📑 Что такое QoS?

Quality of Service (QoS) — технология предоставления различным классам трафика различных приоритетов в обслуживании — качества обслуживания. Другими словами это технология, обеспечивающая выделение предпочтений высокоприоритетному сетевому трафику, устройству или критичному приложению.Под качеством обслуживания (QoS) понимается способность сетевой инфраструктуры предоставлять улучшенное обслуживание определенному виду передаваемого трафика (пакетов) при помощи различных технологий.

Существует две основные архитектуры QoS:

• Интегрированное обслуживание (IntServ)
• Дифференцированные услуги (DiffServ)

Integrated Service  — 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. Протокол резервирования ресурсов (RSVP) компания Microsoft предложила для QoS в Windows 2000. Существенным недостатком является постоянное резервирование ресурса, даже в том случае, если он не используется или используется не полностью.

Дифференциальный вид услуг предполагает наличие определенного набора средств классификации и механизмов организации очередей, обеспечивающих работу с приоритетами и выполняет 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.

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.
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 (фреймами). Маршутизаторы и некоторые продвинутые коммутаторы работают на уровне L3 и уже не с кадрами, а пакетами.

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.

Структура кадра Ethernet согласно стандарту IEEE 802.1p.

Ниже перечислены типы трафика, начиная с высоко приоритетного:

• Управление сетью (7). Передача данных для поддержания сетевой инфраструктуры (кадры маршрутных протоколов).
• Голос (6). Критичен по задержке (< 10мсек) при интерактивных переговорах.
• Видео (5). Критичен по задержке (< 100мсек) при интерактивных видео обменах.
• Контролируемая нагрузка (4). Работа в ситуации некритической по задержке, но критической по потерям (например, деловой трафик, поточный трафик с резервированием).
• Максимальные усилия (3). Работа в ситуации некритической по задержке, но критической по потерям, но в условиях с меньшим приоритетом, чем контролируемая нагрузка. В случае информационной службы этот режим может использоваться для привилегированных клиентов.
• Наилучшие усилия (2). Это трафик обычный трафик LAN.
• Фоновый режим (0, Background). Массовые пересылки данных и любая другая активность, не влияющая негативно на работу остальных.

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.

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. До середины 90-х годов поле TOS в большинстве реализаций игнорировалось. Но после начала разработок средств обеспечения качества обслуживания (QoS) внимание к этому возрасло. Появилось предложение замены поля TOS на поле DSCP (Differenciated Services Code Point), которое также имеет 8 бит (RFC-2474). Биты CU пока не определены. Иногда это поле называется байтом DS (Differenttiated Services).

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.

Формат поля DSCP.

Биты DS0-DS5 определяют селектор класса. Значения этого кода представлены в таблице ниже. Стандартным значением DSCP по умолчанию является 000000.