سرویس کیفیت خدمات (Quality of Service) چیست و چرا استفاده می‌شود؟

سیسکو می‌گوید: «یک شبکه ارتباطی ستون فقرات هر سازمان موفقی را شکل می‌دهد. شبکه‌ها انواع مختلفی از داده‌ها همچون فیلم‌های با کیفیت بالا و داده‌های حساس به تأخیر مانند صدا را به شکل بلادرنگ انتقال می‌دهند. در حالت کلی، شبکه‌ها باید خدمات ایمن، قابل پیش‌بینی، قابل اندازه‌گیری و گاهی تضمین شده ارائه دهند. دستیابی به کیفیت خدمات (QoS) مطلوب با مدیریت زمان تأخیر، کم کردن Jitter، بررسی وضعیت Packet lost، بهبود توان عملیاتی و دسترس‌پذیری در شبکه انجام می‌شود. اگر بتوانیم مدیریت دقیقی روی این سنجه‌ها داشته باشیم، قادر خواهیم بود یک راه‌حل سازمانی end-to-end کارآمد پیاده‌سازی کنیم. بنابراین، QoS را باید مجموعه‌ای از تکنیک‌ها برای مدیریت منابع شبکه توصیف کرد. یکی از مشکلات بزرگ شبکه‌های سازمانی تاخیر در ارسال و دریافت اطلاعات است که مقدار ثابتی نیست و تابع زمان است. به عبارت ساده‌تر، در اغلب موارد نوسانات متغیری در شبکه وجود دارد. به این مشکل Jitter می‌گویند.» Quality of Service با هدف مدیریت پهنای باند شبکه استفاده می‌شود. QoS مکانیزمی است که جهت تخصیص منابع مشخص به انواع خاصی از Packetها استفاده شده و مشخص می‌کند چه Packet‌هایی باید زودتر به مقصد برساند و چه Packetهایی اولویت پایین‌تری دارند. QoS عمدتا زمانی به کار گرفته می‌شود که انواع مختلفی از اطلاعات توسط دوربین‌های مداربسته، تلفن‌های VoIP و کامپیوترها ارسال و دریافت می‌شوند. پیاده‌سازی QoS در شبکه یک مزیته مهم دارد که قابلیت اطمینان به شبکه را افزایش می‌دهد. با توجه به این‌که داده‌های ویدیویی و صوتی حساس به تاخیر هستند، اگر پهنای باند مناسب تخصیص داده نشود مشکل Packet loss به وجود می‌آید که زمان تاخیر متغیر Jitter، کاهش فریم‌ها، قطع شدن مقطعی سیگنال‌های دوربین و از بین رفتن استریم‌های داده‌ای را به همراه دارد.

چگونه QoS در شبکه پیاده‌سازی می‌شود؟

متداول‌تر روش پیاده‌سازی QoS، نرم‌افزاری است. در روش نرم‌افزاری تخصیص پهنای باند بر مبنای برنامه کاربردی یا پروتکل انجام می‌شود. در روش فوق Packet‌های صوتی و سپس ویدیویی اولویت دارند. در ادامه دانلود فایل، مشاهده وب‌سایت‌ها و موارد دیگر قرار می‌گیرند. پیاده‌سازی QoS به شیوه نرم‌افزاری نیازمند الگوی Differentiated Service است که در ادامه با آن آشنا می‌شوید. روش دوم الگوی مبتنی بر VLAN است که امکان تفکیک VLANها از یکدیگر و تخصیص اولویت به یک VLAN وجود دارد. در این حالت دوربین‌های مداربسته، سرورها و ایستگاه‌های کاری قادر به دریافت پهنای باند بیشتری هستند. برای آن‌که بتوان QoS را همراه با VALN پیاده‌سازی کرد، لازم است تمامی سوییچ‌های شبکه از رویکرد برچسب‌زنی VLAN پشتیبانی کنند. لازم به توضیح است که برای بهره‌مندی از QoS در شبکه به سوییچ مدیریتی نیاز دارید. صرفنظر از حالت نرم‌افزاری یا VLAN، سرپرستان شبکه سه راهکار زیر را برای پیاده‌سازی QoS در شبکه در اختیار دارند:

• Best Effort: در روش فوق هیچ مدیریتی روی پهنای باند فعلی وجود ندارد.
• Integrated Service: رویکرد فوق شبیه به یک سرور اختصاصی پنهای باند مشخصی برای ارسال ترافیک برای یک دستگاه مشخص اختصاص می‌دهد. ترافیک اختصاصی توسط پروتکل Resource Reservation Protocol انجام می‌شود.
• Differentiated Service: در روش فوق داده‌ها حساس نشانه‌گذاری می‌شوند تا ترافیک مناسبی به آن‌ها تخصیص داده شود.

رویکردهای تاثیرگذاری بر QoS

برای آن‌که سرپرستان شبکه بتوانند بر روند اولویت‌بندی ترافیک شبکه کنترل دقیقی داشته باشند پیاده‌سازی QoS، پنج رویکرد مدیریتی به شرح زیر در اختیار آن‌ها قرار دارد:

• Classification & Marking: در روش فوق از نشانه‌گذاری Packetها استفاده می‌شود. مدیر شبکه می‌تواند Packetها را در لایه 2 نشانه‌گذاری کند. رویکرد فوق در شبکه‌های محلی باعث می‌شود، سوییچ زمانی که Packetهای نشانه‌گذاری شده را دریافت کرد، اولویت ارسال را به آن‌ها تخصیص دهد. اگر در شبکه تجهیزات حساس به زمان تاخیر وجود دارد در این صورت نشانه‌گذاری Packetها باید در لایه 3 انجام شود تا روتر به محض دریافت Packetهای نشانه‌گذاری شده آن‌ها را ارسال کند.
• Congestion Management: هر زمان Packetهایی بیشتر از پهنای باند رابطی دریافت شوند، Packetها در صف انتظار سوییچ یا روتر قرار می‌گیرند و مادامی که به مقصد تحویل داده نشوند بافر می‌شوند. مزیتی که روش فوق به همراه دارد این است که اجازه می‌دهد تغییراتی در صف گزینشی First In First Out روتر یا سوییچ به وجود آورد تا Packetهای دریافتی سریع‌تر یا دیرتر به مقصد برسند.
• Congestion Avoidance: اگر تعداد صف‌های ساخته شده از Packetها زیاد باشد، رویکردی فوق اجازه می‌دهد اولویت‌بندی در ارتباط با صف‌ها اعمال کنیم و به صف‌هایی که اهمیت کمتری دارند اولویت‌ پایین‌ترین اختصاص دهیم. این رویکرد مدیریتی نکته ظریفی دارد. اگر سوییچ یا روتر متوجه شوند که طول صف از مقدار تعیین شده متجاوز شده شروع به حذف بسته‌ها از صف‌هایی می‌کنند که اولویت کمتری دارند.
• Shaping & Policing: در خط‌مشی فوق اگر پهنای باند مصرفی فراتر از مقدار تعیین شده برای سوییچ یا روتر فراتر رود، ارسال Packet‌ها متوقف شده و Packet‌های مضاعف نادیده گرفته می‌شوند. در رویکرد Shaping روتر و سوییچ عملکرد هوشمندانه‌ای داشته و متوجه می‌شوند ترافیک اضافی حالت موقتی دارد، در این حالت Packetها نادیده گرفته نشده و نگه داشته می‌شوند تا زمانی که ترافیک ورودی از آستانه ظرفیت کمتر شود و سپس Packetها را ارسال می‌کنند.
• LFI & Compression: فشرده‌سازی و تقسیم‌بندی Packet‌ها به اجزا کوچک‌تر و سپس الصاق آن‌ها در محل به بسته‌های بزرگ‌تر مزیت به‌کارگیری رویکرد فوق است.