کیفیت خدمات یا QoS چیست؟

کیفیت خدمات یا QoS چیست؟ QoS یا در فارسی کیفیت خدمات (Quality of Service) به هر نوع فناوری گفته و اطلاق می گردد که ترافیک داده ها را در جهت کاهش تاخیر ( Latency ) و از دست رفتن پکت ها ( Packet Loss ) و جیتر ( Jitter ) در شبکه مدیریت می نماید. QoS با اولویت بندی انواع داده در شبکه، منابع شبکه را کنترل و مدیریت می نماید. شبکه های سازمانی ( Enterprise ) باید خدمات قابل قبول و محاسبه شده ای را جهت عبور ترافیک سرویس های کاربردی مانند ترافیک های صوتی ( VOIP ) و تصویری ( Video Call ) که داده های حساس به تاخیر هستند، ارائه دهند.

فهرست

  1. کیفیت خدمات یا QoS چیست؟
  2. اصطلاح کلاس خدمات ( Class of Service ( CoS ))
  3. پارامتر های QoS
  4. چرا QoS اهمیت دارد؟
  5. QoS چگونه کار می کند؟
  6. مزیت های استفاده از QoS چیست؟
  7. مکانیزم QoS
  8. ابزارهای QoS

 

کیفیت خدمات یا QoS چیست؟ – Quality of Service

کیفیت خدمات یا QoS چیست؟ - Quality of Service

سازمان ها از QOS برای برآورده کردن نیازهای ترافیکی برنامه های حساس مانند ترافیک های لحظه ای صوتی ( VOIP ) و تصویری ( Video Call ) و جلوگیری از افت کیفیت آن ها که تحت تاثیر از دست رفتن داده ها ( Packet Loss )، تاخیر ( Latency ) و جیتر ( Jitter ) می باشد، استفاده می نمایند. سازمان ها می توانند با استفاده از ابزارها و تکنیک های خاصی مانند جیتر بافر ( Jitter buffer ) و شکل دهی ترافیک ( Traffic shaping )، به یک QoS مناسب دست پیدا نمایند. برای بسیاری از سازمان ها QoS در توافقنامه سطح خدمات ( SLA ) با ارائه دهنده خدمات شبکه ای آن ها گنجانده شده است تا سطح مشخصی و قابل قبولی از عملکرد شبکه را تضمین نماید.
اصطلاح کلاس خدمات ( Class of Service ( CoS )) گاهاً به جای QoS استفاده می گردد. اما این دو با هم کمی تفاوت دارند. فناوری ( CoS ) به طور خاص تضمین کننده سطح خدمات از نظر پهنای باند نیست و بیشتر به کنترل ترافیک به صورت کلی تر می پردازد نه جزء به جزء. در بسیاری موارد، شخصی که به ( CoS ) و یا ( QoS) اشاره نماید، احتمالاً در مورد یک چیز مشترک صحبت می نماید.

 

پارامتر های QoS

 

  • از دست دادن داده ها ( Packet Loss ): از دست دادن داده ها زمانی اتفاق می افتد که لینک های شبکه متراکم و شلوغ می شوند و روترها و سوئیچ ها شروع به Drop کردن بسته ها می نمایند. هنگامی که بسته ها در زمان ارتباطات حساس مانند تماس های صوتی ( Voice ) و یا تصویری ( Video Call ) از بین می روند یا به اصطلاح Drop می شوند، این ارتباطات میتوانند دچار لرزش ( jitter ) و یا ایجاد فاصله و شکاف در گفتار شوند. هنگامی که صفی از بسته ها شکل می گیرند و منتظر ارسال هستند، بسته ها ممکن است از بین بروند یا به اصطلاح Drop شوند.
  • جیتر ( Jitter ): جیتر می تواند حاصل از تراکم شبکه و یا تغییر مسیر ها ( Route Changes ) باشد. جیتر ( Jitter ) بیش از حد مجاز می تواند کیفیت ارتباط های صوتی ( Voice ) و یا ویدیویی ( Video Call ) را کاهش دهد.
  • تاخیر ( Latency ): زمانی که طول می کشد تا یک بسته از مبداء به مقصد ارسال شود. تاخیر باید تا حد امکان نزدیک به صفر باشد، اگر تماس های صوتی ( VOIP ) دارای میزان تاخیر بالایی باشد، کاربران کیفیت تماس پایینی را تجربه خواهند نمود.
  • پهنای باند ( Bandwidth ): پهنای باند ظرفیت یک لینک ارتباطی شبکه جهت انتقال حداکثر مقدار داده از یک نقطه به نقطه دیگر در مدت زمانی مشخص است. QoS عملکرد شبکه را با مدیریت پهنای باند ( Bandwidth ) و گذاشتن برنامه های کاربردی در اولویت بالاتر بهینه می نماید.

 

چرا QoS اهمیت دارد؟

 

بدون QoS داده ها و ترافیک شبکه به دلیل پراکندگی، ممکن است تراکم ایجاد نمایند، تا جایی که باعث عملکرد ضعیف شبکه شود و در مواردی حتی شبکه به طور کلی Down شود. کیفیت خدمات ( Quality of service ) به این دلیل اهمیت دارد که سازمان ها باید خدمات پایداری را برای استفاده کارکنان و مشتریان ارائه نمایند. اگر سرویس های یک سازمان مطمئن نباشد، ارتباط کارکنان و مشتریان نیز در معرض خطر قرار خواهد گرفت. علاوه بر این، یکپارچگی و امنیت اطلاعات و داده ها در شرکتی بدون QoS در معرض خطر است و به طور کلی کارکنان و مشتریان برای انجام امور خود وابسته به ارتباطی مطمئن و تضمین شده هستند. هنگامی که کیفیت خدمات کاهش می یابد، کیفیت فعالیت ها نیز آسیب خواهد دید.
 

QoS چگونه کار می کند؟

 

وقتی سازمان ها از شبکه های خود برای ارسال و دریافت اطلاعات استفاده می نمایند، اطلاعات یا داده ها به فرمت بسته ( Packet ) تبدیل می گردند. بسته ها روشی هستند که کامپیوتر ها اطلاعات را جهت انتقال از طریق شبکه سازماندهی می نمایند، مانند اینکه یک شخص اقلام مورد نظر خود را برای ارسال از طریق پست بسته بندی می نماید. ابزارهای QoS، مسئولیت اولویت بندی بسته ها را بر عهده می گیرند تا بتوان از حداکثر ظرفیت محدود پهنای باند موجود در شبکه بهره برد. به عبارتی شبکه فقط می تواند میزان مشخصی اطلاعات را در مدت زمان معین انتقال دهد، بنابراین ابزار QoS بسته ها را به گونه ای اولویت بندی می نماید که این اطمینان حاصل شود که پهنای باند برای ارائه بهترین خدمات تحت شبکه ممکن در آن لحظه خاص مقدور باشد.
به عنوان مثال بسته های یک تماس ویدیویی ( Video Call ) نسبت به بسته های دانلود یک ایمیل اولویت دارند، و این موضوع به این دلیل است که تماس ویدیویی شکل ارتباطی هماهنگ تری نسبت به دریافت و دانلود یک ایمیل دارد و تماس ویدیویی ارتباطی است که باید در لحظه ( Real Time ) انجام پذیرد، در حالی ترافیک ایمیل الزاماً به زمان حساس نمی باشد. اگر در تماس های صوتی و یا ویدیویی بسته ای از بین برود یا به عبارتی Drop شود باعث ایجاد تاخیر و لرزش در ارتباط خواهد شد. در صورتی که اگر بسته ها در فرآیند ارسال و یا دریافت ایمیل ( Drop ) شوند و یا تاخیر داشته باشند، همچنان میتوانند مجدداً ارسال شوند و کاربر هیچ گونه نقصی در سرویس را تجربه نخواهد نمود.
کاربران تنها زمانی ایمیل را دریافت می نمایند که همه بسته ها به مقصد خود رسیده باشند، در حالی که شخصی که تماس صوتی یا تصویری برقرار می نماید، در حال استفاده لحظه ای از بسته ها می باشد. یک ابزار QoS برای اولویت بندی بسته ها به سر برگ بسته ( Header ) نگاه می نماید. سربرگ های بسته ( Header ) بیت های اطلاعاتی هستند که به ابزارها و سایر اجزای شبکه می گویند، که بسته حاوی چیست و به کجا می رود ( IP مقصد ) و برای چه چیزی استفاده خواهد گردید. ابزار QoS همچنین می تواند با مشاهده سر برگ بسته ( Header ) تعیین نماید که برای مثال یک بسته جهت مشاهده ویدیوهای اینترنتی است و آن را با اولویت پایین تری در اولویت بندی ترافیک ها قرار دهد. همچنین ابزار QoS قادر است بخشی از Header بسته را برای تعیین اولویت تغییر دهد.
مدیریت جریان QoS
 

مزیت های استفاده از QoS چیست؟
 

مزیت اصلی QoS تضمین در دسترس بودن شبکه یک سازمان و برنامه های کاربردی اجرا شده در آن می باشد. انتقال کارآمد و ایمن داده ها از طریق QoS در شبکه همچنین این امکان را برای سازمان ها فراهم می آورد که به جای ارتقاء زیر ساخت شبکه به جهت افزایش پهنای باند، از پهنای باند فعلی خود به طور بهینه و موثر استفاده نمایند.
 

دیگر مزیت های استفاده از QoS عبارتند از :
 

  • برنامه های کاربردی و حیاتی همواره به منابع مورد نیاز شبکه خود دسترسی خواهند داشت
  • ادمین ها (مدیران شبکه) می توانند ترافیک های شبکه را بهتر مدیریت نمایند
  • سازمان ها می توانند با حذف نیاز به خرید زیر ساخت های جدید شبکه، هزینه ها را کاهش دهند
  • کاربران استفاده بهتری از منابع شبکه را به صورت چشمگیر تجربه خواهند نمود

 

پیاده سازی QoS
 

در هنگام پیاده سازی ابزارها و استراتژی های QoS، سازمان ها باید این مراحل را طی نمایند:

  • برنامه ریزی: سازمان ها باید درک درستی از نیازها و الزام های خدمات هر بخش به دست آورند و مدل مناسبی برای سازمان خود انتخاب نمایند
  • طراحی: سازمان ها بایستی تمام تغییرات مهم نرم افزاری و سخت افزاری را مورد توجه قرار دهند و مدل QoS انتخابی را در مشخصات معماری شبکه خود اعمال نمایند.
  • تست: سازمان باید تنظیمات و سیاست های QoS را در یک محیط آزمایشی، که بتواند مشکلات را برطرف نماید، آزمایش نماید.
  • استقرار: سیاست ها باید در مراحل جداگانه اجرا شوند. یک سازمان ممکن است تصمیم بگیرد که سیاست ها و تنظیمات را بر اساس بخش های شبکه یا بر اساس عملکرد های مختلف سیاست های QoS به صورت جداگانه اجرا نماید.
  • نظارت و تحلیل: سیاست ها باید با توجه به داده های عملکرد به نحوی تنظیم شوند که باعث بهبود عملکرد شوند

 

فلو چارت QoS
 

سه مدل برای پیاده سازی QoS وجود دارد:

 

  • Best Effort: مدلی از QoS است که در آن همه بسته ها اولویت یکسانی دارند و هیچ تضمینی برای ارسال و دریافت بسته ها وجود ندارد. این مدل زمانی اعمال می گردد که در شبکه هیچ سیاست QoS پیکربندی نشده باشد و یا زیر ساخت شبکه از QoS پشتیبانی نکند.
  • integrated Services: مدلی از QoS است که پهنای باند را در طول یک مسیر خاص در شبکه رزرو می نماید. برنامه ها از شبکه درخواست رزرو منابع می نمایند و دستگاه های شبکه جریان بسته ها را مانیتور می نمایند تا این اطمینان حاصل شود که برنامه مورد نظر بسته های خود را بدون مشکل در مسیر رزرو شده ارسال می نمایند. پیاده سازی integrated Services نیازمند مسیریاب هایی ( Router ) با قابلیت ( RSVP) است که بتوانند منابع شبکه را رزور نمایند. این مدل از QoS مقیاس پذیری ( Scalability ) محدود و مصرف بالایی از منابع شبکه دارد.
  • Differentiated Services: مدلی از QoS است که در آن تجهیزات شبکه از جمله روترها ( Router ) و سوئیچ ها ( Switch ) برای سرویس دهی کلاس های ترافیک مختلف با اولویت های متفاوت پیکربندی شده می شوند. برای مثال ترافیک های صوتی می تواند اولویت بالاتری نسبت به ترافیک های دیگر داشته باشد. معماری شبکه همچنین بر نحوه پیاده سازی QoS توسط یک سازمان تاثیر می گذارد.

مکانیزم QoS
مکانیزم های QoS بسته به نقشی که در مدیریت شبکه ایفا می نمایند در دسته بندی های خاصی قرار می گیرند:

  • Classification and marking: این ابزار ها بین برنامه ها تمایز ایجاد می نمایند و بسته ها را به انواع مختلف ترافیک مرتب می نمایند. علامت گذاری، هر بسته را به عنوان عضوی از یک کلاس شبکه نشان می دهد که به دستگاه های موجود در شبکه این قابلیت را می دهد که کلاس بسته ها را تشخیص دهند. علامت گذاری و طبقه بندی بر روی تجهیزات شبکه مانند Router، Switch و Access Point ها پیاده سازی می شوند.
  • Congestion management: این ابزار ها از طبقه بندی و علامت گذاری بسته ها برای تعیین صف قرار دادن بسته ها استفاده می نمایند. ابزارهای مدیریت ازدحام شامل صف اولویت اولین ورودی اولین خروجی ( First in First out ) و صف تاخیر کم ( Low-latency queuing ) است.
  • Congestion avoidance: این ابزارها ترافیک شبکه را برای ازدحام کنترل می نمایند و هنگام وقوع ازدحام بسته هایی که اولویت پایین دارند را Drop می نمایند. ابزارهای جلوگیری از تراکم و ازدحام شامل تشخیص زود هنگام تصادفی وزنی ( weighted random early detection ) و تشخیص زود هنگام تصادفی ( random early detection ) است.
  • Shaping: این ابزارها ترافیک ورودی به شبکه را دستکاری می کنند و برنامه هایی که حساسیت به تاخیر دارند را بر برنامه های غیر حساس به زمان اولویت بندی می نمایند.
  • Link efficiency: این ابزار ها استفاده حداکثری از پهنای باند را فراهم می نمایند و تاخیر دسترسی بسته ها به شبکه را کاهش می دهند. ابزارهای Link efficiency شامل پروتکل حمل لحظه ای ( Real-time transport Protocol )، فشرده سازی سربرگ ( Header Compression ) و فشرده سازی سربرگ و فشرده سازی لینک می باشد.

 

ابزارهای QoS

ابزارهای QoS به صورت کلی در این دسته بندی ها قرار می گیرند:

  • طبقه بندی ( Classification ): ترافیک را شناسایی کرده و آن را علامت گذاری می نماید تا مطمئن شود که سایر دستگاه های شبکه می توانند آن را شناسایی و اولویت بندی نمایند.
  • صف ( Queueing ): پهنای باند را برای نگهداری بسته ها در بافر رزرو می نماید تا بعدآ پردازش شود.
  • Policing: پهنای باند و محدودیت خاصی را اعمال می نماید و بسته هایی که از سیاست های اعمالی پیروی نکنند را Drop می نماید. این بخشی از اجتناب از تراکم می باشد.
  • Shaping: مشابه Policing است اما به جای Drop کردن ترافیک، در بافر به صورت صف قرار می دهد. Shaping همراه با صف بخشی از مدیریت ازدحام است.
  • Weighted random early discard: جریان های داده با اولویت پایین را Drop می نماید تا داده های با اولویت بالا را از اثرات منفی تراکم شبکه محفوظ نماید.
  • Fragmentation and compression: پهنای باند شبکه را کاهش می دهد تا از تاخیر و جیتر ( Jitter ) جلوگیری نماید.

 

ابزارهای QoS ممکن است فقط یک یا ترکیبی از این عملکرد ها را صورت دهد. بسیاری از ابزارهای QoS این عملکرد ها را به طور خودکار انجام و مدیریت می نمایند و به ادمین های شبکه این دسترسی را میدهند تا بتوانند تنظیمات و سیاست های مورد نیاز خود را در صورت نیاز اعمال نمایند. برخی از ابزار های معروف QoS و مانیتورینگ عبارتند از:

  •  SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer
  • Paessler PRTG Network Monitor
  • Nagios Network Analyzer
  • ManageEngine NetFlow Analyzer
  • OpenNMS (open source)
  • Ntopng (open source)
  • Bandwidthd (open source)

 

 محمدرضا سلیمانی، مجتبی منتخبی

 

لینک های پیشنهادی:

کابل های فیبر نوری :

link

تجهیزات شبکه:


link

 

دیدگاه‌ها (0)

*
*