(QoS (Quality of service یا کیفیت خدمات سرویس چیست؟

QoS چیست؟

شاید برای شما هم پیش آمده باشد که هنگام مطالعه برخی از تجهیزات شبکه به کلمه QoS برخورده باشید اما معنای واقعی آن را ندانید. ما در این مقاله سعی داریم شما را با مفهوم کیفیت خدمات سرویس آشنا نماییم. QoS یا کیفیت خدمات سرویس به هر تکنولوژی كه ترافيك داده ها را براي كاهش از بین رفتن بسته های اطلاعاتی، زمان تأخير و jitter بر روي شبکه مدیریت می کند، اطلاق می شود. QoS با تعیین اولویت های انواع خاص داده ها در شبکه ، منابع شبکه را کنترل و مدیریت می کند.

کیفیت خدمات یا QoS مجموعه ای از فناوری هایی است که بر روی یک شبکه کار می کند و از اجرای مطمئن برنامه ها و ترافیک های با اولویت بالا با ظرفیت محدود اطمینان حاصل می کند. فن آوری های QoS این کار را با ارائه کاربری متفاوت و تخصیص ظرفیت جریان های خاص در ترافیک شبکه انجام می دهند. با این کار مدیر شبکه ترتیب دستیابی به بسته ها را تعیین کرده و مقدار پهنای باند برنامه ها یا جریان های ترافیکی را مشخص می کند.

سازمان ها از QoS برای رفع نیازهای ترافیکی اپلیکیشن های حساس مانند تماس های زنده صوتی و تصویری استفاده کرده و به کمک آن از کاهش کیفیت ناشی از حذف بسته ها، تأخیر و jitter جلوگیری می کند. سازمان ها می توانند با استفاده از ابزارها و تکنیک های خاصی مانند jitter buffer و traffic shaping به QoS دست یابند.

تنظیمات پیکربندی کیفیت سرویس (QoS) به دو صورت Manual توسط کاربر و هوشمند به صورت خودکار توسط پردازنده تجهیزات شبکه انجام می شود. در حالت خودکار یا هوشمند، احتمال خطا و افت دقت به منظور تخصیص پهنای باند بهینه وجود دارد و به همین دلیل برخی از برند ها، قابلیت پیکربندی دستی را ارائه می دهند. به طور معمول پیکربندی QoS بر اساس دستگاه یا Client و اپلیکیشن امکان پذیر است و محدودیت ها نیز بر همین اساس اعمال می شوند.

درباره‌ی Cisco TrustSec بیشتر بدانید:

اهمیت سرویس  کیفیت خدمات یا QOS در چیست؟

برخی از سرویس ها یا برنامه های کاربردی که در بستر شبکه اجرا می شوند، به تاخیر یا Delay حساس هستند. این سرویس ها برای انتقال بسته های اطلاعاتی خود در شبکه از پروتکل UDP استفاده می کنند و از پروتکل TCP بهره ای نمی برند.

تفاوت اصلی بین پروتکل TCP و UDP این است که پروتکل TCP بسته هایی که در راه از بین می روند را مجدداً ارسال می کند. اما پروتکل UDP بسته های اطلاعاتی آسیب دیده  را مجدد در شبکه ارسال نمی کند. اما برای سرویس هایی که از پروتکل UDP استفاده می کنند مانند سرویس VOIP ، هرگونه بسته اطلاعاتی صوتی که از بین برود دیگر نمی تواند در شبکه ارسال شود زیرا بسته های صوتی در بستر شبکه Stream می شوند و ارسال دوباره آن بسته ها در بستر شبکه بی فایده می باشد. به همین دلیل، به تأخیر افتادن ارسال بسته های اطلاعاتی که با پروتکل UDP در شبکه ارسال می شوند، یک مشکل جدی محسوب می شود. حتی اگر تعداد کمی از بسته های صوتی در هنگام ارسال در بستر شبکه از بین بروند کیفیت صدا را پایین می آورد بطوریکه صدا به صورت نامفهوم شنیده می شود. بسته های اطلاعاتی حساس به تاخیر بهJitter معروف هستند.

درواقع Jitter اختلاف زمان تاخیر رسیدن بسته های اطلاعاتی Stream شده در شبکه می باشد. اگر شبکه شما پهنای باند زیادی دارد، Delay یا تأخیر در شبکه شما تا حد زیادی وجود نخواهد داشت و در نتیجه نیاز به راه اندازی سرویس QoS در شبکه نخواهید داشت. اما در شبکه های سازمانی و بزرگ در زمان هایی روتر ها و سوئیچ ها شروع به Drop کردن بسته های اطلاعاتی خواهند کرد در این گونه موارد سرویس های نظیر VOIP و … در شبکه دچار اختلال می شود و آن سرویس ها نمی توانند به طور موثر و کارآمد به فعالیت خود ادامه دهند. در اینجاست که به کیفیت خدمات یا QOS نیاز پیدا می کنیم.

جهت آشنایی بیشتر با پروتکل TCP و UDP به لینک زیر مراجعه نمایید:

مشاهده ویدئو تفاوت میان پروتکل TCP و UDP

پارامترهای QoS:

سازمان ها می توانند QoS را با استفاده از چندین پارامتر از جمله موارد زیر اندازه گیری کنند:

• از دست رفتن بسته ها هنگامی اتفاق می افتد که پهنای باند لینک ها کاملاً اشغال شده باشد و روترها و سوئیچ ها شروع به حذف بسته ها کنند. هنگامی که در زمان برقراری ارتباطات زنده مانند تماس های صوتی یا ویدئویی ، بسته ها از بین بروند این امر باعث ایجاد اختلال و وقفه در تماس ها می شود.
• Jitter نتیجه تراکم شبکه، تغییر زمان و تغییر مسیرها می باشد. وقوع بیش از حد آن باعث کاهش کیفیت ارتباطات صوتی و تصویری می شود.
• منظور از تأخیر مدت زمانی است که یک بسته از مبدأ به مقصد طی می کند. تأخیر باید تا حد ممکن نزدیک به صفر باشد. اگر در تماس های VOIP این زمان زیاد باشد باعث اکو صدا یا ایجاد همپوشانی می شود.
• پهنای باند ظرفیت یک لینک ارتباطی در شبکه برای انتقال حداکثر داده از یک نقطه به نقطه دیگر در یک زمان معین می باشد. QoS شبکه را با مدیریت پهنای باند و تعیین اولویت ها برای اپلیکیشن هایی که به منابع بیشتری نسبت به دیگران نیاز دارند، بهینه می کند.
• (MOS (Mean opinion score معیاری برای سنجش کیفیت صدا می باشد که از یک مقیاس پنج گانه استفاده می کند.

نحوه پیاده سازی QoS:

سه مدل ، سرویس های یکپارچه و خدمات متمایز برای پیاده سازی QoS در دسترس می باشد که شامل: 

1ـ بهترین تلاش (Best Effort):

Best Effort یک مدل QoS است که در آن همه بسته ها دارای اولویت یکسان هستند و تضمینی برای به مقصد رسیدن بسته ها وجود ندارد. این روش وقتی که در شبکه برای QoS هیچ سیاست گذاری خاصی وجود ندارد یا در زمانی که زیرساخت ها از QoS پشتیبانی نمی کنند، مورد استفاده قرار می گیرد.

2ـ سرویس های یکپارچه (IntServ):

سرویس های یکپارچه (IntServ) یک مدل QoS است که یک قسمت از پهنای باند را برای مسیر خاصی در شبکه در نظر می گیرد. برای هر اپلیکیشن یک پهنای باند مشخص در نظر گرفته می شود تا اطمینان حاصل شود که منابع شبکه قادر به پاسخگویی به نیاز بسته های آن برنامه هستند و مشکلی از نظر منابع برای ارسال بسته های این برنامه خاص وجود ندارد. البته پیاده سازی این مدل از QoS نیازمند این است که روترها و مسیریاب های شبکه قادر به پشتیبانی از RSVP باشند. IntServ دارای مقیاس پذیری محدود و مصرف زیاد از منابع شبکه می باشد.

3ـ خدمات متمایز (DiffServ):

خدمات متمایز (DiffServ) یک مدل QoS است که در آن عناصر شبکه از جمله روترها و سوئیچ های شبکه را برای سرویس دهی به چند کلاس طبقه بندی می کند و این طبقه بندی بر اساس اولویت ترافیک ها مشخص خواهد شد. ترافیک شبکه براساس نیازمندی های یک سازمان به کلاس های متعددی تقسیم می شود. برای مثال ترافیک صوتی اولویت بالاتری نسبت به ترافیک های دیگر دارد. اولویت بسته ها با استفاده از کد DSCP تعیین خواهد شد. DiffServ همچنین از شیوه های per-hop مانند صف بندی و اولویت بندی برای اعمال مکانیسم های QoS  استفاده خواهد کرد.

معماری شبکه بر چگونگی اجرای کیفیت خدمات یا QOS در سازمان ها نیز تاثیر می گذارد. شبکه های MPLS دارای یک لینک خصوصی هستند که end-to-end QoS را در یک مسیر واحد ارائه می دهد. در قراردادهای MPLS  میزان پهنای باند، QoS، زمان تاخیر و زمان اجراء مشخص می شود. بنابراین استفاده از لینک های MPLS برای سازمان ها هزینه بر خواهد بود.

SD-WAN از اتصال های مختلفی از جمله MPLS و broadband استفاده می کند. با SD-WAN می توانید بر وضعیت اتصالات فعلی شبکه و عملکرد آن ها نظارت داشته باشید. به عنوان مثال، اگر تعداد بسته های از دست رفته در یک اتصال از یک سطح مشخصی بالاتر رود، SD-WAN به دنبال یک اتصال جایگزین خواهد بود.

مکانیسم های سرویس کیفیت خدمات یا QOS:

مکانیسم های QoS خاص می توانند کیفیت ترافیک داده را مدیریت کنند. مکانیسم های QoS بسته به نقشی که در مدیریت شبکه ایفاء می کنند، در دسته بندی های خاصی قرار می گیرند.

• ابزار طبقه بندی و علامت گذاری بین اپلیکیشن ها تفاوت قائل می شود و بسته های اطلاعاتی را در گروه بندی های مختلف ترافیکی طبقه بندی می کند. علامت گذاری، هر بسته را به عنوان عضوی از کلاس شبکه علامت گذاری می کند و به دستگاه های موجود در شبکه اجازه می دهد تا کلاس بسته را تشخیص دهند. طبقه بندی و علامت گذاری روی تجهیزات شبکه مانند روتر، سوئیچ و اکسس پوینت اجرا می شود.
• ابزارهای مدیریت تراکم با استفاده از طبقه بندی و علامت گذاری بسته ها مشخص می کنند که بسته های داده در کدام صف قرار بگیرند. این ابزار دارای صف هایی بر اساس اولویت first-in، first-out و تاخیر پایین هستند.
• ابزار جلوگیری از ایجاد تراکم، ترافیک شبکه را کنترل می کند و در صورت بروز ازدحام بسته های با اولویت پایین را drop می کند. در این حالت می توانیم تا حدود زیادی مطمئن شویم که بسته های موجود در صف دارای اولویت بالایی هستند و به موقع به مقصد می رسند.
• ابزارهای شکل دهی ترافیک، ترافیک ورودی را تغییر می دهد و برنامه های زمان واقعی را در اولویت بالاتری نسبت به برنامه هایی که حساسیت کمتری به زمان دارند مانند ایمیل و پیام رسانی در اولویت قرار می دهند. ابزارهای شکل دهی ترافیک شامل بافر، Generic Traffic Shaping و شکل دهی Frame Relay Traffic می باشد. ابزارهای کنترل ترافیک هم مانند ابزارهای شکل دهی ترافیک بر روی تراکم ترافیکی تمرکز می کنند و در صورت نیاز بسته ها را drop می کنند.
• ابزارهای بهره وری لینک، استفاده از پهنای باند را به حداکثر می رسانند و زمان تأخیر را کاهش می دهند. در حالی که این ابزارها انحصاراً برای QoS نمی باشند اما در کنار سایر ابزارهای QoS مورد استفاده قرار می گیرند. این ابزارها شامل Real-Time Transport Protocol header compression، Transmission Control Protocol header compression و فشرده سازی لینک می باشد.