کیفیت خدمات (QoS) در شبکه چیست؟

کیفیت خدمات ( QoS مخففQuality of service )  استفاده از مکانیسم‌ها یا فناوری‌هایی است که روی شبکه برای کنترل ترافیک و اطمینان از عملکرد برنامه‌های کاربردی حیاتی با ظرفیت شبکه محدود کار می‌کنند. این فناوری سازمان ها را قادر می سازد تا ترافیک کلی شبکه خود را با اولویت بندی برنامه های خاص با کارایی بالا تنظیم کنند.

QoS معمولاً برای شبکه‌هایی اعمال می‌شود که ترافیک را برای سیستم‌های با منابع فشرده حمل می‌کنند. خدمات رایجی که برای آنها مورد نیاز است عبارتند از: پروتکل IPTV، بازی آنلاین، استریم رسانه ای، ویدئو کنفرانس، ویدیوی درخواستی (VOD) و Voice over IP (VoIP).

با استفاده از QoS در شبکه، سازمان ها این توانایی را دارند که عملکرد چندین برنامه کاربردی را در شبکه خود بهینه کنند و بیت ریت، تاخیر، جیتر و سرعت بسته شبکه خود را مشاهده کنند. فناوی QoS تضمین می‌کند که آنها می‌توانند ترافیک شبکه خود را مهندسی کنند و روش مسیریابی بسته‌ها به اینترنت یا سایر شبکه‌ها را تغییر دهند تا از تأخیر انتقال جلوگیری کنند. کیفیت خدمات همچنین تضمین می کند که سازمان به کیفیت خدمات مورد انتظار برای برنامه ها دست می یابد و تجربیات مورد انتظار کاربر را ارائه می دهد.

طبق معنای QoS، هدف اصلی فعال کردن شبکه‌ها و سازمان‌ها برای اولویت‌بندی ترافیک است که شامل ارائه پهنای باند اختصاصی، جیتر کنترل‌شده و تأخیر کمتر است. فن آوری های مورد استفاده برای اطمینان از این امر برای بهبود عملکرد برنامه های کاربردی تجاری، شبکه های گسترده (WAN) و شبکه های ارائه دهنده خدمات حیاتی هستند.

QoS چگونه کار می کند؟

فناوری شبکه QoS با علامت‌گذاری بسته‌ها برای شناسایی انواع خدمات، سپس پیکربندی مسیریاب‌ها برای ایجاد صف‌های مجازی مجزا برای هر برنامه، بر اساس اولویت آنها، کار می‌کند. در نتیجه، پهنای باند برای برنامه‌های کاربردی حیاتی یا وب‌سایت‌هایی که دسترسی به آنها اولویت داده شده است، محفوظ است.

فناوری‌های QoS  ظرفیت و تخصیص مدیریت به جریان های خاص در ترافیک شبکه را فراهم می‌کنند. این امر به مدیر شبکه امکان می‌دهد تا ترتیبی که بسته‌ها بر اساس آن مدیریت می‌شوند را تعیین کند و پهنای باند مناسبی را برای هر برنامه یا جریان ترافیک فراهم کند.

انواع ترافیک شبکه

درک اینکه QoS چگونه کار می کند به تعریف انواع ترافیکی که اندازه گیری می کند بستگی دارد. انواع ترافیک شبکه شامل:

پهنای باند: QoS می تواند به روتر بگوید که چگونه از پهنای باند استفاده کند. به عنوان مثال، اختصاص مقدار مشخصی از پهنای باند به صف های مختلف برای انواع مختلف ترافیک.

تاخیر: زمانی که طول می کشد تا یک بسته از مبدأ به مقصد نهایی برود را تاخیر گویند. این اغلب می تواند تحت تأثیر تأخیر در صف قرار گیرد، که در مواقع ترافیک رخ می دهد و یک بسته قبل از ارسال در یک صف منتظر می ماند. QoS سازمان ها را قادر می سازد تا با ایجاد صف اولویت برای انواع خاصی از ترافیک از این امر اجتناب کنند.

تلف شدگی:  مقدار داده از دست رفته در نتیجه از دست دادن بسته ها ، که معمولاً به دلیل ازدحام شبکه رخ می دهد. QoS سازمان ها را قادر می سازد تصمیم بگیرند که کدام بسته ها را در این رویداد رها کنند.

جیتر: سرعت نامنظم بسته ها در شبکه در نتیجه ازدحام، که می تواند منجر به دیر رسیدن بسته ها و عدم توالی آن شود را جیتر گویند. این می تواند باعث ایجاد اعوجاج یا عدم هماهنگی صدا و تصویر شود.

شروع کار با کیفیت خدمات

پیاده‌سازی QoS با شناسایی انواع ترافیکی که برای آن‌ها مهم است، استفاده از حجم بالایی از پهنای باند و/یا حساس به تأخیر یا از دست دادن بسته توسط یک سازمان شروع می‌شود.

این به سازمان کمک می کند تا نیازها و اهمیت هر نوع ترافیک در شبکه خود را درک کند و یک رویکرد کلی طراحی کند. به عنوان مثال، برخی از سازمان‌ها ممکن است فقط نیاز به پیکربندی محدودیت‌های پهنای باند برای سرویس‌های خاص داشته باشند، در حالی که برخی دیگر ممکن است نیاز به پیکربندی کامل محدودیت‌های پهنای باند رابط و خط‌مشی امنیتی برای همه سرویس‌های خود داشته باشند، و همچنین سرویس‌های حیاتی در صف را نسبت به نرخ ترافیک اولویت‌بندی کنند.

سپس سازمان می تواند سیاست هایی را به کار گیرد که ترافیک را طبقه بندی کرده و از در دسترس بودن و سازگاری مهم ترین برنامه ها اطمینان حاصل کند. ترافیک را می توان بر اساس پورت یا پروتکل اینترنت (IP) یا از طریق یک رویکرد پیچیده تر مانند برنامه کاربردی یا کاربر طبقه بندی کرد.

سپس به ابزارهای مدیریت پهنای باند و صف‌بندی، نقش‌هایی اختصاص می‌یابد تا به طور خاص بر اساس طبقه‌بندی که هنگام ورود به شبکه دریافت کرده‌اند، جریان ترافیک را مدیریت کنند. این اجازه می دهد تا بسته ها در جریان ترافیک ذخیره شوند تا زمانی که شبکه آماده پردازش آنها شود. صف اولویت نیز می تواند برای اطمینان از در دسترس بودن لازم و حداقل تأخیر عملکرد شبکه برای برنامه های کاربردی و ترافیک مهم استفاده شود. این بدان خاطر است که مهم‌ترین فعالیت‌های شبکه توسط فعالیت‌هایی که اولویت کمتری دارند از پهنای باند محروم نشوند.

علاوه بر این، مدیریت پهنای باند، جریان ترافیک در زیرساخت شبکه را اندازه گیری و کنترل می کند تا اطمینان حاصل شود که از ظرفیت آن فراتر نمی رود و از تراکم جلوگیری می کند. این شامل استفاده از شکل‌دهی ترافیک، یک تکنیک محدودکننده نرخ است که عملکرد را بهینه یا تضمین می‌کند و پهنای باند قابل استفاده را افزایش می‌دهد، و الگوریتم‌های زمان‌بندی، که چندین روش برای ارائه پهنای باند به جریان‌های ترافیک خاص ارائه می‌دهند.

چرا QoS مهم است؟

شبکه‌های تجاری سنتی به‌عنوان نهادهای جداگانه عمل می‌کردند. تماس‌های تلفنی و کنفرانس‌های تلفنی توسط یک شبکه مدیریت می‌شد، در حالی که لپ‌تاپ‌ها، سیستم های دسکتاپ، سرورها و سایر دستگاه‌ها به شبکه دیگری متصل بودند. آنها به ندرت از مسیرهای خود عبور می کردند، مگر اینکه سیستمی از خط تلفن برای دسترسی به اینترنت استفاده کند.

وقتی شبکه‌ها فقط داده‌ها را حمل می‌کردند، سرعت خیلی مهم نبود. اما اکنون، برنامه‌های تعاملی که محتوای صوتی و تصویری را حمل می‌کنند باید با سرعت بالا، بدون از دست دادن بسته‌ها یا تغییرات در سرعت تحویل، تحویل داده شوند.

QoS به ویژه برای تضمین عملکرد بالای برنامه‌های حیاتی که به پهنای باند بالا برای ترافیک بلادرنگ نیاز دارند، مهم است. به عنوان مثال، به کسب‌وکارها کمک می‌کند تا عملکرد برنامه‌ها را که اغلب دارای حداقل نیاز پهنای باند، حداکثر محدودیت تأخیر و حساسیت بالا به جیتر و تأخیر هستند (مانند VoIP و کنفرانس ویدیویی) اولویت‌بندی کنند.

QoS به کسب‌وکارها کمک می‌کند تا از تأخیر این برنامه‌های حساس جلوگیری کنند و از عملکرد آنها در سطح مورد نیاز کاربران اطمینان حاصل کنند. به عنوان مثال، بسته‌های گمشده یا از دست رفته می‌توانند باعث تأخیر در جریان شود، که در نتیجه کیفیت صدا و ویدیوی یک تماس ویدیوکنفرانسی مختل و غیرقابل کشف می‌شود.

QoS اهمیت فزاینده ای دارد زیرا الزامات عملکرد شبکه با تعداد روزافزون افرادی که از آنها استفاده می کنند، تطبیق می یابد. جدیدترین برنامه‌ها و خدمات آنلاین به پهنای باند و عملکرد شبکه زیادی نیاز دارند و کاربران در هر زمان خواستار ارائه عملکرد بالا هستند. بنابراین، سازمان ها باید تکنیک ها و فناوری هایی را به کار گیرند که بهترین خدمات ممکن را تضمین کند.

با ادامه بلوغ اینترنت اشیا (IoT) QoS نیز اهمیت فزاینده ای پیدا می کند. به عنوان مثال، در بخش تولید، ماشین‌ها در حال حاضر از شبکه‌ها برای ارائه به‌روزرسانی‌های بلادرنگ وضعیت در مورد هر مشکل احتمالی استفاده می‌کنند. بنابراین، هرگونه تأخیر در بازخورد می‌تواند باعث اشتباهات پرهزینه در شبکه اینترنت اشیا شود. QoS جریان داده را قادر می سازد در شبکه اولویت داشته باشد و تضمین می کند که اطلاعات در سریع ترین زمان ممکن جریان یابد.

شهرها اکنون مملو از حسگرهای هوشمند هستند که برای اجرای پروژه‌های اینترنت اشیا در مقیاس بزرگ مانند ساختمان‌های هوشمند حیاتی هستند. داده‌های جمع‌آوری‌شده و تجزیه‌وتحلیل‌شده، مانند داده‌های رطوبت و دما، اغلب به زمان بسیار حساس هستند و نیاز به شناسایی، علامت‌گذاری و صف‌بندی مناسب دارند.

تکنیک های QoS

چندین تکنیک وجود دارد که کسب و کارها می توانند برای تضمین عملکرد بالای حیاتی ترین برنامه های خود استفاده کنند. این شامل:

اولویت‌بندی ترافیک VoIP حساس به تأخیر از طریق روترها و سوئیچ‌ها: بسیاری از شبکه‌های سازمانی می‌توانند بیش از حد شلوغ شوند، که باعث می‌شود روترها و سوئیچ‌ها بسته‌ها را سریع‌تر از ورود و خروج سریع‌تر از پردازش خارج کنند. در نتیجه، برنامه های استریم آسیب می بینند. اولویت بندی ترافیک را قادر می سازد تا بسته به نوع و مقصد، اولویت های مختلفی را طبقه بندی کرده و دریافت کند. این به ویژه در شرایط ازدحام بالا مفید است، زیرا بسته‌های دارای اولویت بالاتر می‌توانند جلوتر از سایر ترافیک ارسال شوند.

رزرو منبع: پروتکل رزرو منابع (RSVP) یک پروتکل لایه انتقال است که منابع را در سراسر شبکه ذخیره می کند و می تواند برای ارائه سطوح خاصی از QoS برای جریان های داده برنامه استفاده شود. رزرو منابع به کسب و کارها این امکان را می دهد که منابع شبکه را بر اساس ترافیک با انواع مختلف و مبدا تقسیم کنند، محدودیت ها را تعریف کنند و پهنای باند را تضمین کنند.

صف: فرآیند صف ها بافرهای حافظه با کارایی بالا در روترها و سوئیچ ها هستند که در آنها بسته های عبوری در مناطق اختصاصی حافظه نگهداری می شوند. هنگامی که به یک بسته اولویت بیشتری داده می شود، به یک صف اختصاصی منتقل می شود که داده ها را با سرعت بالاتری فشار می دهد، که احتمال رها شدن آن را کاهش می دهد. به عنوان مثال، کسب و کارها می‌توانند خط‌مشی برای اولویت دادن به ترافیک صوتی نسبت به اکثر پهنای باند شبکه تعیین کنند. سپس دستگاه مسیریابی یا سوئیچینگ بسته ها و فریم های این ترافیک را به جلوی صف منتقل می کند و بلافاصله آنها را ارسال می کند.

علامت گذاری ترافیک: زمانی که برنامه هایی که نیاز به اولویت نسبت به سایر پهنای باند در شبکه دارند شناسایی شده اند، ترافیک باید علامت گذاری شود. این کار از طریق فرآیندهایی مانند Class of Service (CoS)، که یک جریان داده را در هدر قاب لایه 2 علامت گذاری می کند، و نقطه کد خدمات متفاوت (DSCP) که یک جریان داده را در سربرگ بسته لایه 3 علامت گذاری می کند، امکان پذیر است.

بهترین شیوه ها

علاوه بر این تکنیک ها، چندین روش برتر نیز وجود دارد که سازمان ها باید هنگام  تعیین الزامات QoS خود در نظر داشته باشند .

اطمینان حاصل کنید که حداکثر محدودیت های پهنای باند در رابط منبع و خط مشی امنیتی برای جلوگیری از دور انداختن بیش از حد بسته ها خیلی کم تنظیم نشده است.

 نسبتی را در نظر بگیرید که بسته ها بین صف های موجود توزیع می شوند و کدام صف ها توسط کدام سرویس ها استفاده می شوند. این می تواند بر سطوح تأخیر، توزیع صف و تخصیص بسته تأثیر بگذارد.

فقط ضمانت پهنای باند را روی خدمات خاص قرار دهید. با این کار امکان استفاده از یک صف در موقعیت‌های با حجم بالا از همه ترافیک‌ها جلوگیری می‌شود.

اولویت بندی را برای تمام ترافیک از طریق هر نوع اولویت مبتنی بر سرویس یا اولویت امنیتی پیکربندی کنید، نه هر دو. این امر تجزیه و تحلیل و عیب یابی را ساده می کند.

سعی کنید پیچیدگی پیکربندی QoS را برای اطمینان از عملکرد بالا به حداقل برسانید.

برای به دست آوردن نتایج دقیق آزمایش، از پروتکل داده‌گرام کاربر (UDP) استفاده کنید و از اشتراک پهنای باند بیش از حد استفاده نکنید.

مزایای QoS

استقرار QoS برای کسب و کارهایی که می خواهند از در دسترس بودن برنامه های کاربردی حیاتی تجاری خود اطمینان حاصل کنند، بسیار مهم است. برای ارائه پهنای باند متمایز و حصول اطمینان از اینکه انتقال داده بدون وقفه در جریان ترافیک یا ایجاد از دست دادن بسته ها انجام می شود، حیاتی است. مزایای اصلی استقرار QoS عبارتند از:

اولویت‌بندی نامحدود برنامه‌ها: QoS تضمین می‌کند که برنامه‌های کاربردی حیاتی کسب‌وکارها همیشه دارای اولویت و منابع لازم برای دستیابی به عملکرد بالا هستند.

مدیریت بهتر منابع: QoS مدیران را قادر می سازد تا منابع اینترنتی سازمان را بهتر مدیریت کنند. این همچنین هزینه ها و نیاز به سرمایه گذاری در گسترش لینک را کاهش می دهد.

تجربه کاربری پیشرفته: هدف نهایی QoS تضمین عملکرد بالای برنامه های کاربردی مهم است که به ارائه تجربه کاربری بهینه خلاصه می شود. کارمندان از عملکرد بالایی در برنامه های کاربردی با پهنای باند بالا لذت می برند، که آنها را قادر می سازد موثرتر باشند و کار خود را سریعتر انجام دهند.

 مدیریت ترافیک نقطه به نقطه: مدیریت یک شبکه حیاتی است با این وجود ترافیک تحویل داده می شود، اعم از End To End، گره به گره، یا نقطه به نقطه. دومی سازمان ها را قادر می سازد تا بسته های مشتری را به ترتیب از یک نقطه به نقطه دیگر از طریق اینترنت بدون از دست دادن بسته تحویل دهند.

جلوگیری از از دست دادن بسته ها: از دست دادن بسته ممکن است زمانی رخ دهد که بسته های داده در انتقال بین شبکه ها رها شوند. این اغلب می تواند ناشی از خرابی یا ناکارآمدی، ازدحام شبکه، روتر معیوب، اتصال شل یا سیگنال ضعیف باشد. QoS با اولویت بندی پهنای باند برنامه های کاربردی با کارایی بالا از پتانسیل از دست دادن بسته ها جلوگیری می کند.

کاهش تاخیر: مدت زمانی است که طول می کشد تا درخواست شبکه از فرستنده به گیرنده برود و گیرنده آن را پردازش کند. این امر معمولاً تحت تأثیر روترها قرار می گیرد که تجزیه و تحلیل اطلاعات و تأخیرهای ذخیره سازی ناشی از سوئیچ ها و پل های میانی بیشتر طول می کشد. QoS سازمان‌ها را قادر می‌سازد تا تاخیر را کاهش دهند یا روند درخواست شبکه را با اولویت‌بندی برنامه‌های حیاتی خود سرعت بخشند.

تضمین عملکرد با QoS

QoS برای همه سازمان هایی که می خواهند بهترین عملکرد حیاتی ترین برنامه ها و خدمات خود را تضمین کنند بسیار مهم است. برای اطمینان از اینکه راه حل های با پهنای باند بالا مانند VoIP، ویدئوکنفرانس و به طور فزاینده خدمات استریم دچار تأخیر یا لگ نمی شوند، حیاتی است. QoS سازمان را قادر می سازد تا ترافیک و منابع را برای تضمین عملکرد وعده داده شده یک برنامه یا سرویس خاص اولویت بندی کند. همچنین شرکت‌ها را قادر می‌سازد تا برنامه‌ها، استریم های داده و کاربران مختلف را به منظور تضمین سطح بهینه عملکرد در شبکه‌های خود اولویت‌بندی کنند.