Quality of Service (traffic management)
Uit TeleWiki
Quality of Service (QoS) is een methode om verkeer op een pakketgeschakeld netwerk als Internet te prioriteren door middel van een mechanisme van capaciteitsreservering. Het prioriteren heeft tot doel ervoor te zorgen dat de belangrijkste data zo snel mogelijk door het netwerk verzonden wordt.
QoS wordt ook gebruikt in als maat voor servicekwaliteit, met vele verschillende definitievormen, in plaats van capaciteitsreserveringsmechanisme. Quality of Service verwijst soms naar het niveau van de kwaliteit van de dienstverlening, dus de gegarandeerde servicekwaliteit. Hoge QoS wordt vaak verward met een hoge 'performance' ofwel hoog niveau van servicekwaliteit, bijvoorbeeld een hoge bitsnelheid, lage latency en lage biterror rate.
Inhoud |
Hoe het werkt
QoS werkt door onbelangrijke pakketten (lage prioriteit) te vertragen, of zelfs geheel weg te gooien als er een teveel verkeer over het netwerk (verbinding) moet. Op deze manier wordt ruimte gemaakt op het netwerk (verbinding) om belangrijke pakketten (hoge prioriteit) wel en zo snel mogelijk op de bestemming te krijgen. In principe kan de 'router', als hij bekend is met de beschikbare capaciteit op het netwerk (verbinding), het verkeersaanbod zodanig aanpassen, dat de pakketten met lage(re) prioriteit de 'gaten opvullen' die overblijven, nadat de pakketten met hoge(re) prioriteit zijn verzonden. Dit proces wordt ook wel traffic shaping genoemd.
QoS is niets anders dan een mechanisme voor systematische vertraging, omdat het principieel onmogelijk is om met behulp van QoS de snelheid van een datapakket te verhogen. Wat er gebeurt is dat de router op basis van de verwachte of berekende beschikbare bandbreedte berekend hoeveel data uit de buffer verzonden kan worden, waarbij de te verzenden gegevens naar aflopende prioriteit uit de buffer worden gehaald. Dit proces gaat door totdat de buffer leeg is, of dat de buffer vol raakt. Data die niet verzonden kon worden, wordt gewoonweg weer in de buffer gestopt en op basis van prioriteit in de volgende ronde verzonden.
De specifieke benaming van de prioriteitsniveaus verschilt per merk en type router: "low", "bulk" en "best effort" zijn veel voorkomende benamingen voor lage prioriteit, "high" of "premium" voor hoge prioriteit.
Er zijn diverse criteria voor het prioriteren van datapakketten, waaronder ook criteria die door de applicaties zelf worden vastgesteld. Eenvoudige routers gebruiken bijvoorbeeld het MAC-adres, de ethernet-poort, of de TCP/IP poort.
Toepassing van QoS-mechanisme in netwerken
QoS in ATM-netwerken
ATM biedt inherent een aantal mechanismen om de QoS te beheren. Er zijn standaard vier klassen (CoS's) -hoofdgroepen met specifieke QoS-eigenschappen- beschikbaar:
- Constant Bit Rate (CBR)
- is een Class of Service waarvan de QoS is geoptimaliseerd voor toepassingen die niet funtioneren bij onder een bepaalde minimale bandbreedte en niet profiteren van meer bandbreedte. Er wordt in dit geval alleen een 'Peak Cell Rate' (PCR) gedefinieerd.
- Variable Bit Rate (VBR)
- is een Class of Service waarvan de QoS is geoptimaliseerd voor toepassingen die een wisselend aanbod van informatie geven, met een bepaalde peak-rate. Hiervoor wordt een gemiddelde snelheid (Average Cell Rate (AVR)) vastgelegd en een peak-level voor een zekere maximum duur. Er zijn twee varianten van VBR voor real-time en niet real-time toepassingen. Deze worden wel aangeduid met VBR+ resp. VBR-nrt.
- Available Bit Rate (ABR)
- Deze Class of Service biedt alleen een Minimum Cell Rate. Daarboven is niets gegarandeerd.
- Unspecified Bit Rate (UBR)
- In feite zonder enige QoS indicatie of garantie, behalve de maximale bit-rate van de onderliggende transportverbinding.
Daarnaast is binnen de meest klassen nog parameters als Cell Delay Variation Tolerance (CDVT), die het 'klonteren' van cellen in de tijd definieert. Om ervoor te zorgen dat de gedefinieerde, overeengekomen QoS ('traffic contract') wordt behaald, gebruikt het netwerk gewoonlijk 'traffic shaping' (markering van cellen en wachtrijen/buffers). Door middel van 'Policing' (het 'droppen' (vernietigen) van cellen bijvoorbeeld in geval van overschrijding PCR) kan het 'traffic contract' ook daarwerkelijk gehandhaafd worden.
QoS van het Internet
IP kent beperkte voorzieningen voor het beheer van de QoS en verkeersregulatie. In de header van ieder IP-pakket is een (1) byte gedefinieerd, de Type of Service byte, die een indicatie aangeeft voor het type van de inhoud en het gewenste type van de dienst.
QoS van Ethernet
In de QoS van een Ethernet netwerk kan differentiatie aangebracht worden in 8 klassen (CoS) door gebruik te maken van de drie prioriteitsbits, die beschikbaar zijn in de Ethernet frame-header. Ethernet kent geen mechanisme om capaciteit of 'throughput' te reserveren of garanderen. Naast capaciteitsaanbod en -vraag is het daadwerkelijk QoS-niveau tevens afhankelijk van het onderliggende transport. In de WAN-omgeving worden hiervoor door providers MPLS of VPLS gebruikt, waardoor de QoS bijvoorbeeld afhankelijk is van de toegepaste overboeking ('contention-ratio').
QoS in IP-VPN's
Providers bieden in veel gevallen aparte, van het publieke 'www' gescheiden, IP-netwerken, waarmee het mogelijke garanties te bieden met behulp van QoS. In deze netwerken wordt gebruik gemaakt van technieken als ATM, DSL en Ethernet. En vaak zijn deze netwerken gebaseerd op MPLS-techniek. Het niet correct ontwerpen en implementeren als gevolg de complexiteit kan diverse problemen veroorzaken, die meestal als resultaat een verminderde QoS (kwaliteitservaring) veroorzaken.
Voorkomende problemen
Standaard upstream QoS kan de ervaren kwaliteit van toepassingen als VoIP aan de ontvangende zijde verbeteren, door het spraakverkeer met een hogere prioriteit te verzenden. Door ditzelfde mechanisme aan twee (zend-)zijden toe te passen verbetert de kwaliteitservaring aan beide (ontvangst-)zijden. Echter er zal een probleem blijven voor downstream of Ingress (inkomend) bulkverkeer. Bijvoorbeeld filedownloads of printeropdrachten kunnen op deze manier de spraakkwaliteit negatief beïnvloeden.
Oplossingen voor deze problematiek zijn gevonden in het toepassen van MPLS en ontwikkelingen als Downstream QoS. MPLS oplossingen worden door veel providers aangeboden; overigens blijft een juiste configuratie hierbij een specialistische aangelegenhedi. Hardware-oplossingen voor Downstream QoS worden geleverd door:
- Cisco Systems
- Pakketeer
- Patton Electronics Co. (Smartnode)
