И если дома каждый пользователь может настраивать QoS на своем роутере, то оператор связи, используя современное сетевое оборудование, управляет полосой пропускния для всех своих абонентов и обеспечивает неизменно высокое качество для каждого из них.
Что такое качество обслуживания (QoS)
Обеспечение качества обслуживания (QoS) — инструмент, с помощью которого назначают приоритеты для различных видов трафика, а с помощью систем DPI даже для определенных приложений, деля между ними полосу пропускания в разных пропорциях. Правильная настройка правил QoS гарантирует непрерывное проигрывание онлайн-видео в то время как загружается большой файл или быстрый веб-браузинг пока ОС обновляется в фоновом режиме. QoS применимо к любой технологии, которая управляет трафиком данных для уменьшения потери пакетов, задержки и джиттера в сети. QoS контролирует и управляет сетевыми ресурсами, устанавливая приоритеты для определенных типов данных в сети.
Подключение к интернету можно сравнить с больницей, в которой полоса пропускания – это число врачей для лечения пациентов, больные являются приложениями, а медсестра – маршрутизатором, который их распределяет.
В обычной сети равнодушная медсестра распределяет пациентов равномерно по свободным врачам, вне зависимости от сложности заболевания, будь то человек с ушибом руки или пострадавший в автомобильной аварии с сотрясением мозга и переломами костей. Каждому из них будет оказана помощь, но ждать им придется одинаковое количество времени, пока не появится доступный доктор. Если всех пациентов будут обслуживать с одинаковым приоритетом, то рано или поздно это приведет к катастрофическим последствиям для больницы и жертвам.
То же самое происходит в домашней сети или сети провайдера. Пропускная способность канала связи выдается равномерно в рамках тарифного плана, без учета важности каждого приложения. К примеру, если вы разговариваете по Skype, а в это время ваши дети запустят кино Netflix, качество звонка резко ухудшится. Интернет-провайдер, в свою очередь, ограничен скоростью канала к вышестоящему оператору связи, и его полосы пропускания может не хватить, чтобы обеспечить качество соединения, если все пользователи одновременно начнут качать файлы через торрент-клиент на максимальной скорости.
Возвращаясь к нашему сравнению с больницей, качество обслуживания – это компетентная медсестра, которая распределяет пациентов между врачами наиболее эффективным способом: пострадавшим в аварии займутся несколько специалистов, а человек с ушибом дождется одного доктора, когда тот освободится.
В сети с функцией качества обслуживания приоритет будет у того приложения или сервиса, который вы самостоятельно определите (онлайн-видео, IPTV, онлайновые игры и т. п.), оно получит большую скорость и минимальные задержки.
Какие проблемы решает QoS?
QoS помогает решать проблемы пользователей при получении трафика различных приложений.
Потеря пакетов
Происходит при перегруженности сетевых каналов, когда маршрутизаторы и коммутаторы начинают терять пакеты. Например, при голосовых или видеозвонках в сеансах могут быть лаги и разрывы речи. Также пакеты могут быть потеряны, когда переполняется очередь пакетов, ожидающих отправки.
Джиттер
Фазовое дрожание цифрового сигнала является результатом перегруженности сети, смещения во времени и изменения маршрута. Сильный джиттер может ухудшить качество связи, например, во время просмотра ролика на YouTube или стриминга видео на Twitch.
Задержка
Время, необходимое пакету для прохождения от источника до пункта назначения, должно быть как можно ближе к нулю. Если голосовой вызов по IP имеет большую задержку, у пользователей может быть эхо и наложенный звук.
Как работает QoS?
Когда абоненты используют сеть Интернет-провайдера для передачи информации между конечными точками сети, данные форматируются в пакеты. Пакеты — это способ организации информации для передачи ее по сети.
Инструменты QoS выставляют приоритеты пакетов для максимально эффективного использования пропускной способности. Сеть может передавать только определенное количество информации за конкретный период времени. Поэтому инструменты QoS устанавливают приоритеты пакетов, которые обеспечивают использование полосы пропускания для лучшего интернет-сервиса.
Инструменты QoS изучают заголовки пакетов, чтобы определить их приоритеты. Заголовки пакетов — это биты информации, которые сообщают, что содержит пакет, IP-адрес пункта назначения и для чего он будет использоваться. Инструмент QoS может прочитать заголовок пакета и определить, что пакет связан с потоковым видео, и отдать ему приоритет перед менее чувствительным ко времени пакетам данных.
Преимущества QoS
Основное преимущество QoS заключается в том, что оно обеспечивает доступность приложений, работающих в сети. QoS обеспечивает безопасную передачу данных по сети и позволяет операторам эффективно использовать существующую пропускную способность вместо того, чтобы модернизировать сетевую инфраструктуру для увеличения пропускной способности.
Другие преимущества QoS:
- доступ критически важных приложений к необходимым им ресурсам сети,
- лучшее управление трафиком,
- оптимизация расходов — компании не нужно приобретать новую сетевую инфраструктуру,
- улучшение пользовательского опыта.
Реализация QoS
Существуют сотни различных маршрутизаторов –домашних и офисных, а также сложных устройств операторского класса. Не каждый из них имеет функцию QoS, а если имеет, то ее реализация может отличаться по спектру возможных настроек. Некоторые могут определять только приоритет между устройствами, некоторые – выделять определенные типы трафика (например, видео или голосовую связь), системы DPI способны распознать приложения, не использующие для обмена данными заранее известные заголовки и структуры данных, вносить изменения в поле приоритета проходящих через него пакетов для дальнейшего применения правил QoS.
Невозможно рассказать о нюансах настройки каждого устройства, но можно описать основные шаги, чтобы начать использовать функцию QoS для обеспечения лучшего качества работы с интернетом.
Первый шаг: определить цель
Прежде чем начать настройку любого устройства, необходимо четко определить цели настройки QoS. Если вы решили настроить домашний роутер, то это может быть приоритет рабочего компьютера над остальными устройствами с доступом в интернет для обеспечения комфортной работы или приоритет онлайн-игр перед потоковым видео, чтобы обеспечить минимальные задержки и лаги во время игры.
В домашней сети правила должны быть избирательными и предельно простыми. Если применить десятки различных приоритетов, можно получить отрицательный результат, когда ни одно из приложений не буден нормально работать.
Оператор связи использует QoS для достижения более глобальных целей:
- дифференцирование трафика;
- обеспечение равномерного потока трафика;
- гарантия качества и скорости доступа в интернет для каждого абонента;
- предотвращение сетевых перегрузок;
- уменьшение затрат на Uplink.
Но принципы их достижения схожи с домашней сетью: определение приоритетных видов трафика и приложений, настройка правил в зависимости от приоритета и времени действия.
Второй шаг: определить скорость интернета
Для оператора связи скорость интернета – это скорость доступа к вышестоящему провайдеру (Uplink) или к нескольким провайдерам. Эта величина фиксированная и распределяется между всеми абонентами согласно их тарифным планам. Задачу ее оптимизации и грамотного распределения должны решать правила QoS для обеспечения удовлетворенности клиента от получаемой услуги.
Скорость домашнего интернета часто не совпадает с заявленной провайдером по некоторым причинам, поэтому определение ее реальной цифры – важная задача перед настройкой QoS. Существуют понятия исходящей и входящей скорости, которые необходимо определить самостоятельно.
Чтобы получить реальную картину, вам необходимо закрыть на компьютере все приложения, которые создают нагрузку на сеть, подключить его к роутеру медным кабелем. Технология беспроводной сети Wi-Fi, особенно если она работает не по современным протоколам Wireless N или Wireless AC, может быть узким местом полосы пропускания. Измерения могут показать скорость в 40 Мб/с вместо доступных 75 Мб/с именно из-за ограничений скорости беспроводной передачи данных.
Зайдите на сайт www.speedtest.net и нажмите кнопку «Начать проверку». Полученный результат необходимо перевести из «Мбит/с» в «Кбит/с», так как настройки QoS чаще всего задаются в этих единицах. Это можно сделать, умножив полученные значения на 1000.
В данном примере мы получили входящую скорость 42900 Кбит/с, а исходящую – 3980 Кбит/с. Именно эти значения можно распределять между пользователями и приложениями в сети.
Третий шаг: включить QoS на роутере
Невозможно описать порядок включения QoS на всех роутерах, так как каждый производитель предоставляет пользователю свой интерфейс управления, а сетевые устройства операторского класса, такие как Cisco, Juniper, Huawei, настраиваются из командной строки.
В большинстве случаев вам потребуется зайти на страницу управления устройством (набрать в браузере его адрес, чаще всего это 192.168.1.1), ввести логин и пароль администратора, которые указаны в руководстве пользователя, и перейти в раздел NAT сетевых настроек, вкладку QoS. Выберите Enable напротив функции Start QoS, порт для применения правил – WAN (порт соединения с провайдером), настройки входящей и исходящей скорости (downlink и uplink) должны указываться в размере 85–90% от измеренной во втором шаге.
Пониженное значение скоростей указывается для того, чтобы дать обработчику QoS пространство для маневров, только так он работает эффективно. Теперь функция качества обслуживания включена и необходимо настроить правила приоритизации.
Инструменты QoS
Определенные механизмы QoS могут управлять качеством трафика данных и поддерживать требования QoS, определенные сетевым администратором. Механизмы QoS делятся на категории в соответствии с функциями, которые они выполняют в управлении сетью.
- Классификация и маркировка позволяют различать приложения и классифицируют пакеты по типам трафика. Маркировка указывает принадлежность каждого пакета к сетевому классу, который распознают сетевые устройства. Классификация и маркировка реализуются в сетевых устройствах: маршрутизаторах, коммутаторах и точках доступа.
- Управление перегрузками. Эти инструменты используют классификацию и маркировку пакетов, чтобы определить, в какую очередь поместить пакеты. Инструменты управления перегрузками включают в себя приоритеты, очереди first in-first out и очереди с низкой задержкой. Избегать перегрузок нужно для отслеживания сетевого трафика на предмет перегруженности. Инструмент отбрасывает пакеты с низким приоритетом при возникновении перегрузки.
- Эффективность каналов. Эти инструменты позволяют максимально использовать полосу пропускания и уменьшить задержку пакетов при доступе к сети. Средства повышения эффективности каналов включают транспортный протокол реального времени (RtTP), протокол управления передачей (TCP), сжатие заголовков и каналов.
Как приоритизировать трафик
После того как функция QoS задействована, необходимо определить правила, по которым она будет работать с трафиком.
Операторы связи настраивают правила исходя из данных, полученных от инструментов аналитики систем DPI, которые показывают узкие места полосы пропускания и тренды, зависящие от времени суток. Некоторые домашние устройства имеют готовые предустановки, которые пользователь должен использовать для приоритизации.
Если же роутер позволяет производить ручные настройки приоритетов, вам необходимо задать их «вилки» в процентах от общей полосы пропускания:
- Maximum: 60–100%
- Premium: 25–100%
- Express: 10–100%
- Standard: 5–100%
- Bulk: 1–100%
Эти параметры определяют значение пропускной способности для конкретного устройства или приложения. Например, установив для приложения Maximum, вы назначаете ему использовать 60% от полосы пропускания во время загрузки сети и 100%, если сеть полностью доступна. Если установить «Магистральный», то, когда сеть свободна, приложение может использовать любую скорость полосы пропускания, но, если появляется нагрузка, оно получит лишь 1%.
Хотим напомнить, что к приоритизации надо подходить с четким пониманием того, что вы хотите ограничить.
Варианты приоритизации
1. Приоритет сервиса или приложения
Позволяет для любого устройства в сети назначить приоритет пропускной способности определенного приложения или сервиса перед остальными. Например, если необходимо, чтобы у приложения Skype всегда была выделенная полоса пропускания, и видеоаудиосвязь не имели задержек, искажений или артефактов.
2. Приоритет интерфейса
Интерфейс в данном случае – это метод, по которому ваши устройства подключаются к сети. Вы можете настроить более высокий приоритет устройствам, которые подключаются по проводу, или устройствам беспроводной сети, или, наоборот, уменьшить приоритет гостевых устройств.
3. Приоритет устройств по IP-адресу
Вы можете назначить более высокий приоритет определенному устройству вашей сети по его IP-адресу (статическому или зарезервированному динамическому), тем самым обеспечить его более высокой скоростью доступа по сравнению с другими.
4. Приоритет устройств по MAC-адресу
Если вы используете динамическую адресацию, вы все равно можете назначить высокий приоритет одному из устройств сети по его MAC-адресу, который является уникальным и сведения о котором можно получить либо из программного обеспечения, либо из этикетки на корпусе.
Тест и оценка
Самые главные правила в настройке QoS – это добавлять правила последовательно и не торопиться. Начать необходимо с самых глобальных, а затем настраивать отдельные приложения и сервисы. Если вы добились желаемого результата и QoS выполняет все ваши требования, необходимо сохранить конфигурацию в виде скриншотов или файла резервной копии на случай, если потребуется выполнить сброс роутера и восстанавливать настройки.
Настройка QoS – более сложный процесс, чем базовая настройка роутера, а для оператора связи еще и дополнительные капитальные затраты для покупки платформы DPI, однако и результат позволит добиться более качественного доступа к сети Интернет, а также сэкономить финансы на покупке высокоскоростного канала связи.
* — По материалам www.howtogeek.com