Cosè la QoS? Come utilizzare la QoS per velocità Internet più elevate quando ne hai più bisogno

WebTech360 - Nell'articolo seguente, ti introdurremo e ti guideremo nell'apprendimento del concetto di QoS (Qualità del servizio) sui dispositivi router.

Che cosa è QoS?

QoS (abbreviazione di Quality of Service) è un modo per controllare la priorità del traffico del sistema di rete. Questa funzionalità è attiva su tutti i diversi livelli del sistema, ma in questo test ci concentreremo sui router utilizzati in modelli domestici o personali. Più specificamente, QoS dimostrerà chiaramente i suoi effetti in luoghi in cui si verificano spesso colli di bottiglia (o comunemente chiamati colli di bottiglia) e, allo stesso tempo, determinerà quale parte del traffico è più importante del resto, in base alle regole che l'utente imposta in relazione a indirizzi IP, indirizzi MAC, servizi attivi...

Casi d'uso QoS nella pratica

Per capirci meglio, prendiamo l'esempio di un ingorgo in autostrada durante l'ora di punta. Tutti gli automobilisti sulla strada hanno un unico obiettivo: raggiungere la destinazione finale. E quindi devono continuare a muoversi, anche a passo di lumaca.

Poi il suono della sirena di un'ambulanza li ha avvisati della presenza di un veicolo che doveva raggiungere la sua destinazione con urgenza e che doveva precederli. Così gli autisti si sono spostati – ora la "precedenza" dell'ambulanza – e l'hanno lasciata passare.

Allo stesso modo, quando una rete trasmette dati, ha anche una configurazione in cui alcuni tipi di dati vengono trattati meglio di tutti gli altri. I pacchetti di dati importanti devono raggiungere la loro destinazione molto più velocemente degli altri, perché sono sensibili al fattore tempo e "scadranno" se non arrivano in tempo.

Perché la qualità del servizio è importante?

In passato, le reti informatiche e le reti aziendali erano entità separate. Le chiamate telefoniche e le comunicazioni a distanza erano in genere gestite da una rete con connessione RJ11. Le chiamate erano monitorate da un sistema PABX. Questo sistema era indipendente dalla rete IP con connessione RJ45 che collegava laptop, desktop e server. I due tipi di rete raramente si intersecavano, a meno che, ad esempio, un computer non avesse bisogno di una linea telefonica per connettersi a Internet. Un esempio di tale rete potrebbe apparire così:

Quando le reti trasmettevano solo dati, la velocità era meno importante. Oggi, le applicazioni interattive che trasportano audio e video devono essere distribuite su reti ad alta velocità, senza perdita di pacchetti o variazioni nella velocità di trasmissione.

Oggi le chiamate di lavoro vengono effettuate tramite applicazioni per riunioni online come Skype, Zoom e GoToMeeting, che utilizzano protocolli di trasporto IP per inviare e ricevere messaggi video o audio. Per motivi di velocità, queste importanti applicazioni possono svolgere il loro compito senza i processi amministrativi che le trasmissioni dati standard in genere richiedono.

Dove si verifica solitamente il collo di bottiglia?

Il meccanismo operativo principale della QoS viene solitamente applicato quando si verifica un collo di bottiglia in un determinato momento o luogo del sistema, e il fattore principale in questo caso sono i parametri impostati in relazione alla larghezza di banda :

Supponiamo che le impostazioni QoS siano impostate per superare la larghezza di banda ricevuta dal tuo ISP. Cosa succede se il traffico del router non viene prioritario perché il sistema "pensa" che la larghezza di banda sia ragionevole? Nel frattempo, se hai raggiunto il limite imposto dal tuo ISP, è lui a decidere cosa può continuare a funzionare e cosa no.

Inoltre, se si imposta il livello di larghezza di banda QoS a un livello inferiore rispetto allo standard dell'ISP, significa che si sta creando un collo di bottiglia "artificiale" che possiamo controllare, monitorare e osservare tramite il router.

Alcuni punti da tenere a mente per garantire la stabilità del sistema, tra cui le impostazioni di Uplink e Downlink :

Iniziamo verificando la velocità media della nostra connessione tramite il provider di servizi Internet. Per farlo, puoi utilizzare alcuni servizi di supporto online disponibili come Speakeasy Speed ​​Test e SpeedTest :

Secondo le raccomandazioni di esperti e di molti utenti esperti, è necessario impostare la QoS a circa l'85% del valore ottenuto dal test per garantire il funzionamento efficace del sistema. Dopo aver determinato la velocità di Uplink e Downlink , è necessario aumentarla gradualmente di circa l'1-2% ogni volta. In alcuni casi particolari, gli utenti possono aumentarla fino al 95% , mantenendo le prestazioni del sistema inalterate, senza effetti collaterali.

Cosa succede se nella rete non viene utilizzato il QoS?

La mancata configurazione corretta della QoS può causare uno (o tutti) i seguenti problemi:

Ritardo

Quando ai pacchetti RTP non viene assegnata una priorità, vengono recapitati alla velocità predefinita del dispositivo. In una rete congestionata, i pacchetti devono viaggiare insieme al resto dei pacchetti non urgenti. Sebbene la latenza di rete di per sé non influisca sulla qualità dei dati audiovisivi trasmessi, influirà sulla comunicazione tra gli utenti finali. A 100 ms di latenza, una persona inizierà a parlare sopra l'altra perché i pacchetti arrivano fuori sincrono, e a 300 ms, la conversazione diventerà incomprensibile.

tremolio

Le applicazioni in tempo reale eliminano il buffering standard a livello di trasporto, quindi non esiste alcun meccanismo per riassemblare i pacchetti in arrivo nell'ordine corretto. Il jitter è la velocità irregolare con cui i pacchetti arrivano sulla rete. Può causare l'arrivo di pacchetti in ritardo e fuori sequenza. Poiché l'applicazione non attende che il flusso sia ordinato correttamente, i pacchetti fuori sequenza vengono eliminati, con conseguenti distorsioni o interruzioni nell'audio o nel video trasmesso.

Perdita di pacchetti

Questo è lo scenario peggiore, in cui alcuni (o una parte) dei pacchetti vengono persi a causa di un'eccessiva congestione sui dispositivi di rete. Quando la coda di output di uno switch o di un router è piena, si verifica un tail drop, ovvero il dispositivo elimina tutti i nuovi pacchetti finché la capacità non è nuovamente disponibile.

In tutti i casi appena visti, la QoS può essere d'aiuto nella pianificazione dei dati, nella gestione delle code e nella prevenzione della perdita di dati.

Non è difficile immaginare come la comunicazione e lo streaming multimediale potrebbero essere gravemente compromessi senza QoS, soprattutto sulle reti che utilizzano il protocollo RTP. Anche se progettato alla perfezione, alla fine la comunicazione diventerà inizialmente difficile, poi peggiorerà con l'aumento del traffico di rete, fino a diventare impossibile.

I tre errori sopra menzionati sono in realtà molto importanti per determinare la qualità del traffico basato su RTP che le aziende di software di monitoraggio della qualità del servizio e della rete come SolarWinds utilizzano come parametro.

Strumenti di rete per il monitoraggio QoS

SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer (prova gratuita)

Sarebbe del tutto ingiusto continuare senza menzionare ulteriormente uno dei migliori strumenti di monitoraggio di rete disponibili: SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer.

Questa suite di monitoraggio di rete aiuta a risolvere problemi che potrebbero essere causati da:

- Rete lenta : una rete lenta può avere un impatto negativo su un'azienda, poiché continua a rallentare la velocità di trasferimento dati. Se non vengono eliminati i colli di bottiglia della rete, l'intera organizzazione subirà una scarsa connettività.

- Comunicazione lenta : un'azienda che non riesce a stabilire un canale di comunicazione chiaro all'interno della propria rete sarà paralizzata. Peggio ancora, non riuscire a comunicare in modo chiaro con i clienti porterà quasi certamente l'azienda nei guai.

- Rete non monitorata : gli amministratori che non riescono a monitorare adeguatamente le proprie reti non saranno in grado di conoscerne lo stato attuale né di pianificare la futura espansione della rete. Senza monitorare la rete e le prestazioni di ciascun dispositivo, i gestori di rete non possono prendere decisioni informate e rischiano di aggravare i problemi di prestazioni della rete.

Grazie a Netflow Traffic Analyzer, gli amministratori di rete saranno in grado di risolvere i problemi più comuni, poiché lo strumento aiuta a:

• Aiuta a implementare la QoS e ad ottimizzarla, attraverso il feedback sul flusso di dati
• Esaminare e segnalare la configurazione attuale della politica QoS, informando le decisioni di progettazione.
• Monitora l'utilizzo della larghezza di banda per determinare quali applicazioni e dispositivi stanno occupando risorse di rete: è possibile isolarli, riprogrammarli o disattivarli.

Una tipica dashboard di Netflow Traffic Analyzer contiene informazioni importanti di cui gli amministratori hanno bisogno per monitorare gli stati e apportare rapide modifiche alle impostazioni. Un esempio:

Questi report e analisi includono: latenza, jitter e perdita di pacchetti.

Paessler PRTG

Un'altra opzione che puoi utilizzare per monitorare la qualità del servizio è Paessler PRTG. Questo toolkit di monitoraggio di rete ha una sezione dedicata al monitoraggio delle prestazioni QoS. Questa funzionalità mostra i flussi di traffico taggati in tempo reale e memorizza anche i dati per l'analisi delle prestazioni e la pianificazione della capacità.

Il software PRTG include 4 sensori di monitoraggio, che coprono 3 diversi metodi di QoS. Sono integrati da un sensore Ping Jitter che monitora la regolarità della consegna dei pacchetti all'interno di un flusso.

I tre tipi di QoS che PRTG può monitorare sono Standard QoS, Cisco IP-SLA e Cisco CBQoS. I monitor QoS standard sono implementati come sensori unidirezionali o sensori Round Trip. Questi monitor possono operare su connessioni Internet.

Cisco IP-SLA Sensor è specificamente progettato per monitorare il traffico VoIP taggato sulla rete. Registra una varietà di parametri per il traffico vocale, tra cui ritardo di andata e ritorno, latenza, jitter e punteggio medio di opinione (MOS).

Cisco CBQoS Sensor segue un'implementazione della Qualità del Servizio basata su classi. CBQoS è un metodo di accodamento e, per implementarlo, è necessario monitorare più punti di ingresso su router e switch. È necessario creare almeno 3 code virtuali per ogni dispositivo, in modo da avere più punti da monitorare.

PRTG può configurare e mappare automaticamente l'intera infrastruttura di rete. Tuttavia, l'implementazione della QoS richiede un processo decisionale, quindi sarà necessario configurare autonomamente il metodo, decidendo a quali tipi di traffico di rete dare priorità.

Paessler ti consente di utilizzare PRTG gratuitamente attivando fino a 100 sensori. Se ne hai bisogno di più, puoi provare il sistema gratuitamente per 30 giorni, con monitoraggio QoS incluso.

Come configurare la QoS?

I router e gli switch via cavo possono essere configurati per dare priorità ai protocolli a cui in genere accede la suite software di gestione dei router. L'intero processo di configurazione delle opzioni QoS è un'attività piuttosto semplice che include:

• Accedi all'app e connettiti all'hub o allo switch tramite essa
• Passare al menu di configurazione QoS
• Imposta le opzioni di priorità del pacchetto

In questo modo, i pacchetti multimediali potranno fluire senza problemi sulla rete. Gli ingegneri di rete più esperti possono eseguire tutte le attività sopra elencate tramite l'interfaccia di configurazione a riga di comando.

Come vengono assegnati i livelli di priorità ai pacchetti RTP?

La priorità dei pacchetti QoS può essere effettuata utilizzando due metodi principali:

- Classificazione : questo metodo efficiente identifica i tipi di pacchetti e ne assegna la priorità contrassegnandoli. L'identificazione può essere effettuata utilizzando ACL (Access Control List), implementando LAN utilizzando CoS (Class of Service) o con l'ausilio di switch che utilizzano la marcatura QoS basata su hardware.

- Code : le code sono buffer di memoria ad alte prestazioni presenti nei router e negli switch. I pacchetti che le attraversano vengono conservati in aree di memoria dedicate in attesa di essere inviati. Quando ai protocolli, come RTP, viene assegnata una priorità più alta, vengono spostati in una coda dedicata che inoltra i dati a una velocità maggiore, riducendo così il rischio di eliminazione. Le code a priorità inferiore non ricevono questo trattamento.

Una cosa importante da ricordare è che la marcatura di priorità di un pacchetto è valida solo all'interno della rete in cui è stato creato. Una volta che il pacchetto lascia la rete, il proprietario della rete ricevente ne determina la nuova priorità.

Cose da considerare quando si assegna la priorità ai pacchetti

Ecco alcuni suggerimenti e cose che possono essere utili quando si decide come dare priorità ai pacchi:

- In genere, è consigliabile assegnare indicatori di priorità ai dispositivi più vicini alla sorgente dati. Questo garantisce che i pacchetti viaggino attraverso l'intera rete con la priorità corretta.

- Il dispositivo scelto per contrassegnare i pacchetti in arrivo dovrebbe sempre essere uno switch. Questo perché questi dispositivi possono bilanciare il carico del traffico sulla rete e condividerlo con altri switch, riducendo così il carico sulle loro CPU.

- Il traffico in entrata è quasi sempre maggiore di quello in uscita. Gli ISP solitamente assegnano meno larghezza di banda al traffico in uscita dei clienti ed è proprio lì (sul percorso di rete in uscita) che deve essere applicata principalmente la QoS.

Cisco fornisce una raccomandazione su come contrassegnare i pacchetti, come mostrato in questo diagramma:

In definitiva, il successo di un'implementazione QoS dipende sempre dalla qualità della policy che regola il modo in cui i pacchetti vengono classificati, contrassegnati e accodati. La policy deve essere attentamente elaborata per un'implementazione QoS di successo.

Per cosa non dovrebbe essere utilizzato il QoS?

Dopo aver letto di QoS, potreste considerarlo una panacea per la congestione di rete. In una certa misura, QoS può rendere più fluide la maggior parte delle comunicazioni RTP e apparentemente snellire il traffico di rete. Sfortunatamente, QoS non è una soluzione universale per ogni problema di rete.

Non utilizzare mai QoS per i seguenti scopi:

Aumentare la larghezza di banda

Sebbene la QoS aiuti a dare priorità ai pacchetti RTP e faccia sembrare che la rete stia improvvisamente aumentando la larghezza di banda, non dovrebbe mai essere interpretata in questo modo. La QoS non dovrebbe mai essere utilizzata come strumento per "aumentare la larghezza di banda", quando il suo unico scopo è utilizzare le risorse esistenti in modo un po' più efficiente (e a favore dei pacchetti RTP).

Si potrebbe invece valutare la possibilità di memorizzare i file nella cache per ridurre la quantità di dati in entrata e in uscita. Se questo non funziona, significa che è stato raggiunto il limite di larghezza di banda. Quando un'azienda raggiunge il limite di larghezza di banda, l'unica opzione praticabile è acquistare altre apparecchiature di rete, anziché utilizzare la QoS.

Evita che la rete si congestioni

Se alcune applicazioni sono ancora in esecuzione e consumano lentamente larghezza di banda, implementare la QoS non è la soluzione. Anche se le chiamate Skype potrebbero finalmente iniziare a funzionare, la QoS non risolverà il problema alla radice. In definitiva, le applicazioni "inghiottiranno" tutte le risorse disponibili, vanificando i vantaggi della QoS.

Una soluzione che potrebbe funzionare in questo caso è quella di cercare le app che consumano troppe risorse e disattivarle o riprogrammarne l'esecuzione dopo l'orario di lavoro.

Ancora una volta, lo scopo principale della configurazione della qualità del servizio (QoS) sulla rete è garantire che le chiamate audio e video in streaming non subiscano ritardi (o addirittura blocchi) a causa della congestione della rete. La qualità del servizio (QoS) non è uno strumento che può effettivamente aumentare la larghezza di banda. Inoltre, non è in grado di gestire una rete congestionata.

Una buona implementazione della QoS migliora la qualità e la velocità dei dati critici ottimizzando la larghezza di banda allocata, facilitando l'etichettatura dei pacchetti in modo che vengano identificati e assegnando priorità specifiche. La QoS utilizza la larghezza di banda disponibile, ma non la espande.

Domande frequenti sulla qualità del servizio in rete

Qual è la differenza tra QoS e Network Throttling?

Il throttling, noto anche come policing, consiste nell'impostare un limite complessivo alla velocità di trasmissione del traffico e nel ridurre i livelli di traffico in eccesso. La QoS è un metodo per dare priorità a un certo tipo di traffico rispetto ad altri e utilizzare le code, massimizzando così la larghezza di banda per una parte del traffico a scapito di quella per un altro.

Qual è il ruolo principale del DSCP nella QoS?

Il Differentiated Services Code Point (DSCP) compare nell'intestazione del pacchetto. Si tratta di un'opportunità a livello di pacchetto per richiedere la priorità al software di gestione QoS sui dispositivi di rete. Il gestore di rete può scegliere di abilitare o disabilitare la rilevazione DSCP sul dispositivo, in modo che questo valore possa essere ignorato a favore di un altro metodo di accodamento QoS.

Puoi spiegare il traffic shaping in QoS?

Il traffic shaping è un metodo utilizzato dalla QoS per ottenere il massimo valore dalla capacità di rete. Tutte le reti sono soggette a picchi di domanda e la pianificazione tradizionale della capacità richiede di fornire larghezza di banda al livello di picco, più un margine di sicurezza. Il traffic shaping della QoS introduce piccoli ritardi su un determinato tipo di traffico per consentire a una rete con capacità inferiore al picco di domanda di gestire tutto il traffico.

Buona fortuna!