, этим-то мы сейчас и займемся, качественно применяя системный подход. То бишь крайне детально рассмотрим проблемный вопрос, будем опираться на авторитетные первоисточники.

Что есть сеть с качественным сервисом?

Предлагаем вам принять такое определение сетевой системы, которое максимально упрощено. Приложения начинают свою работу, делают ее на хостах и в результате своей деятельности меняются информацией друг с другом. Приложения шлют информацию ОС для передачи по сети. Как только нужная информация передается ОС, она автоматически становится сетевым трафиком.

QoS в свою очередь опирается на возможности сети обрабатывать такой трафик таким образом, чтобы точно выполнить запросы не одного, а сразу нескольких приложений. Это требует наличия базового механизма по переработке трафика из сети, который способен различать и классифицировать этот трафик, который имеет право на особенную обработку и право на управление самими механизмами.

Функциональные возможности этой службы созданы для того чтобы удовлетворять нескольких сетевых субъектов: во-первых, сетевых администраторов, а во-вторых, сами сетевые приложения. Зачастую, они имеют некоторые разногласия. Сетевой администратор стремится ограничить ресурсы, которые используются специфическим приложением, в то время как это же приложение стремится захватить как можно большее количество свободных ресурсов из сети. Интересы их могут согласовываться, если учитывать тот факто, что администратор сети будет играть самую главную роль, по отношению ко всем пользователям и приложениям.

Основные параметры службы QoS

Разные приложения имеют совершенно разные требования к переработке их трафика. Приложения в некоторой степени более или менее терпимы к потере и несущественным задержкам сетевого трафика.

Эти требования находят своё применение в таких параметрах, которые связанны с QoS :

Полоса пропускания (англ. Bandwidth) – та скорость с которой трафик, который генерируется приложением, может быть и должен быть передан по сети

Задержка (Latency) – время задержки, которое может допустить само приложение при доставке пакета информации

Изменение задержки (Jitter )

Потеря (Loss ) – коэффициент потери информации.

Если бы мы имели доступ к вечным ресурсам сети, то абсолютно весь трафик приложения мы могли бы распределять с нужной скоростью, с временем задержки, равным нулю, изменениями времени тоже равным нулю и с отсутствием каких-либо потерь. Но сетевые ресурсы далеко не вечны.

Механизм рассматриваемой службы держит под контролем распределение ресурсов сети длятрафика приложения, для того чтобы выполнить необходимые условия для его передачи.

Базовые ресурсы службы QoS и способы обработки трафика

Сети, которые занимаются поддержанием связи между хостами, пользуются самыми разными сетевыми устройствами, в число которых также входят хабы, маршрутизаторы, свичи, а также сетевые адаптеры хостов. Любой из перечисленных имеет сетевые интерфейсы. Любой сетевой интерфейс способен передавать и принимать трафик с завершенной скоростью. Когда скорость, с которой трафик направлялся на интерфейс, превышает ту скорость, с которой интерфейс осуществляет передачу дальше трафика, то зачастую получается перегрузка.

Сетевые устройства способны обрабатывать состояние перегрузки, организовывая целую цепь трафика в памяти устройства (в его буфере), пока она (перегрузка) не пройдет. В иных же случаях оборудование может не принимать трафик, для того чтобы сделать перегрузку менее тяжелой. Как результат, приложения встречаются со значительным изменением времени ожидания (потому что трафик остается в очередях на интерфейсах) или даже с полной потерей трафика.

Возможности интерфейсов, касающиеся пересылки сетевого трафика и наличие памяти, предназначенной для хранения трафика в сетевых устройствах будут составлять фундаментальные ресурсы, которые в свою очередь требуются для обеспечения службы QoS для продолжения потоков трафика в приложениях.

Распределение ресурсов службы QoS по сетевым устройствам

Устройства, которые поддерживают рассматриваемую службу, относительно рационально пользуются ресурсами сети для передачи сетевого трафика. То бишь трафик приложений, которые соответственно более терпимы к задержкам, хранится в буфере, а трафик приложений, который в определенной степени более критичен к задержкам, отсылается дальше.

Для того, чтобы решить эту проблему сетевое устройство должно прежде всего осуществлять идентификацию трафика путем распределения пакетов, а также составлять очереди и осуществлять посредством собственных механизмов, их обслуживание

Механизмы и способы обработки трафика

Подавляющее большинство локальных сетей основывается на технологии iEEE 802 и включает token —ring , Ethernet и так далее. 802.1p является механизмом обработки трафика для поддержки службы QoS в подобного рода сетях.

802.1p способно определить поле (второй уровень в сетевой модели OSI ) в заглавии пакета 802, которое несет какое-то значение приоритета. Обычно, маршрутизаторы или же хосты, отсылая свой трафик в локальную сеть, маркируют все посланные ими пакеты, присваивая им какое-то значение приоритета. Подразумевается, что свичи, хабы, мосты и иные сетевые устройства будут обрабатывать пакеты путем организации очередей. Область применения указанного механизма обработки трафика ограничивается LAN . В тот же момент, когда пакет пересекает LAN (через третий уровень OSI ), приоритет 802.1p сразу же удаляется

Механизм третьего уровня – Diffserv , который определяет в поле в третьем уровне загаловка IP -пакетов, которые называются DSCP (расш. Diffserv codepoint )

Itserv представляет из себя законченный пакет услуг, который определяет гарантированных сервис и сервис, который управляет перегрузками. Гарантированный сервис способен нести какой-то объем трафика с ограниченной задержкой. Сервис, который управляет загрузкой,вызывается нести какой-то объем трафика когда «появляется легкая загруженность сетей». Они являются в какой-то степени измеримыми услугами, так как они определяются, для того чтобы обеспечить соотношение QoS к какому-то количеству трафика.

Так как технология ATM может фрагментировать пакеты в сравнительно небольшие ячейки, то оно способно предложить весьма заниженное время задержки. Если нужно передать пакет срочно, то интерфейс ATM может всегда освободиться для передачи на время, которое нужно, чтобы передать лишь одну ячейку.

Также служба QoS имеет в своём распоряжении довольно много непростых механизмов, которые обеспечивают работу такой технологии. Хотим отметить только лишь один, но очень существенный момент: для того, чтобы служба начала функционировать, нужна поддержка такой технологии и наличие необходимой настройки на всех передачах от первоначального пункта и до конечного

Нужно принять:

Абсолютно все маршрутизаторы принимают участиев передаче необходимых протоколов;

Первый QoS —сеанс, котор ый требует 64 кбпс, инициализируется между хостами A и B

Второй сеанс, который требует 64 кбпс, инициализируется между хостами A и D

Для того, чтобы значительно упростить схему предпологаем, что конфигурация маршрутизаторов конструируется таким образом, чтоони имеют возможность резервировать абсолютно все сетевые ресурсы.

Для нас важно, что один вопрос о резервировании 64 кбпс должен был достигнуть трех маршрутизаторов по пути потока информации между хостами A и B . Следующий запрос о 64 кбпс смог бы д остигнуть трех маршуртизаторов между хостами A и D . Маршрутизаторы бы смогли исполнить запросы на резервировании ресурсов, так как они не больше максимально указанной точки. Если же вместо этого любой из хостов B и C смог бы инициализировать 64 кбпс QoS -сеанс с А-хостом, то в таком случае маршрутизатор, который обслуживает указанные хосты, скорее всего запретил бы какое-то одно соединение.

А сейчас попробуем представить, что сетевой администратор выключает обработку службы в трех маршрутизаторах, которые обслуживают хост E ,D ,C ,B . В таком случае запросы о ресурсах больших 64 кбпс будут удовлетворяться вне зависимости от расположения хоста, который принимает участие в создании. В этом случае гарантии качества были бы крайне низки, так как трафик для единого хоста наносил бы ущерб трафику другого. Качество обслуживания, скорее всего, могло бы остаться прежним, если бы верхний маршрутизатор смог ограничить запросы до 64кбпс, но это бы привело к крайне неэффективному использованию ресурсов сети.

С другой же стороны, пропускную способность всех связей в сети мы могли бы увеличить до 128 кбпс. Однако увеличенная пропускная способность будет использоваться только лишь если два хоста будут одновременно требовать ресурсы. Если это не будет так, то сетевые ресурсы вновь станут использоваться крайне неэффективно

Майкрософтовские QoS -компонент ы

98 версия Windows располагает лишь компонентами QoS только для уровня пользователей:

QoS сервис провайдер

Winsock 2 (GQoS API )

Некоторые компоненты приложений

Более поздние операционные системы компании Майкрософт содержат все, что указано выше, а также такие компоненты, как:

Traffic .dll – возможность управления трафиком

Rsvpsp .dll и служб ы rsvp .exe ,а также QoS ACS . В XP и 2003 не используются

Mspgps .sys – классификатор пакетов, способен определить класс сервиса, принадлежащий пакету.

Psched .sys является планировщиком пакетов службы QoS . Его функция заключается в определении параметров службы для специфического потока информации. Весь трафик будет отмечаться каким-то значением приоритета. Планировщик пакетов будет определять трафик, путем постановки в очередь всех покетов и обрабатывать конкурирующие запросы через поставленные в очередь пакеты данных, которые нуждаются в своевременном доступе к сети.

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.

Финальный аккорд

Все вышеизложенные моменты не могут дать одного ответа на вопрос, куда же все-таки уходят те самые 20 процентов (которые, к слову сказать, никто еще точно не измерил). Исходя из всей информации, которая указана выше, этого быть ни в коем случае не должно. Однако оппоненты выдвигают свой довод: система QoS отличная, да вот реализована неважно. И, как следствие, 20% все же уходят. Скорее всего, проблема допекла и самого гиганта софта, так как он уже очень давно в свою очередь стал опровергать подобного плата мысли.

Пропускная способность локальной сети — тема, которая становится с распространением скоростного интернета все более актуальной. С каждым разом мы пытаемся подключить к роутеру все больше устройств, а программное обеспечение по умолчанию не всегда может с ними со всеми справиться. В этом случае на помощь приходит настройка приоритетов QoS пакетов пропускной способности локальной сети на маршрутизаторе. Она назначает приоритет на выполнение тех или иных самых важных на данный момент задач и доступна не только на топовых маршрутизаторах Mikrotik или Cisco, но и на любой недорогой модели TP-Link, Asus, Zyxel Keenetic, D-Link.

Большинство современных роутеров имеет встроенную возможность управлять потоками интернет-трафика внутри локальной сети , назначая приоритет при работе того или иного приложения. Ну например, вы играете в онлайн игру или просматриваете страницы любимых сайтов. И параллельно качаете интересный фильм по торренту. При этом игра начинает тормозить и файл качается еле-еле. Что делать?

Нужно выбрать, какое действие для вас в данный момент является более важным. Наверное, это все-таки онлайн игра. Поэтому с помощью настройки планировщика пакетов QoS мы можем установить приоритет на выполнение игровых задач перед загрузкой файлов.

Но пропускная способность локальной сети и канала интернет ограничена. Первая — возможностями роутера. Ппомните, мы говорили про ?.

Вторая — вашим тарифным планом от провайдера. Так как при этом разделяется приоритет на выполнение этих одновременных задач?

Как правило, по умолчанию наивысший приоритет отдается веб-серфингу, то есть работе вашего браузера. Но если в данный момент вы открыли и читаете статью и при этом вам хочется поскорее закачать фильм, то логичнее было бы отдать приоритет именно программе-файлозагрузчику, а не браузеру.

Именно поэтому в роутерах предусмотрена возможность настроить пропускную способность сети вручную. А именно распределить приоритет так, как вам это необходимо. Называется эта функция — QoS (Quality of Service). То есть технология предоставления различным классам трафика приоритетов в обслуживании.

Диспетчер трафика на роутере Asus

В разных моделях эта настройка может скрываться под различными названиями в пункте меню. У меня сейчас работает роутер Asus в новой прошивке — показываю на RT-N10U версии B1. И здесь настройка планировщика QoS осуществляется в разделе «Диспетчер трафика».

Для начала надо сменить активированный по умолчанию автоматический режим на один из двух. «Определяемые пользователем правила QoS» или «Определяемый пользователем приоритет»

Определяемые пользователем правила планировщика пакетов QoS

Данная настройка позволяет задать приоритет для уже предустановленных вшитых в программное обеспечение маршрутизатора программ из разных «весовых категорий». При этом заморачиваться с различными формулами и производить расчет пропускной способности сети не понадобится. Все уже придумано до нас. Без скриншота немного не понятно, поэтому привожу его:

Итак, сейчас на «Web Serf», то есть на подключения через браузер через используемый для этого 80 порт, стоит «Наивысший» приоритет. Кликнув по выпадающему списку, мы можем выбрать другой из предложенного списка. В то же время на «File Transfer», то есть для программ-загрузчиков файлов — наименьший. Поменяв эти параметры местами мы получим эффект, что при одновременной загрузке файла с какого-либо сайта и просмотре html-страницы, бОльшая скорость будет отдаваться первому процессу.

Но это еще не все. Для программ для передачи файлов посредством P2P (например, BitTorrent), или он-лайн игр, а также множества других приложений можно задать свои значения приоритета. Это делается добавлением нового правила к уже существующим.

Для его создания кликаем по пункту «Выберите» и из выпадающего списка выбираем интересующий нас тип передачи данных или предустановленные настройки для конкретного приложения. Например, можно задать в пропускной способности сети приоритет для почтовых приложений типа Outlook или TheBat (пункт SMTP, POP3…) или для ftp-клиентов (FTP, SFTP, WLM…). Также есть большой список популярных игр, например Counter Strike, и программ для обмена файлами — BitTorrent, eDonkey и т.д.

Выберем качалку торрентов. Автоматически проставятся используемые данной программой по умолчанию порты.
Но лучше на слово роутеру не верить и перепроверить их самостоятельно. Откроем программу (у меня uTorrent) и зайдем в «Настройки > Настройки программы > Соединения». Посмотрим, какой порт задан для работы этой проги.

Если он отличается от тех, которые были по дефолту прописаны в настройках роутера, то поменяйте. Либо там, либо тут, главное, чтобы они были одинаковыми. Сохраняем настройки в программе и, вернувшись в админку роутера, применяем параметры. Они активируются после перезагрузки аппарата.

Определяемый пользователем приоритет пакетов QoS

Это вторая настройка ручного управления пропускной способностью сети, которая позволяет настроить задаваемые в предыдущем разделе параметры. А именно определить, какая именно скорость в процентном соотношении будет назначены для каждого из параметров приоритета.

Например, для исходящего трафика на «Наивысший» в данный момент по умолчанию у меня задано 80% — минимальное значение и 100% — максимальное. Это означает, что те, у которых наивысший приоритет, будут получать не менее 80% ширины пропускаемости канала. Независимо от того, сколько бы одновременных процессов не производили исходящие соединения с интернетом. Те же, у кого приоритет «Высокий» — не менее 10%. И так далее — думаю, суть вы поняли. Отредактировав эти значения, можно детально управлять скоростью загрузки и выгрузки для разных категорий работающих программ.

Теперь предлагаю посмотреть развернутый видеоурок о настройке QoS на роутерах фирмы Cisco

Настройка планировщика пакетов QoS на роутере TP-Link

Ниже для вашего удобства приведу несколько скриншотов администраторских разделов для управления пропускной способностью с моделей других фирм. На роутерах TP-Link планировщик пакетов QoS находится в разделе меню «Контроль пропускной способности». Для его активации ставим галочку на «Включить контроль полосы пропускания» и задаем максимальную скорость для входящего и исходящего трафика.

По клику на кнопку «Добавить» можно добавить новое правило на приоритет для одного или нескольких компьютеров. Для этого необходимо вписать их IP адрес или диапазон адресов. А также указать порты и тип обмена пакетами, на которые данное правило будет распространяться.

Недавно у TP-Link появилась новая визуализация панели администратора, которая устанавливается на все новые модели. В ней планировщик QoS находится в «Дополнительных настройках» в разделе «Приоретизация данных». Включаем ее галочкой и регулируем ползунками три вида приоритетов:

• Высокий
• Средний
• Низкий

Для добавления фильтра нажимаем на кнопку «Добавить» в одной из трех окон предустановленных настроек

Откроется список подключенных к роутеру клиентов — выбираем нужный и жмем на ссылку «Выбрать» и далее «ОК»

Пропускная способность сети IntelliQoS на Zyxel Keenetic

На маршрутизаторах Keenetic функция управления пропускной способностью сети называется IntelliQoS. Изначально данный модуль не присутствует в прошивке. Необходимо дополнительно >>установить компонент IntelliQoS из соответствующего раздела панели администратора. После чего в меню «Мои сети и WiFi» появится отдельный одноименный пункт.

Для активации режима контроля трафика включаем данную службу и указываем максимальную скорость интернета, предусмотренную тарифным планом провайдера. Для более точного ее определения можно запустить онлайн тест скорости и исходит уже из этого реального значения.

Настройка пропускной способности сети на роутере D-Link

Для роутера D-Link в модель DIR-620 разработчики почему-то реализовали возможность установить QOS ограничения по скорости только на компьютеры, подключенные по кабелю к одному из LAN портов. Находится эта настройка в разделе «Дополнительно — Управление полосой пропускания»

Выбрав один из них, включаем ограничение и устанавливаем скорость

На этом пока все — пробуйте и экспериментируйте с пропускной способностью локальной сети для того, чтобы роутер не притормаживал работу тех программ, от которых вы ждете максимальной отдачи в данный момент.

Видео по настройке QoS на роутере

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.

Рубрика «Консультация» cоздана на портале «Цифровая подстанция» для того, чтобы каждый читатель мог получить ответ на интересующий его вопрос. Свои вопросы участники могут направлять на адрес [email protected] . Сегодня мы рассматриваем следующий вопрос:

Когда речь идет о коммутаторах и о передаче данных по информационной сети Ethernet часто возникает такое понятие как QoS (Quality of Service). Что это такое?

Отвечает начальник отдела инжиниринга компании «ТЕКВЕЛ» Дмитрий Стешенко:

Под качеством обслуживания (QoS) понимается способность сетевой инфраструктуры предоставлять улучшенное обслуживание определенному виду передаваемого трафика при помощи различных технологий.

Качество обслуживания на втором уровне модели OSI (канальном) в пределах одного сетевого элемента обеспечивается за счет использования модели дифференцированного обслуживания (Differentiated Service – DiffServ) и обеспечивается:

• Классификацией и разметкой трафика.
• Управлением перегрузками (механизмы очередей).

Следует отметить, что данная модель начинает работать лишь в случае появления очередей и перегрузок.

Согласно стандарту МЭК 61850 все коммуникационные процессы передачи данных осуществляются посредством технологии Ethernet. Данная технология определяет формат Ethernet кадров (фреймов), линии соединения (среду передачи), электрические и световые сигналы на физическом уровне, протоколы управления доступом к среде - на втором уровне модели OSI (канальном). Основные методы и технологии Ethernet описываются семейством протоколов IEEE 802.3.

Протокол Ethernet в чистом виде не поддерживает функцию приоритезации трафика, поэтому наряду со стандартным протоколом Ethernet IEEE 802.3, организация IEEE разработала стандарт создания виртуальных локальных сетей VLAN IEEE 802.1q. В стандарте IEEE 802.1q предусматривается вставка дополнительного четырехбайтового тега VLAN в заголовок Ethernet исходного фрейма, содержащий метку приоритета (Priority) класса обслуживания (Class of Service – CoS) IEEE 802.1p (см. рис. 1).

Рис. 1. Структура кадра Ethernet согласно стандарту IEEE 802.1q

КЛАССИФИКАЦИЯ И РАЗМЕТКА ТРАФИКА

К примеру, коммутаторы 2–го уровня PULLNET семейства AGENT-2 позволяют различать кадры Ethernet (классифицировать трафик) по параметрам метки приоритета (Priority) IEEE 802.1p. Значения приоритета в зависимости от типа трафика приведены в таблице ниже. Стандарт МЭК 61850 по умолчанию предусматривает для GOOSE сообщений и выборок мгновенных значений SV приоритет равный 4.

Таблица 1. Классы трафика согласно стандарту IEEE 802.1p.

Биты приоритета	Обозначение	Класс приоритета трафика
	NC (Network Controlled)	Критически важный для сети. Трафик управления сетью
		Интерактивный мультимедийный (видео)
	CL (Controlled Effort)	Контролируемый. Потоковый мультимедийный
	EE (Excellent Effort)	Приоритетный
		Стандартный (Экономный)
	BE (Best Effort)	Низший. Трафик передаваемый с максимальными усилиями («по возможности»). Вариант по умолчанию

Таким образом, классификация и разметка трафика решает две задачи:

• Отнесение передаваемых данных к определенному классу трафика.
• Назначение передаваемому фрейму соответствующего приоритета.

УПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕГРУЗКАМИ (МЕХАНИЗМЫ ОЧЕРЕДЕЙ)

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. Кадры Ethernet помещаются в очереди, которые упорядоченно обрабатываются по определенному алгоритму. Фактически, управление перегрузками – это определение порядка, в котором фреймы выходят из интерфейса (очередей) на основе приоритетов. Если перегрузок нет – очереди не работают.

Так как очереди не бесконечны, они могут заполняться и переполняться. Если очередь уже заполнена, то новые пакеты в нее не попадают и отбрасываются. Это явление называется концевыми потерями. Проблема концевых потерь заключается в том, что в этой ситуации коммутатор не может не отбрасывать данный фрейм, даже если он имеет высокий приоритет. Таким образом, необходим механизм, выполняющий следующие две операции:

• Выяснить, действительно ли очередь переполнена и нет ли в ней места для фреймов с высоким приоритетом.
• Сформировать политику, согласно которой в первую очередь будут отбрасываться фреймы с более низким приоритетом, и только потом – с более высоким.

Приоритезация используется для классификации фреймов путем их привязки к одной из очередей выхода. Метка приоритета IEEE 802.1p для назначений очереди определяется пользователем. Коммутаторы 2–го уровня PULLNET семейства AGENT-2 поддерживают 4 очереди приоритетов. В таблице ниже представлена подробная информация по меткам приоритета для параметров очереди, установленных на коммутаторе PULLNET по умолчанию.

Таблица 2. Привязка Class of Service (CoS) к очереди пересылки данных по умолчанию.

Значение приоритета CoS IEEE 802.1p	IEEE 802.1p	Номер очереди по умолчанию в PULLNET AGENT-2
	q0 (низший приоритет)
	q3 (максимальный приоритет)

После процесса классификации фреймы можно привязать к определенной очереди (очередям) в зависимости от метки приоритета CoS.

Настройка очередей выхода осуществляется с помощью схемы планирования одного из следующих способов:

• Строгий приоритет (Strict Priority – SP).
• Взвешенный циклический алгоритм (Weighted Round Robin –WRR).

Строгий приоритет (Strict Priority) – гарантирует, что чувствительные ко времени приложения передаются всегда. Строгий приоритет (Strict Priority) позволяет присвоить трафику, зависящему от целевого назначения и чувствительности ко времени, наивысший приоритет перед менее чувствительными ко времени данными. Т.е. фреймы, находящиеся в очереди с высоким приоритетом, обрабатываются первыми. Кадры Ethernet из следующей по приоритету обслуживания очереди начнут передаваться только после того, как опустеет высокоприоритетная очередь. Например, передача голоса по IP осуществляется до пересылки трафика FTP или электронной почты (SMTP). Недостатком данного метода является то, что данные с низким приоритетом могут длительное время не обрабатываться.

Рис. 2. Механизм обработки очередей “Строгий приоритет” (Strict Priority) при постановке фреймов в очередь в соответствии с настройками по умолчанию в коммутаторах PULLNET.

Взвешенный циклический алгоритм (WRR) − гарантирует, что отдельное приложение не будет использовать все ресурсы по пересылке, доступные посредством модуля коммутатора Ethernet. С помощью WRR осуществляется пересылка всех очередей в цикле.

При наличии нескольких очередей фреймы могут быть помещены в разные очереди и обслуживаться по взвешенному циклическому алгоритму (Weighted Round Robin – WRR). Внутри очереди устанавливаются весовые коэффициенты (Weight Value) – в коммутаторах AGENT-2 это значения от 1 до 20. Они играют роль исходных точек, по которым определяется, с какой вероятностью может быть отброшен пакет. Процесс обработки очередей осуществляется по круговому принципу, начиная с самой приоритетной очереди. Из каждой непустой очереди передается некоторый объем трафика, пропорциональный назначенному ей весовому коэффициенту, после чего выполняется переход к следующей по убыванию приоритета очереди и так далее по кругу.

Рис. 3. Механизм обработки очередей “Взвешенный циклический алгоритм” (Weighted Round Robin).

Все очереди, за исключением очередей SP, могут работать по схеме WRR. Очереди SP обслуживаются непосредственно перед очередями WRR. Если поток трафика минимален и очереди SP не занимают всю полосу пропускания, назначенную для порта, то очереди WRR используют полосу пропускания совместно с очередями SP. При этом оставшаяся часть полосы пропускания распределяется в соответствии с весовыми коэффициентами. Данный комбинированный механизм «SP+WRR» доступен в коммутаторах PULLNET AGENT-2.

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.