De volta ao topo

A Transition Networks é de propriedade total da Lantronix, Inc.

Transition Networks

Qualidade de serviço (QoS)

Abstrato
É evidente que, com a introdução de novas tecnologias, como Voz sobre IP e vídeo digital, os gerentes e administradores de rede têm dificuldade em acompanhar os requisitos cada vez maiores de largura de banda. Essas tecnologias são trazidas com expectativas historicamente altas de confiabilidade e qualidade. As redes de hoje devem tratar esses serviços como alta prioridade. Esses protocolos de rede local de "melhor esforço" tradicionalmente (Ethernet, etc.) enfrentam dificuldades para lidar com esses requisitos de alta prioridade. Quality of Service (QoS) promete melhor tratamento desses novos desafios; aumentando a confiabilidade e a qualidade.

Os administradores de rede têm dois tipos principais de técnicas de QoS disponíveis. Eles podem tentar negociar, reservar e definir a capacidade para certos tipos de serviço (QoS rígido) ou apenas priorizar os dados sem reservar qualquer “configuração de capacidade” (QoS flexível). Este documento discutirá as técnicas de QoS hard e soft incluindo 802.1P, IP Precedence, Differentiated Services, Resource Reservation Protocol (RSVP) e recursos específicos de prioridade ATM. O documento também explicará como implementar recursos de QoS no Conversor de agregação de gerenciamento da Transition Networks.

QoS 101

QoS significa Qualidade de Serviço. No QoS, a largura de banda, as taxas de erro e a latência podem ser monitoradas, amostradas e possivelmente melhoradas. O QoS também oferece um conjunto de ferramentas para ajudar a fornecer dados de forma eficiente, reduzindo o impacto do atraso durante os horários de pico, quando as redes estão se aproximando da capacidade total. QoS não adiciona capacidade; nem multiplexa os sinais como WDM. Ele simplesmente tenta gerenciar melhor o tráfego de dados para que o tráfego de prioridade máxima não seja comprometido. O QoS ajuda a gerenciar o uso da largura de banda aplicando um conjunto de ferramentas como o esquema de prioridade, de forma que certos pacotes (pacotes de missão crítica - obrigatórios) sejam encaminhados primeiro.

QoS vs. Classe de Serviço (CoS)

QoS é freqüentemente usado em conjunto com a Classe de serviço. A definição mais curta de CoS seria “um agrupamento”. O CoS define grupos de tráfego com um tipo específico de serviço, o QoS gerencia esse tipo de serviço e garante que ele seja entregue. Tipos semelhantes de dados, como voz, vídeo ao vivo ou streaming de vídeo e transferência de arquivos grandes, podem ser agrupados em uma classe de serviço e tratados com o mesmo nível de prioridade de serviço.

A necessidade de QoS

Muitos usuários acreditam que mais largura de banda resolverá o problema. Jogar mais largura de banda pode não funcionar mais. A telefonia de voz sobre IP e outras novas tecnologias, como segurança de vídeo em rede, monitoramento remoto e gravação em redes IP, estão se tornando mais populares. Eles começaram a penetrar nas redes tradicionalmente orientadas para dados, forçando os administradores e gerentes de rede a empregar medidas como QoS para acomodar essas tecnologias de forma eficiente e sem qualquer contragolpe no desempenho de uma rede existente.

O tráfego multisserviço é difícil de lidar com eficiência porque cada tipo de tráfego requer uma taxa de transferência diferente e cada um tem uma tolerância diferente para atraso ou sequenciamento de pacotes. Os protocolos de LAN originais de melhor esforço foram projetados para aplicativos como conectividade básica entre estações, transferência de arquivos, e-mail, MRPs e, posteriormente, na Internet.

Figura 1: Integração VoIP

Esses aplicativos não são comprometidos pelo atraso do pacote, portanto, desde que a conexão tenha sido estabelecida e a transferência de dados ocorrida de maneira menos irritante, a rede cumprirá seu propósito. Além disso, o tráfego multisserviço deve coexistir pacificamente com a infraestrutura existente. Em muitos casos, o VoIP deve ser roteado de volta ao PSTN (consulte a Figura 1) para completar a chamada necessária ou o vídeo IP deve ser transmitido pela TV existente de circuito fechado (CCTV).

A largura de banda da rede ainda é importante, mas não é mais o único fator a ser considerado para a implementação de tecnologias futuras. As novas características específicas desse tráfego (atraso, jitter etc.) precisam ser lidas, compreendidas e implementadas.

Uma das chaves na entrega de voz ou vídeo em qualquer mídia é a manutenção de um nível de qualidade. A qualidade da voz ou do vídeo pode piorar devido a três fatores:

Supercompressão

As taxas de compressão são inversamente proporcionais à qualidade de um sinal de voz que é transmitido pela rede e é inferior ao que o usuário está acostumado com o Plain Old Telephone (POTS). Quanto menor a compressão, maior o throughput necessário para transmitir os pacotes de voz, aumentando a possibilidade de congestionamento da rede e consequentemente a perda de qualidade. A compressão pode ser facilmente controlada pelos usuários.

Perda de pacotes na rede

Os pacotes se perdem na rede, o que não é um problema para os aplicativos tradicionais. A qualidade dos aplicativos tradicionais, como transferências de arquivos, é imune à perda de pacotes porque essas perdas são reconhecidas pela rede e retransmitidas. Os produtos VoIP reconstroem os pacotes se o número for mínimo. A regra é que não mais do que 10% de pacotes devem ser perdidos em redes VOIP, caso contrário, a qualidade de voz será comprometida.

Latência

O atraso nas redes de dados não é tão crítico. Esperar que uma página da web carregue não é tão irritante quanto um silêncio em seu receptor quando você está no meio de uma conversa importante. Um atraso máximo de 150 ms é a regra para a latência unilateral alcançar qualidade semelhante à voz POTS.

Os gerentes de rede enfrentam um novo desafio com aplicativos de voz e segurança. O POTS tradicional é altamente confiável em termos de transporte e confiabilidade. É difícil imaginar a situação quando você não tem tom de discagem em nosso telefone, mesmo durante a pior tempestade. Embora fosse aceitável esperar 5 segundos para carregar uma página da web, é impossível tolerar tal atraso durante uma chamada em conferência com o cliente. É impossível aceitar uma quebra de voz ou qualquer latência perceptível.

Essas expectativas estão sendo trazidas para as redes “oportunistas - melhor esforço”, criando a necessidade de QoS. Os sistemas First in First Out (FIFO) tão comumente usados em redes oportunistas devem ser substituídos por ferramentas de alocação de recursos mais sofisticadas, frequentemente dinâmicas, começando com 802.1P e até o RSVP.

Uma condição importante a ser atendida para que o QoS seja bem-sucedido é que ele deve ser empregado e gerenciado ponta a ponta, em várias LANs e WANs (consulte a Figura 2). Isso pode garantir que todos os gargalos sejam resolvidos e que voz / vídeo não sejam distorcidos. Se o QoS for empregado apenas na parte da rede, tudo o que tiver que sair desta rede pelo “gargalo” será tratado e encaminhado na ordem de recebimento, na velocidade disponível e com possível atraso

Figura 2: Aplicação VoIP ponta a ponta

Os protocolos diferem em sua capacidade natural de lidar adequadamente com altos volumes de tráfego e alguns oferecem tradicionalmente maior “confiabilidade”. O ATM é um protocolo de muito sucesso nas aplicações de multimídia porque o ATM pode fornecer taxas e conexões garantidas que são muito valiosas para a transmissão de voz ou vídeo. O ATM prioriza o tráfego atribuindo-o a uma das quatro classes de serviço. Cada classe pode receber um nível de prioridade. Existem as seguintes quatro prioridades / filas de serviço ATM:

  • Taxa de bits constante (CBR) garantia absoluta de um nível de serviço (VoIP ou circuitos de voz padrão).
  • Taxa de bits variável (VBR) para taxas de transmissão em burst variável com um rendimento muito bom, mas nenhuma garantia quanto à consistência ao longo do tempo (FTP, streaming).
  • A taxa de bits disponível (ABR) oferece uma garantia mínima.
  • Taxa de bits não especificada (UBR) que não oferece garantias, qualquer largura de banda restante pode ser usada.

O ATM pode trabalhar junto com as configurações de prioridade feitas na LAN Ethernet. No entanto, o ATM, devido à menor penetração da LAN, não será capaz de resolver todos os problemas de QoS da LAN. Isso terá que ser feito por um “protocolo de escolha para LANs” - Ethernet.

Ethernet representa mais um protocolo oportunista. Ethernet é um protocolo de transmissão sem conexão e é o “Melhor esforço - assim que possível”. A Ethernet foi projetada para ser menos complexa e, portanto, menos cara. Quando os dados são transmitidos, a Ethernet aloca a largura de banda máxima possível para essa transferência até que a rede fique sem largura de banda. Conseqüentemente, o “tráfego crítico” é tratado como qualquer outra transferência, de modo que praticamente se afoga no mar de dados menos críticos / significativos. Isso significa que funcionará perfeitamente com voz e vídeo no momento em que não houver congestionamento.

QoS na empresa

As redes raramente são projetadas para o pior cenário (sobrecarga máxima), então o QoS ajuda a gerenciar com eficácia o que temos à nossa disposição sem adicionar largura de banda magicamente.

As redes empresariais de hoje estão experimentando uma complexidade cada vez maior e a igualdade de pacotes se tornou uma música do passado. Abaixo (Tabela 1) definimos diferentes tipos de tráfego, seus requisitos de largura de banda e tolerância de atraso para cada um deles. A pontuação de tolerância explicará como os usuários são tolerantes em relação a cada serviço quando as coisas não correm tão bem quanto gostaríamos.

Consulte o PDF para ver o diagrama Requisitos de desempenho por tipo de mídia.

Nossa tolerância a atrasos determina que tipo de fator de tempo implementar. A tolerância relativamente alta dos usuários em relação a atrasos em serviços como navegação na Internet, hospedagem na web, transferência de dados ou fax permite que os designers de rede permitam o armazenamento em buffer de transporte de tais serviços. Os aplicativos em tempo real requerem o estabelecimento de benchmarks para o serviço.

Figura 3: Possíveis gargalos na implementação de VoIP

Obviamente, os requisitos de largura de banda mencionados acima não produzem problemas em uma operação de pequena empresa. A Fast Ethernet de 100 Mbps pode oferecer suporte a esses serviços, mas o que acontece em organizações maiores? E quanto ao ponto-a-ponto, quando os dados vão “para fora” da LAN corporativa? Novamente, um dos principais problemas técnicos com QoS é que ela deve ser suportada de ponta a ponta para ser eficaz (consulte a Figura 2). A telefonia IP e a videoconferência, ao contrário da navegação básica na Internet, devem ter uma taxa de transferência mínima garantida para que possam funcionar corretamente.

Uma conexão LAN de 100 Mbps não pode garantir uma conexão de voz com outra LAN através de uma conexão WAN de 128 Kbps. Devido à natureza e aos requisitos dessa comunicação, a conexão deve ser contínua e não há espaço para armazenamento em buffer de voz.

Então, em tempos de congestionamento - o que pode ser feito para garantir que essas peças críticas fluam e o atraso seja mínimo?

Você precisa primeiro definir que tipo de tráfego causa o gargalo e onde ele está localizado. Isso pode muito bem identificar uma das seguintes causas de congestionamento:

Uso máximo. Muitos pacotes estão sendo enviados pela rede pelos usuários. Uma análise mais detalhada dos grandes padrões de tráfego pode, às vezes, identificar rapidamente a causa, se for considerada desnecessária. O tráfego necessário também pode causar congestionamento porque a rede existente não pode fornecer capacidade de comutação e roteamento. Segmentar a rede pode ajudar.

Se sua rede ainda estiver congestionada e você não puder gastar mais largura de banda nela, você pode aplicar o conjunto das seguintes ferramentas:

  • Priorizar usuários
  • Priorizar segmentos
  • Priorizar aplicativos
  • Reservar / limitar a largura de banda para determinados usuários
  • Reservar / limitar a largura de banda para determinados aplicativos
  • Selecione os aplicativos que podem ser interrompidos

Tendo definido quem e o que tem prioridade, os administradores de rede têm um conjunto de ferramentas para implementar essas regras. Por exemplo, eles podem dar prioridade a determinados usuários com base em seu endereço IP (endereço de origem). Ou eles podem priorizar por segmento por meio de máscara de sub-rede ou endereço de destino. Priorizar a aplicação significa que todos os serviços de Voz sobre IP têm uma prioridade mais alta do que, digamos, e-mail.

Os dispositivos leem as instruções quanto à prioridade ou alocação de largura de banda e pacotes de fila nos quatro tipos de filas a seguir:

  • Fila prioritária de fila de alta prioridade para baixa prioridade. Os pacotes são enviados das filas de prioridade mais alta primeiro (conforme explicado no IEEE 802.1P).
  • Fila justa ponderada. Ele permite serviços de largura de banda garantida, mas no mesmo link compartilhado.
  • O enfileiramento baseado em classe divide o tráfego do usuário em classes. Essas classes são atribuídas com base em endereços IP, protocolos e tipos de aplicativos

 

Figura 4: IEEE® 802.1P

Priorização QoS IEEE® 802.1P em LANs

O IEEE 802.1P é uma técnica de sinalização para priorizar o tráfego de rede no link de dados / subcamada MAC (OSI Reference Model Layer 2). O cabeçalho 802.1P inclui um campo de três bits para priorização, que permite que os pacotes sejam agrupados em várias classes de tráfego. Os switches compatíveis com IEEE 802.1P pegam essa tag (o pacote contém um cabeçalho de tag de 32 bits localizado após um cabeçalho de endereço de destino e origem), lê-o e coloca o pacote na fila de prioridade apropriada. Nenhuma largura de banda é reservada nem solicitada por esta técnica.

Existem oito níveis (0-7) de prioridade e, conseqüentemente, oito filas que podem ser criadas (consulte a Figura 4). O nível sete representa a prioridade mais alta. Isso será atribuído a aplicativos de missão crítica. Os níveis 6 e 5 são projetados para aplicativos sensíveis a atrasos, como vídeo interativo e voz. Os níveis quatro e abaixo são adequados para transferência regular de dados corporativos, bem como streaming de vídeo. O nível zero é atribuído a um tráfego que pode tolerar todas as desvantagens de um protocolo de melhor esforço.

O switch analisará o pacote com base na tag “P” e o colocará na fila de prioridade apropriada para envio. O usuário pode ter até oito filas de prioridade. Um algoritmo ajustável é empregado para escolher quantos pacotes estão sendo enviados de cada fila antes que os pacotes na fila de prioridade mais baixa sejam enviados.

Figura 5: Algoritmo ajustável para enfileiramento de pacotes

O Transition Networks Management Aggregation Converter (MAC) é um conversor que permite que a extremidade remota da rede seja gerenciada. Um dos muitos recursos do MAC inclui o suporte a pacotes 802.1P. O MAC lê a tag 802.1P e coloca os pacotes de entrada em uma fila de alta prioridade ou uma fila de baixa prioridade. O gerenciador de rede define o limite de nível de prioridade (0-7) que determina se um pacote é colocado na fila de alta prioridade ou o fila de baixa prioridade. . Por exemplo, se o limite for definido como 4, uma etiqueta “P” de 5 será encaminhada para a fila de alta prioridade, enquanto um pacote com uma etiqueta “3” será colocado na fila de baixa prioridade. O conversor MAC também implementa um algoritmo ajustável pelo usuário para a seleção da fila de pacotes. Conforme mostrado na Figura 5, 15 pacotes da fila de alta prioridade serão enviados e, em seguida, um pacote da fila de baixa prioridade será enviado antes que o conversor MAC volte para a fila de alta prioridade novamente.

Figura 6: configuração de prioridade de porta

O usuário também pode definir uma alta prioridade em uma porta específica (para telefones IP, etc.) e isso colocará automaticamente todos os pacotes nesta porta em uma Fila de alta prioridade. (veja a Figura 6) Além do enfileiramento, os conversores MAC também permitirão que os usuários desabilitem / habilitem a Pausa em aplicativos de prioridade mais alta para que o tráfego em tempo real (Voz) não seja pausado em tempos de congestionamento. (veja a Figura 7)

Todo o gerenciamento do conversor pode ser executado por um software de interface gráfica do usuário (GUI) totalmente compatível com SNMP - Focal Point ™ ou também pode ser gerenciado por meio do gerenciamento baseado na web usando qualquer navegador da web. QoS 802.1P é uma ferramenta eficiente para priorização dentro de uma LAN. A QoS também pode ser acompanhada por precedência de IP ou por mecanismos de QoS de Camada 3 - Serviços diferenciados para obter a priorização inter LAN.

Precedência de IP

O protocolo IP inclui o Tipo de Serviço (ToS) um campo de 8 bits, destinado ao uso na priorização de pacotes. Ele aloca três dos bits ToS para criar até 8 níveis de prioridade e três bits para descrever a sensibilidade ao atraso, bem como a perda de pacotes. O conversor MAC da Transition Networks é transparente para esses pacotes.

Figura 7: Pausa IEEE® 802.1P

Serviços Diferenciados

Outro método muito popular de QoS na empresa são os serviços diferenciados. É um método eficiente de gerenciamento de tráfego com base em sua classe. Os Serviços Diferenciados (Diffserv) priorizam certos tipos de tráfego, como tráfego de voz, sobre outros tipos de comunicações. Funciona categorizando os pacotes IP em classes. Os seis bits no byte de tipo de serviço contido no cabeçalho IP de cada pacote, especifica um tipo de comportamento particular que determina o esquema e a prioridade de encaminhamento do pacote.

Os serviços diferenciados podem oferecer o seguinte:

  • Expedited Forwarding (EF), que define atraso e jitter mínimos. Modo preferido para o VoIP.
  • Encaminhamento garantido (AF), que apresenta três taxas de descarte de pacotes selecionáveis. Durante o congestionamento, os pacotes com alta precedência de queda são descartados. Assim, permitindo que o tráfego mais importante marcado com precedência de queda inferior para passar.
  • O melhor esforço coleta o restante da largura de banda não alocada para EF e AF.

DiffServ pode ser usado como um mecanismo de QoS em redes corporativas. É escalonável. Quase todos os novos produtos de roteador, bem como produtos finais, como telefones VoIP, suportam DiffServ e podem marcar os pacotes com o tipo de comportamento por salto apropriado. A marcação de serviços diferenciados na borda é lida e compreendida no núcleo e os pacotes são encaminhados com base nos esquemas de prioridade mencionados acima. O Mac Converter da Transition Networks passa esses pacotes de forma transparente.

Esses serviços de QoS não fazem parte de nenhuma negociação ou sinalização entre os próprios dispositivos. Essas regras são atribuídas por administradores de rede local que entendem os motivos de congestionamento mencionados acima e ajustam as prioridades para usuários, aplicativos ou serviços de acordo. Essas tags atribuídas são passadas no pacote e NÃO estão sujeitas a alterações durante o processo de autonegociação ou outras formas de sinalização. Essa abordagem é chamada de SOFT QoS. 802.1P, IP Precedence e DiffServ são exemplos de técnicas de QoS suaves.

QoS difícil

Hard QoS descreve o processo durante o qual os dispositivos da rede por meio de sinalização podem negociar, solicitar e ajustar níveis de prioridade para diferentes tipos de tráfego com base nos valores previamente acordados. O Hard QoS inclui protocolos como o Integrated Services / Resource Reservation Protocol.

Figura 8: RSVP

O RSVP permite que dispositivos de rede, como roteadores ou switches, solicitem a largura de banda necessária / garantida de outros dispositivos na rede para um tipo de tráfego específico (por exemplo, VoIP). As variações de atraso desejadas também podem ser definidas nesta abordagem. O RSVP envia uma solicitação para reservar largura de banda específica ou capacidade de comutação / encaminhamento de outros dispositivos na rede. Esse requisito enviado pela rede é chamado de especificação de fluxo. Os requisitos podem resultar em três tipos de transferência desejados:

  1. Melhor esforço tradicional
  2. Sensível à taxa - VoIP requer uma largura de banda estabelecida de serviço de taxa de bits garantida para aplicativos de streaming de vídeo.
  3. Sensível a atrasos - VoIP exige que o atraso máximo seja definido e esse máximo não possa ser excedido.

Resumo

O tráfego de voz, áudio e vídeo pressiona cada vez mais as redes LAN e WAN. Os usuários estão acostumados com a alta confiabilidade e alta qualidade das tecnologias padrão de voz e vídeo. Embora o meio de transporte esteja mudando, nossas expectativas permanecem as mesmas. O VoIP não será tão afortunado quanto a tecnologia móvel, em que os usuários sacrificam a alta qualidade pela conveniência de ter um telefone na estrada. As LANs e seus, na maioria dos casos, protocolos oportunistas / de melhor esforço enfrentam dificuldades para lidar com essas altas expectativas e requisitos.

Por outro lado, os projetos de implementação de vídeo e telefone IP acontecerão em um ritmo cada vez maior, uma vez que as empresas já estão começando a abraçar totalmente as economias de custo geradas por essas tecnologias. Este processo de aceleração não será acompanhado por um crescimento adequado na capacidade da rede. QoS é uma alternativa atraente para adicionar largura de banda à rede sem objetivo.

Quando os dados de voz se tornam parte de uma rede, a prioridade deve ser dada aos pacotes de voz para "atender" a alta qualidade esperada das chamadas de voz. A ATM projetou capacidade para QoS bem-sucedida, mas como a Ethernet é executada em 85% de LANs, a QoS também deve ser executada com eficiência nesta plataforma. 802.1P, IP Precedence e DiffServ - (técnicas de QoS suaves) ajudam os administradores a priorizar diferentes tipos de tráfego sem quaisquer reservas de recursos. RSVP, uma técnica de QoS difícil ajudará a reservar um nível necessário de capacidade para oferecer suporte ao esforço de QoS. Nenhuma dessas técnicas é à prova de falhas. QoS deve ser planejado de ponta a ponta para que os gargalos sejam identificados e removidos.

Finalmente, QoS não fará mágica e não isentará os gerentes de rede de planejar e alocar recursos de acordo. Mas os vários elementos que compõem o QoS podem oferecer ferramentas poderosas para permitir que os gerentes de rede melhorem o desempenho da rede.

Uso os produtos da Transition Networks nas instalações de meus clientes há anos. Sempre achei seus produtos, atendimento ao cliente, vendas e suporte técnico de primeira linha. Eu nem mesmo consideraria usar outra marca.

Gerente de Projetos Sênior no Provedor de Soluções de TI

Perto

Solicite um orçamento da distribuição

Nossos produtos são vendidos por meio de nossa rede mundial de parceiros. Solicite uma cotação abaixo e nossos especialistas em rede facilitarão o processo de cotação, garantindo que você obtenha os produtos e soluções de que precisa com o parceiro certo para você.

Para grandes projetos acima de $2.000, podemos oferecer preços com descontos especiais
Nome do distribuidor ou revendedor que você gostaria de processar sua cotação. Para saber mais sobre nossos parceiros em sua área, consulte nosso Como comprar a página

Este produto foi adicionado com sucesso à sua cotação.

Clique aqui para ver sua cotação.

Sua cotação foi criada com sucesso!

Clique aqui para ver sua cotação.

Editar produtos - Editar Detalhes

Sua cotação ainda não contém nenhum produto.

Editar produtos - Editar Detalhes

produtos Quantidade

Sua cotação ainda não contém nenhum produto.

Sua solicitação de orçamento foi enviada com sucesso.

Você receberá um e-mail de confirmação em breve para facilitar o processo de cotação. Se você gostaria de salvar sua cotação solicitada, Conecte-se ou Crie a sua conta aqui.

Erro

Ocorreu um erro ao processar sua cotação. Atualize a página e tente novamente.

Solicitando orçamento ...
Pergunte aos especialistas