Significado de QoS em rede: O que é Qos? (Tutorial)

Qualidade de Serviço, ou QoS, é um assunto complexo. Mas seu uso é tão comum hoje em dia que todo administrador de rede deve saber sobre isso. A QoS se tornou popular à medida que mais e mais redes começaram a transportar dados que precisavam ser priorizados, enquanto ao mesmo tempo o uso recreativo da rede se tornava cada vez mais comum.

Nossa intenção não é fazer com que você seja especialista em QoS, mas, em vez disso, queremos esclarecer o assunto da maneira mais técnica possível.

Simplificando, nosso objetivo é responder à seguinte pergunta: Qual é o significado de QoS nas redes e para que serve?

Este não é um curso sobre teoria e implementação de QoS. Não mostraremos um único comando de switch ou roteador. Nosso objetivo é permitir que você simplesmente compreenda a essência da QoS.

Começaremos esclarecendo o que é QoS - e não é. Depois disso, faremos uma breve pausa para discutir algumas ferramentas do SolarWinds que você pode querer experimentar. Em seguida, discutiremos os diferentes fatores que podem afetar o desempenho da rede. Isso nos levará ao cerne da nossa questão: como funciona a QoS. Como você verá, é muito mais simples do que parece. Antes de concluirmos, discutiremos o que acontece quando você não usa QoS e com o que a QoS não pode ajudá-lo.

O que é QoS?

À medida que o uso da rede cresceu para incluir mais e mais tráfego de tipos diferentes e à medida que o congestionamento da rede se tornou mais e mais freqüentes e importantes, os engenheiros logo perceberam que precisavam de uma maneira de organizar e priorizar tráfego. QoS não é uma coisa, mas uma combinação de recursos e tecnologias que trabalham juntos para fazer isso.

Com várias tentativas e erros, agora temos um sistema QoS relativamente universal que pode ser usado para garantir com segurança que tráfego importante receba a atenção necessária.

Um aspecto importante da QoS é que ela deve ser implementada de ponta a ponta para ser útil. A QoS é configurada nos dispositivos, como switches e roteadores, que gerenciam o tráfego. Qualquer dispositivo desse tipo no caminho de dados deve ter a configuração correta de QoS ou outras coisas que não terão o efeito esperado.

Além disso, cada dispositivo deve ter uma configuração de QoS compatível com os outros '. A QoS usa marcações de prioridade para realizar sua mágica. Você pode imaginar facilmente o que aconteceria se um dispositivo considerasse o número de alta prioridade mais alta como mais importante, enquanto outro fez o oposto.

Significado de QoS nas redes

Frequentemente, comparamos a rede com o tráfego veicular, onde as rodovias representam links de rede e veículos representam pacotes de dados. É uma analogia bastante boa, pois há muitas semelhanças entre os dois tipos de tráfego. Provavelmente mais do que existem diferenças. Usaremos a mesma analogia para tentar explicar concretamente o que é QoS.

Então, vamos imaginar uma estrada movimentada. É sexta-feira à tarde na hora do rush e há muitos carros e caminhões. O tráfego já está se movendo bem devagar, mas, para piorar, estamos nos aproximando de um cruzamento e, em do outro lado desse cruzamento, há algum trabalho na estrada em andamento, sem fazer nada além de aumentar a problema. A maioria de vocês provavelmente já esteve nessa situação.

Para tentar ajudar o tráfego a se mover um pouco melhor, há um policial de trânsito no próximo cruzamento. Ele faz o possível para dar a cada motorista sua parte justa na estrada. Mas mesmo com a ajuda dele, as coisas não estão mudando muito e, gostemos ou não, você está preso no trânsito.

Então, à distância, você ouve a sirene de uma ambulância atrás de você. É quando o policial de trânsito no cruzamento muda em alta velocidade.

Reconhecendo que a ambulância realmente precisa passar, ele se certifica de deixar o tráfego na frente do A ambulância passa e para parar o tráfego adversário, garantindo que ela possa continuar sua rota com o menor atraso possível. possível. Enquanto isso, outros motoristas precisam esperar a sua vez antes de poderem retomar sua rota depois que o veículo prioritário tiver passado.

SolarWinds QoS: As melhores ferramentas!

Antes de prosseguirmos, gostaria de discutir algumas ferramentas da SolarWinds. Embora eles não estejam diretamente relacionados à QoS, ambos são muito úteis para identificar onde há gargalos em suas redes e o que está causando eles.

Eles ajudarão você a avaliar a situação atual, que é o primeiro passo para corrigir problemas em geral e implementar a QoS.

O principal produto da SolarWinds, o Monitor de desempenho de rede é possivelmente uma das melhores ferramentas de monitoramento de largura de banda SNMP. Esta é uma ferramenta que usará o Simple Network Management Protocol para representar graficamente a evolução da utilização da largura de banda dos circuitos de rede ao longo do tempo. O painel do software, suas visualizações e gráficos são totalmente personalizáveis. A ferramenta pode ser configurada com o mínimo de esforço e pode começar a monitorar quase imediatamente após a instalação. O NPM pode escalar das redes menores às enormes, com centenas de dispositivos espalhados por vários sites.

• TESTE GRÁTIS:Monitor de desempenho de rede SolarWinds
• Download oficial:https://www.solarwinds.com/network-performance-monitor/

O SolarWinds Network Performance Monitor usa o SNMP para pesquisar dispositivos em intervalos regulares (geralmente cinco minutos) e ler seus contadores de interface.

Em seguida, calcula a utilização da largura de banda e armazena-a em um banco de dados para referência futura e exibe gráficos mostrando a evolução do uso da largura de banda ao longo do tempo. O NPM é uma ferramenta enorme, com vários recursos extras. Por exemplo, ele pode criar mapas de rede e exibir o caminho crítico entre dois dispositivos.

Os preços do Network Performance Monitor começam em cerca de US $ 3.000. UMA Avaliação gratuita de 30 dias está disponível Se você preferir experimentar o produto antes de comprá-lo.

o Analisador de Tráfego SolarWinds NetFlow fornece ao administrador uma visão mais detalhada do tráfego de rede. Ele não mostra apenas o uso da largura de banda em bits por segundo.

• TESTE GRÁTIS:Analisador de Tráfego SolarWinds Netflow
• Download oficial: https://www.solarwinds.com/netflow-traffic-analyzer/

A ferramenta fornece informações detalhadas sobre o tráfego observado. Ele informará que tipo de tráfego é mais prevalente ou qual usuário está usando mais largura de banda. Ele também fornecerá informações valiosas sobre os diferentes tipos de tráfego - como navegação na Web, aplicativos de negócios, telefonia ou streaming de vídeo - que são transportados na sua rede.

o Analisador de Tráfego NetFlow usa o protocolo NetFlow para coletar informações detalhadas de uso dos seus dispositivos de rede. O protocolo NetFlow está incorporado em muitos dispositivos de rede de vários fornecedores. Quando configurados, os dispositivos de rede enviam informações detalhadas sobre cada “conversa” ou fluxo de rede para um coletor e analisador do NetFlow. O SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer é um desses coletores e analisadores.

Se você quiser experimentar o produto antes de comprá-lo, uma versão de avaliação gratuita de 30 dias pode ser baixado do SolarWinds. Esta é uma versão completa que não tem limitações, mas sim tempo.

Fatores que afetam o desempenho da rede

Em uma rede típica, a entrega de dados pode ser afetada por vários fatores. Reunimos uma lista dos principais fatores que podem afetar o desempenho da rede.

Baixo rendimento

Isso tem a ver com a capacidade de um link de rede. Alguns podem lidar com mais tráfego do que outros. Geralmente é medido em bits - ou frequentemente em quilos ou megabits - por segundo. Se você exceder a capacidade do link, ocorrerá um congestionamento e o desempenho será prejudicado.

Pacotes descartados

Os pacotes podem ser descartados pelos dispositivos de rede por vários motivos. Talvez eles tenham sido corrompidos no trânsito e não possam mais ser reconhecidos. Porém, mais comumente os pacotes são descartados quando chegam a um dispositivo cujos buffers já estão cheios. O aplicativo receptor geralmente percebe que alguns dados estão ausentes e solicita sua retransmissão, o que causará atrasos adicionais e degradação do desempenho.

Erros

Ruído e interferência podem corromper os dados. Isto é especialmente verdade em comunicações sem fio e em longos fios de cobre. Quando erros são detectados, o aplicativo receptor solicita a retransmissão dos dados ausentes, prejudicando novamente o desempenho.

Latência

A latência tem a ver com os dispositivos de rede que enfileiram dados antes de enviá-los. Isso também pode acontecer quando rotas mais longas são usadas para evitar congestionamentos. Não deve ser confundido com taxa de transferência. Com a latência, o atraso pode aumentar com o tempo, mesmo que a taxa de transferência seja suficiente.

Jitter

Tremulação é definida como uma variação no atraso necessário para que cada pacote de dados alcance seu destino. Isso acontece por várias razões. Por exemplo, dois pacotes podem seguir rotas diferentes. A conseqüência é que, quando o jitter fica muito alto, os pacotes podem chegar fora de sequência ao seu destino. Se os pacotes fizerem parte de um documento do Word, eles serão reordenados corretamente e ninguém será afetado, mas se estivermos falando sobre voz ou streaming de dados de vídeo, isso poderá causar todos os tipos de problemas.

Como acabamos de ver, alguns tipos de tráfego, como voz ou streaming de vídeo, serão mais afetados por problemas de desempenho. É por isso que tráfego diferente precisa de tratamento diferente e por que existe QoS.

Como funciona a QoS

Antes de começarmos, gostaria de dizer algumas coisas. Primeiro, não sou engenheiro de redes. Segundo, o objetivo desta explicação não é ser absolutamente preciso. Estou conscientemente simplificando as coisas e talvez até distorcendo a realidade até certo ponto para facilitar a digestão desta seção. Meu objetivo é fornecer uma idéia geral de como funciona, não treiná-lo na configuração de QoS.

A QoS funciona identificando qual tráfego é mais "importante" e priorizando esse tráfego na rede. Não existe uma "regra de ouro" sobre qual tráfego é mais importante que outro. Obviamente, algum tráfego, como voz ou streaming de vídeo, normalmente será considerado importante simplesmente porque não funcionará corretamente quando sofrer degradação no desempenho. Algum tráfego - como a navegação na web em muitas organizações - é considerado sem importância e, portanto, não será priorizado.

Existem dois componentes para QoS. Primeiro, o tráfego deve ser classificado e marcado. Embora haja várias maneiras de marcar o tráfego, os Serviços diferenciados são os mais prevalentes atualmente. É esse que detalharemos em pouco tempo. O segundo componente é a fila que garantirá que os dados prioritários sejam transmitidos com o menor atraso possível. O enfileiramento é feito nos dispositivos de rede, de acordo com as marcações de Serviços diferenciados.

Serviços Diferenciados, ou DiffServ, usam um código de seis bits no cabeçalho de cada pacote para marcar está de acordo com várias classes de prioridade crescente. Essa marcação é chamada de ponto de código dos serviços de diferenciação ou DSCP. Os valores típicos de DSCP variam de 0, o tráfego menos importante a 48, o mais importante.

Classificação e marcação

Para o tráfego de rede ser tratado corretamente de acordo com sua prioridade, ele deve primeiro ser classificado e marcado adequadamente. A marcação pode ser feita diretamente na fonte. Por exemplo, não é incomum os aparelhos de telefone IP marcarem seu tráfego como DSCP 46, um valor de alta prioridade. Para o tráfego que não está marcado na origem, as coisas são um pouco mais complicadas.

O tráfego não marcado na verdade não existe com o DiffServ. Por padrão, todo o tráfego é marcado como DSCP 0, a menor prioridade. Cabe ao primeiro dispositivo de rede manipular o tráfego - geralmente um comutador - para marcá-lo. Como isso é feito? Principalmente através de ACLs.

ACLs, ou Listas de controle de acesso, são um recurso da maioria dos equipamentos de rede que podem ser usados ​​para identificar o tráfego. Como o nome indica, eles foram originalmente usados ​​como um meio de controlar o acesso. As ACLs identificam o tráfego com base em vários critérios. Entre eles, os mais comuns são o endereço IP de origem e destino e o número da porta de origem e destino. Ao longo dos anos, as ACLs se tornaram cada vez mais refinadas e agora podem ser usadas para selecionar com precisão um tráfego muito específico.

No caso de ACLs usadas para inserir marcações de QoS, as regras não apenas especificam como reconhecer o tráfego, mas também com que valor DSCP marcá-lo.

Filas

Agora que o tráfego está marcado, tudo o que resta é priorizá-lo de acordo com sua marcação. Isso normalmente é realizado usando várias filas com prioridade crescente. Embora os valores do DSCP tenham 6 bits de largura e possam, portanto, variar de 0 a 63, os equipamentos de rede raramente usam tantas filas. É comum que a maioria dos equipamentos de rede use de três a sete filas, sendo cinco o número mais comum. Com cinco filas e mais de 60 marcações, você certamente imaginou que mais de um valor DSCP entra em cada fila.

A fila de prioridade mais baixa, geralmente chamada de fila de melhor esforço ou BE, é a que recebe menos atenção do mecanismo de roteamento. Por outro lado, a fila de maior prioridade, que geralmente chamamos de tempo real ou RT, receberá mais atenção. Isso garante que o tráfego "importante" seja roteado ou alternado com prioridade. Obviamente, isso também significa que o melhor esforço pode ser seriamente atrasado e talvez até nunca entregue. Lembre-se disso ao classificar e marcar o tráfego de melhor esforço

Consequências de não usar QoS

As consequências de não usar QoS variam amplamente. Por exemplo, se sua rede não possui tráfego altamente sensível, como telefonia IP ou streaming de vídeo, não usar QoS pode não fazer diferença. Isso é especialmente verdade quando seus níveis de tráfego atuais são baixos. De fato, em uma situação de baixo tráfego, a QoS quase não traz benefícios. Se voltarmos à analogia da rodovia. Se a ambulância estiver sozinha em uma rodovia de 5 faixas, não precisará ser priorizada.

Porém, em situações em que sua rede sofre de alguns ou muitos problemas, como superutilização e congestionamento, a ausência de QoS levará a todos os tipos de problemas. Para tráfego que requer transmissão em tempo real ou quase em tempo real - como telefonia IP, pode, por exemplo, ser a causa de áudio ilegível, cortado ou ininteligível. O streaming de vídeo também seria afetado, resultando em buffer excessivo durante a reprodução.

Mas até outros serviços podem sofrer com a ausência de QoS. Imagine que um usuário de rede corporativa esteja tentando acessar um importante sistema de contabilidade baseado na Web e, ao mesmo tempo, centenas de usuários estejam no intervalo do almoço, navegando pesadamente na Internet. Isso pode tornar o aplicativo de contabilidade inutilizável, a menos que seu tráfego seja corretamente priorizado usando QoS.

QoS não corrige tudo

Mas, por melhor que seja, implementar QoS não é a solução para todos os problemas. Os administradores de rede tendem a pensar que a implementação de QoS os aliviará da necessidade de adicionar largura de banda. Embora seja verdade que a implementação de QoS cause uma melhoria imediata e muito aparente da operação do tráfego de alta prioridade. Também degradará a prioridade mais baixa.

A QoS cuidará do congestionamento temporário da rede e garantirá que os serviços essenciais aos negócios continuem funcionando corretamente enquanto houver congestionamento, mas isso não impedirá. Você ainda precisa monitorar o uso da rede e ter um programa de planejamento de capacidade em vigor.

Conclusão

A QoS deve fazer parte da estratégia de rede de qualquer organização, mas não deve ser o único item. Mais do que tudo, no entanto, extremo cuidado deve ser aplicado ao planejar e configurar a QoS. Embora possa fazer pequenos milagres quando aplicado corretamente, pode piorar a situação para certos usuários. E antes de implementar a QoS, também devem ser implementadas ferramentas de monitoramento para avaliar a situação. Essas mesmas ferramentas também fornecerão um valor inestimável após a implementação.