QoS یا کیفیت خدمات سرویس به هر تکنولوژی كه ترافيك داده ها را براي كاهش از بین رفتن بسته های اطلاعاتی، زمان تأخير بر روی 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.
مفهوم کیفیت سرویس همراه با توسعه شبکه های ارتباطی، تغییرات زیادی نموده است. در روزهای آغازین ایجاد شبکه های کامپیوتری، ارسال بسته هااز مبدأ به مقصد برجسته ترین هدف یک شبکه و دسترسی قابل اطمینان به شبکه مسأله اصلی در زمینه کیفیت سرویس بود.
امروزه با رشد سریع شبکه ها، مفاهیمی چون نیاز روز افزون به پهنای باند و پشتیبانی همزمان کلاس های مختلف سرویس در درجه اول اهمیت قرار گرفته اند. کیفیت سرویس به فاکتورهای کلیدی در به کارگیری شبکه ها و سرویس های امروزه تبدیل شده است.
کیفیت خدمات مجموعه ای از فناوری هایی است که بر روی یک شبکه کار می کند . از اجرای مطمئن برنامه ها و ترافیک های با اولویت بالا 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.
مزایای QOS
سازمان ها از QOS برای رفع نیازهای ترافیکی اپلیکیشن های حساس مانند تماس های زنده صوتی و تصویری استفاده می کنند. همچنین به کمک آن از کاهش کیفیت ناشی از حذف بسته ها و تأخیر 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 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 . 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 . محدودیت ها نیز بر همین اساس اعمال می شوند.
کیفیت سرویس را می توان از دو دیدگاه مشاهده کرد:
کاربران شبکه و تأمین کنندگان سرویس شبکه
هر یک از این دو دارای اهداف کیفیت سرویس متفاوتی هستند. آنچه که یک کاربر شبکه نیاز دارد، دسترسی به حداکثر پهنای باند با کمترین هزینه ممکن است. از طرف دیگر، هدف تأمین کننده شبکه به حداکثر رساندن کارایی شبکه همزمان با برطرف کردن نیازهای کیفیت سرویس همه کاربران به صورت همزمان است.
پارامترهای متدوال کیفیت سرویس :
پارامترهای متدوال کیفیت خدمات یا QOS که برای توصیف کارایی شبکه به کار می روند :
- پهنای باند: تعداد بایت هایی که در یک دوره تناوب خاص از طریق شبکه انتقال می یابند.
- تأخیر: زمانیکه طول می کشد تا یک بسته داده از مبدأ خود به سمت مقصد حرکت کند. تأخیر شامل سه مؤلفه است: تأخیر انتشار، تأخیر انتقال و تإخیر صف بندی
- واریانس تأخیر: واریانس تأخیری که یک بسته داده با آن مواجه است برابر با تفاوت بین حداکثر و حداقل تأخیر ممکن برای بسته می باشد.
- درصد دور ریختن: شانس دور ریخته شدن بسته در شبکه می باشد. حالت هایی وجود دارد که منجر به دور ریخته شدن بسته های می شوند. مانند سر ریز شدن بافر در نودهای سوئیچ شبکه.
- بهره وری: نسبت زمان مشغول بودن اتصال، به کل زمان در یک دوره تناوب می باشد. میزان بهره وری را می توان در هر یک از عناصر شبکه مانند مسیریاب هاو اتصالات اندازه گیری کرد.
اهداف کیفیت خدمات یا QOS:
ایجاد اولویت با شاخصه هایی شامل:
- پهنای باند اختصاص یافته
- لرزش کنترل شده
- تأخیر کنترل شده
- ارتقاء در میزان اطلاعات از دست رفته
ایجاد اطمینان برای آنکه قرار دادن اولیت برای یک یا چند ترافیک سبب از بین رفتن ترافیک های دیگر نشود:
QoS با دادن افزایش حق تقدام به یک ترافیک و یا با استفاده از کم کردن حق تقدم سایر ترافیک ها، یک سریس بهتر و مطمئن تر را برای ترافیک های موجود در شبکه فراهم می کند. QoS از ابزارهای زیر برای این منظور استفاده می کند:
- Congestion management: با صف بندی و سرویس دهی صف به طرق گوناگون حق تقدم بالا می رود.
- Policing یا shaping: با محدود کردن حق تقدم سایر ترافیک ها
- Link Efficiency: با محدود کردن جریان های بزرگ به جریان های کوچک حق تقدم می دهد.
نحوه پیاده سازی کیفیت خدمات یا QOS:
سه مدل ، سرویس های یکپارچه و خدمات متمایز برای پیاده سازی QoS در دسترس می باشد که شامل:
1ـ بهترین تلاش (Best Effort):
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):
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):
در آن عناصر شبکه از جمله روترها و سوئیچ های شبکه را برای سرویس دهی به چند کلاس طبقه بندی می کند. 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.
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.
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 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.
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 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 در شبکه شما تا حد زیادی وجود نخواهد داشت . در نتیجه نیاز به راه اندازی سرویس QoS در شبکه نخواهید داشت. اما در شبکه های بزرگ در زمان هایی روتر ها و سوئیچ ها شروع به Drop کردن بسته های اطلاعاتی خواهند کرد در این گونه موارد سرویس ها 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.