Qos

منظور از QoS در شبکه چیست؟

Quality Of Service که به اختصار QoS گفته می شود تکنولوژی است که جهت کنترل ترافیک و اطمینان از عملکرد اپلیکیشن های مهم استفاده می شود. QoS به سازمان ها امکان تنظیم کلی ترافیک شبکه را با استفاده از اولویت بندی برخی اپلیکیشن های با عملکرد بالا را می دهد.
به طور معمول، QoS برای شبکه هایی با حجم ترافیک بسیار زیاد اعمال می شود، مانند Internet Protocol Television (IPTV)، بازی های آنلاین، پخش رسانه هایی مانند آهنگ یا برنامه های تلویزیونی بدون بارگیری کل فایل از طریق اینترنت (media streaming)، ویدئو کنفرانس و سیستم مکالمه تلفنی در بستر شبکه (VoIP).
سازمان ها با استفاده از QoS در شبکه، قادر به بهینه سازی عملکرد اپلیکیشن های مختلف موجود در بستر شبکه می باشند و همچنین می توانند بر روی فاکتورهایی مانند “تاخیر”، “عدم دریافت پکت های دیتا به ترتیبی که ارسال شده یا جیتر” و “حجم دیتای منتقل شده در یک زمان مشخص” مدیریت و نظارت داشته باشند. در نتیجه با هدایت صحیح پکت های دیتا، می توان سرعت انتقال را افزایش داد. در این صورت کاربران نیز تجربه بهتری خواهند داشت.
هدف اصلی QoS، اولویت بندی جریان ترافیک توسط سازمان ها و در نتیجه بهبود پهنای باند، سرعت ارسال و همچنین از بین بردن jitter (عدم دریافت پکت های دیتا به ترتیب ارسال) می باشد.

نحوه عملکرد QoS چگونه است؟

عملکرد تکنولوژی QoS شبکه به این صورت است که پکت های دیتا را جهت شناسایی نوع خدمات مورد نظر، مشخص و علامت گذاری می کند، سپس تنظیمات روترها را به گونه ای انجام می دهد که صف های مجازی بر اساس اولویت تعریف شده برای هر اپلیکیشن ایجاد شود. در نتیجه، پهنای باند برای اپلیکیشن ها و وب سایت های مهم و حیاتی که در اولویت بالاتری هستند، نگه داشته می شود.
تکنولوژی QoS به منظور مدیریت بهتر، تمهدیداتی را جهت جریان ترافیک های خاص شبکه در نظر گرفته است. به این ترتیب، مدیران شبکه می توانند ترتیب ارسال پکت های دیتا را مشخص کنند و همچنین میزان پهنای باند مناسب برای هر اپلیکیشن یا جریان ترافیک را فراهم کنند.

انواع ترافیک شبکه

جهت آگاهی از عملکرد نرم افزاری QoS شبکه، بهتر است نسبت به انواع ترافیک شبکه آشنایی کامل داشت.
پهنای باند (Bandwidth): QoS می تواند مشخص کند که چگونه روتر از پهنای باند در دسترس استفاده مفید کند، به عبارت دیگر پهنای باند مشخصی را برای صف های مختلف انواع ترافیک اختصاص می دهد.
تاخیر زمانی (delay): مدت زمانی است که طول می کشد یک پکت دیتا از مبدا به مقصد برسد. به طور معمول تاخیر در نوبت دهی می تواند بر روی این فاکتور تاثیر بگذارد و در مواقع ازدحام که یک پکت قبل از ارسال، منتظر می ماند رخ می دهد. برای رفع این مشکل، QoS سازمان ها را قادر می سازد صف های ترافیک را اولویت بندی کنند.
از دست رفتن داده ها (loss): به میزان دیتایی اشاره دارد که در نتیجه ی به مقصد نرسیدن پکت های داده در اثر ازدحام، از بین می رود. QoS در چنین شرایطی تعیین می کند که کدام پکت های دیتا مسدود شده و به مقصد نرسند.
عدم دریافت پکت های دیتا به ترتیب ارسال (jitter): سرعت نامنظم پکت های دیتا که در اثر ازدحام شبکه رخ می دهد، باعث می شود، پکت های دیتا به ترتیب ارسال، دریافت نگردند. چنین مشکلی منجر به اختلال در فایل های صوتی و یا ویدئویی می گردد.

استفاده از QoS

بهتر است سازمان ها درک درستی از نیازهای خود و همچنین اهمیت نوع ترافیک شبکه داشته باشند تا بتوانند رویکرد مورد نظر خود را ایجاد کنند. به عنوان مثال، ممکن است برخی سازمان ها تنها به تنظیم محدودیت پهنای باند برای سرویس های خاص نیاز داشته باشند و بعضی از سازمان های دیگر می بایست تنظیمات کاملی برای تمام خدمات خود انجام دهند.
در این صورت سازمان ها می توانند از پالیسی هایی جهت طبقه بندی ترافیک استفاده نموده و تضمین کنند که مهم ترین اپلیکیشن های آن ها همواره در دسترس می باشد. ترافیک را می توان بر اساس پورت یا آدرس آی پی و یا حتی روش های پیچیده تر مانند اپلیکیشن و یا کاربر طبقه بندی نمود.
در ضمن مدیریت پهنای باند و ابزارهای ایجاد صف ترافیک، جریان ترافیک را بر اساس پالیسی های تعریف شده، کنترل می کنند. در این صورت، پکت های دیتا در جریان ترافیک نگهداری می شوند تا نوبت به پردازش آن ها برسد. همچنین می توان از تکنیک Priority queuing استفاده کرد تا علاوه بر افزایش سرعت عملکرد شبکه، اپلیکیشن های مهم را همواره در دسترس قرار داد. در این صورت پهنای باند شبکه توسط فعالیت های کم اهمیت تر، اشغال نمی شود.

به علاوه، مدیریت پهنای باند، جریان ترافیک را اندازه گیری نموده و آن را کنترل می کند تا از استفاده بیش از حد و ازدحام جلوگیری شود. اقداماتی که در این راستا صورت می گیرد شامل تکنیک های traffic shaping و rate limiting است که عملکرد پهنای باند را بهینه می نمایند.

دلیل اهمیت QoS چیست؟

عملکرد شبکه در گذشته به صورت واحدهای جداگانه بود. تماس های تلفنی و کنفرانس های تلفنی تنها از طریق یک شبکه انجام می شد، لپ تاپ ها، کامپیوترهای رومیزی، سرورها و سایر دستگاه ها نیز به صورت مجزا به یکدیگر متصل می شدند و به ندرت به یک منبع مشترک وصل می شدند.
درآن زمان که شبکه فقط برای انتقال داده های متنی استفاده می شد، سرعت اهمیت چندانی نداشت. اما اکنون اپلیکیشن های تعاملی، مدام در حال انتقال محتوای صوتی و ویدئویی با سرعت بالا می باشند، بدون این که هیچ پکت دیتایی از بین برود و یا تغییری در سرعت ایجاد شود.
یکی دیگر از جنبه هایی که QoS اهمیت خاصی پیدا می کند، تضمین عملکرد بهینه برای اپلیکیشن های بسیار مهم است که نیاز به پهنای باند بالا برای ترافیک های لحظه ای دارند. به عنوان مثال، سازمان ها می توانند برای اپلیکیشن هایی که نیاز حداقل به پهنای باند دارند، تاخیر زمانی بیشتری تعریف کنند و برای برنامه های مهم تر که جیتر و تاخیر زمانی بر روی آن ها تاثیر دارد مانند VoIP و ویدئوکنفرانس، اولویت بالاتری قرار دهند. زیرا در چنین اپلیکیشن هایی تاخیر در دریافت پکت دیتا و یا عدم دریافت آن ها منجر به اختلال صدا یا ویدئو می گردد.
اهمیت QoS با افزایش روزافزون تعداد افرادی که از شبکه استفاده می کنند، بیشتر می شود. جدیدترین اپلیکیشن ها و خدمات آنلاین، به پهنای باند زیاد و عملکرد مطلوب شبکه نیاز دارند. بنابراین سازمان ها به ناچار از تکنیک ها و فناوری هایی جهت تضمین بهترین خدمات ممکن استفاده می کنند.
از طرف دیگر، QoS با توجه به رشد و تکامل دستگاه های اینترنت اشیا، اهمیت ویژه ای پیدا می کند. به عنوان مثال، اکنون ماشین آلات در بخش تولید، از شبکه استفاده می کنند تا به روز ترین وضعیت وقایع احتمالی را گزارش دهند. بنابراین، هر گونه تاخیر در این میان، منجر به هزینه های گزافی خواهد شد. QoS با اولویت بندی توزیع داده ها در شبکه، باعث می شود ترافیک به صورت پیوسته و مداوم جریان یابد.

تکنیک های ارائه شده در QoS

تکنیک های مختلفی وجود دارند که مشاغل می توانند با هدف تضمین عملکرد مطلوب برای اپلیکیشن های مهم خود استفاده کنند. تکنیک هایی مانند:
Prioritization of delay-sensitive VoIP traffic via routers and switches: ممکن است بسیاری از شبکه های سازمانی، بیش از حد شلوغ و پر ازدحام شوند، که این امر باعث می شود روترها و سوییچ ها نتوانند کل اطلاعات را پردازش کنند و برخی از پکت های دیتا از دست بروند. در نتیجه اطلاعاتی که به صورت مدیاهای صوتی و یا ویدئویی هستند، مختل می گردند. قابلیت اولویت بندی باعث می شود ترافیک شبکه، بر اساس پالیسی های تعریف شده، طبقه بندی گردد و بر اساس نوع ترافیک و مقصد، دریافت شود. ویژگی ارسال سریع تر پکت های دیتا با اولویت بالاتر، به خصوص در مواقع شلوغی و ازدحام زیاد، بسیار کاربرد دارد.

Resource reservation: پروتکل resource reservation (RSVP) یک پروتکل مربوط به لایه انتقال (transport layer) است که ازطریق شبکه، اقدام به ذخیره سازی منابع نموده و جهت پخش اپلیکیشن های مبتنی برمدیاهای صوتی و ویدئویی که از زیرمجموعه خدمات QoS می باشد، مورد استفاده قرار می گیرد. پروتکل RSVP این امکان را می دهد که سازمان ها، منابع شبکه خود را بر اساس نوع ترافیک های مختلف و همچنین مبدا آن ها طبقه بندی نموده و با تعریف محدودیت ها برای آن ها، پهنای باند را بهینه کنند.
Queuing: به فرایند ایجاد پالیسی هایی گفته می شود که طی آن برخی از داده ها بر اساس اولویت، زودتر از سایرین دریافت می گردند. در واقع، Queueها به حافظه های بافر با عملکرد بالا گفته می شود که در روترها و سوییچ ها وجود دارند و پکت های دیتا را می توان در بخش های اختصاصی آن نگهداری نمود. زمانی که به یک پکت دیتا، اولویت بالایی داده می شود، به بخش اختصاصی فوق الذکر وارد شده تا سریع تر از سایر پکت های دیتا ارسال شوند. در ضمن احتمال از بین رفتن آن نیز تا حد زیادی کاهش می یابد.
Traffic marking: پکت های دیتایی که می بایست در اولویت بالایی قرار گیرند، توسط این تکنیک شناسایی شده و علامت گذاری می گردند. این کار از طریق فرایندهایی مانند Class Of Service (CoS) که پکت های دیتا را در هدر لایه 2 علامت گذاری می کند و همچنین از طریق Differentiated Service Code Point (DSCP) که دیتا را در هدر پکت لایه 3 نشانه گذاری می کند، انجام می شود.
علاوه بر تکنیک های مذکور، چند تا از بهترین اقدامات لازم برای استفاده بهینه از QoS نیز ارائه می شود:
1) حداکثر محدودیت پهنای باند بر اساس پالیسی ها را طوری در نظر بگیرید که سایر پکت های دیتا مسدود نشوند.
2) بهتر است نسبت به توزیع پکت های دیتا در queue های موجود و همچنین اینکه کدام queue ها توسط کدام خدمات مورد استفاده قرار می گیرند، در نظر گرفته شود. این امر بر روی تاخیر زمانی، توزیع بین queue ها و اختصاص هر پکت، تاثیر می گذارد.
3) محدودیت های پهنای باند را تنها برای برخی از خدمات ویژه در نظر بگیرید تا مانع از این شود که تمام ترافیک از یک queue یکسان برای ترافیک های سنگین استفاده کند.
4) اولویت بندی برای کل ترافیک را یا بر اساس نوع خدمات انجام دهید یا بر اساس پالیسی تعریف شده، نه هر دو. با انجام این کار فرایند تجزیه و تحلیل و همچنین عیب یابی تسهیل می گردد.
5) با به حداقل رساندن پیچیدگی های تنظیم QoS، از داشتن عملکرد مطلوب اطمینان حاصل کنید.
6) به منظور افزایش دقت از پروتکلUser Datagram Protocol (UDP) استفاده کنید و پهنای باند را بیش از حد به اشتراک نگذارید.

مزایای QoS

استفاده از QoS به مشاغلی که خواستار در دسترس بودن اپلیکیشن های مهم خود هستند، به شدت توصیه می شود. زیرا استفاده از پهنای باند متمایز و داشتن اطمینان خاطر از انتقال دیتا بدون کوچک ترین اختلال، برای هر سازمانی امری مهم به شمار می رود. اصلی ترین مزایای QoS به شرح ذیل می باشد:
1) Unlimited application prioritization: با استفاده از QoS می توان تضمین کرد اپلیکیشن های مهم همواره در دسترس هستند.
2) Better resource management: مدیران شبکه می توانند با استفاده از QoS، منابع اینترنت را بهتر مدیریت کنند و هزینه را کاهش دهند.
3) Enhanced user experience: هدف نهایی QoS، عملکرد بهینه اپلیکیشن های مهم می باشد که منجر به تجربه مطلوب کاربر نیز می گردد. به طور کلی کاربران تمایل دارند اپلیکیشن های مورد نظر خود را با عملکرد بهینه و سرعت زیاد دریافت کنند.
4) Point-to-point traffic management: به طور کلی مدیریت یک شبکه و تحویل پکت های دیتا به مقصد بسیار مهم است. در تحویل ترافیک به صورت point to point سازمان ها می توانند پکت های دیتای مورد نظر مشتری خود را بدون کوچک ترین نقصی تحویل دهند.
5) Packet loss prevention: از دست رفتن برخی از پکت های داده در انتقال آن ها به صورت بین شبکه ای امری طبیعی است که ممکن است در اثر ازدحام، ناکارامدی و اختلالات شبکه باشد و یا در اثر نقص روتر، کانکشن ضعیف و یا سیگنال ضعیف. با استفاده از قابلیت اولویت بندی پهنای باند که QoS در اختیار سازمان ها قرار می دهد، می توان نقطه ضعف ها فوق را پوشش داد.
6) Latency reduction: به مدت زمانی گفته می شود که برای یک درخواست شبکه طول می کشد تا از سمت فرستنده به سمت گیرنده برود و گیرنده آن را پردازش کند. به طور معمول، فاکتور تاخیر زمانی (latency) معمولا تحت تاثیر روترهایی قرار می گیرند که پردازش اطلاعات را به کندی انجام می دهند. QoS سازمان ها را قادر می سازد با اولویت بندی اپلیکیشن های مهم، زمان تاخیر را کاهش داده یا سرعت پردازش درخواست های شبکه را افزایش دهند.

نتیجه گیری

QoS به تمام سازمان هایی که قصد دارند در زمینه خدمات و اپلیکیشن های خود، با کیفیت ترین عملکرد را داشته باشند، توصیه می گردد. به این ترتیب خدماتی که نیاز به پهنای باند بالا دارند، مانند سیستم های VoIP و ویدئو کنفرانس را با بالاترین کیفیت و بدون کوچک ترین اختلالی ارائه خواهند داد.
QoS به سازمان ها کمک می کند ترافیک شبکه، اپلیکیشن های مختلف و جریان داده ها را اولویت بندی کرده تا بتوانند عملکرد شبکه خود را بهینه نمایند.