O que é QoS e por que é importante nas redes?

O que é QoS?

QoS ou Quality of Service está gerenciando recursos de rede para reduzir a perda de pacotes, bem como diminuir a instabilidade e latência da rede. A tecnologia QoS gerenciará recursos atribuindo diferentes tipos de dados de rede a diferentes níveis de prioridade.

A QoS geralmente é aplicada em redes que atendem ao tráfego que carrega dados com muitos recursos, como:

• Vídeo sob demanda
• Voz sobre IP (VoIP)
• Televisão por Protocolo da Internet (IPTV),
• Mídia transmitida
• Vídeo conferência
• Jogo on line

Esses tipos de dados precisa ser transmitido no menor tempo possível consumível na extremidade receptora.

Caso de uso da vida real

Para tornar as coisas um pouco mais claras, vamos dar um exemplo de engarrafamento em uma rodovia na hora do rush. Todos os motoristas sentados no meio do congestionamento têm um plano – chegar aos seus destinos finais. E assim, no ritmo do caracol, eles continuam se movendo.

Em seguida, o som da sirene de uma ambulância os alerta para um veículo que precisa chegar ao seu destino com mais urgência – e à frente deles. E assim, os motoristas saem do que agora se torna a ambulância “Fila de prioridade,E deixe passar.

Da mesma forma, quando uma rede transporta dados, ela também possui uma configuração em que algum tipo de dado é tratado, de preferência sobre todos os outros. Os pacotes de dados importantes precisam alcançar seus destinos muito mais rapidamente do que o restante, porque são sensíveis ao tempo e “expiram” se não chegarem a tempo.

Por que a QoS é importante?

Era uma vez, a rede de uma empresa e as redes de comunicação eram entidades separadas. As chamadas telefônicas e teleconferências eram geralmente realizadas por um RJ11-rede conectada; as chamadas foram monitoradas por um sistema PABX. Ele foi executado separadamente do RJ45-rede IP conectada que conectava laptops, desktops e servidores. Os dois tipos de rede raramente se cruzam, a menos que, por exemplo, um computador precise de uma linha telefônica para se conectar à Internet. Um exemplo dessa rede seria semelhante a:

Quando as redes carregavam apenas dados, a velocidade não era tão crítica. Hoje, os aplicativos interativos que transportam áudio e vídeo precisam ser entregues através de redes em alta velocidade e sem perda de pacotes ou variações nas velocidades de entrega.

As pessoas agora fazem chamadas comerciais usando aplicativos de videoconferência, como Skype, Zoom e GoToMeeting, que usam o protocolo de transporte IP para enviar e receber mensagens de vídeo e áudio. No interesse da velocidade, esses aplicativos dispensam os procedimentos de gerenciamento de transporte que as transferências de dados padrão normalmente usam.

Antes de avançarmos mais no tópico QoS, precisamos falar sobre RTP.

O que é RTP?

o Protocolo de Transporte em Tempo Real ou RTP é um padrão de protocolo da Internet que estipula maneiras para os aplicativos gerenciarem suas transmissões em tempo real de dados multimídia. O protocolo abrange as comunicações unicast (um para um) e multicast (um para muitos).

O RTP é mais comumente usado nas comunicações de telefonia via Internet, onde lida com as transmissões em tempo real de dados audiovisuais.

Embora o RTP por si só não garanta a entrega dos pacotes de dados – essa tarefa é gerenciada por switches e roteadores – facilita o gerenciamento deles quando chegam aos dispositivos de rede.

QoS é um transporte hop-by-hop configuração implementado nos dispositivos de rede para fazê-los identificar e priorizar pacotes RTP. Todo dispositivo conectado entre o remetente e os destinatários também deve ser configurado entender que o pacote é “VIP” e precisa ser empurrado na faixa prioritária. Se nem um dos dispositivos no relé estiver configurado corretamente, a QoS não funcionará. Os pacotes perderão sua prioridade e diminuirão a velocidade de transmissão de dados desse dispositivo.

O que acontece se não usarmos QoS?

Não ter uma QoS configurada corretamente pode resultar em um (ou todos) dos seguintes problemas:

• Latência: Quando os pacotes RTP não receberem as prioridades necessárias, eles serão entregues nas velocidades padrão dos dispositivos. Em uma rede congestionada, os pacotes precisam viajar junto com o restante dos pacotes não urgentes. Embora a própria latência não afete a qualidade dos dados audiovisuais entregues por si só, ela afetará a comunicação entre os usuários finais. Com 100 ms de latência, eles começarão a falar uns sobre os outros à medida que os pacotes chegarem fora de sincronia, e a 300 ms a conversa deixará de ser compreensível.

• Jitter: Os aplicativos em tempo real removem o buffer padrão do nível de transporte, portanto não há mecanismo para remontar os pacotes que chegam na ordem correta. Tremulação é a velocidade irregular de pacotes em uma rede. Isso pode resultar em pacotes chegando atrasados ​​e fora de sequência. Como o aplicativo não espera que o fluxo seja montado corretamente, os pacotes fora de sequência são descartados, resultando em distorção ou lacunas no áudio ou vídeo sendo entregue.
• Perda de pacotes: Este é o pior cenário possível, onde descobrimos que um número (ou partes) de pacotes são perdidos devido a muito congestionamento nos dispositivos de rede. Quando a fila de saída de um comutador ou roteador é preenchida, ocorre uma queda na cauda onde o dispositivo descarta qualquer novo pacote recebido até que o espaço fique disponível novamente.

Em todos os casos que acabamos de ver, a QoS pode ajudar classificando os dados, gerenciando as filas, e impedindo a perda de dados.

Veja também: O melhor guia para perda de pacotes

Não é preciso muita imaginação para ver como a comunicação, a transferência ou o streaming de mídia podem ser seriamente afetados quando optamos por não usar a QoS – especialmente em redes que atendem aos protocolos RTP. Mesmo que tenha sido perfeitamente projetada, eventualmente, a comunicação primeiro se tornará difícil, depois se deteriorará conforme o tráfego crescer e, finalmente, se tornará impossível..

As três falhas – latência, nervosismo, e perda de pacotes – são, de fato, tão críticos para determinar o desempenho de uma implementação que as empresas de manufatura de QoS e software de monitoramento de rede como a SolarWinds as utilizam como métricas para medir a qualidade do tráfego baseado em RTP.

Ferramentas de rede para monitoramento de QoS

Analisador de Tráfego SolarWinds NetFlow (TESTE GRÁTIS)

Seria bastante injusto continuar sem mencionar um pouco mais sobre um dos melhores ferramentas de monitoramento de rede por aí: SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer.

Esse conjunto de aplicativos de monitoramento de rede ajuda a resolver problemas que podem ser causados ​​por:

• Uma rede lenta: Uma rede lenta pode manter refém todo um negócio, pois continua a reduzir a velocidade com que os dados fluem. A menos que os gargalos da rede sejam removidos, toda a organização experimentará uma conectividade terrível.
• Comunicações audiovisuais lentas: Uma empresa que não conseguir estabelecer um canal de comunicação claro em seu canal de rede será prejudicada. Pior ainda, não ser capaz de se comunicar claramente com seus clientes quase certamente o deixará de joelhos.
• Redes não monitoradas: Um administrador que não puder monitorar adequadamente a rede não poderá saber sobre seu status atual ou como fazer planos para sua expansão futura. Sem documentar a rede e rastrear o desempenho de cada peça de equipamento, um gerente de rede não pode tomar decisões informadas e provavelmente exacerbará os problemas de desempenho.

Armado com o Netflow Traffic Analyzer, um administrador de rede poderá se livrar dos problemas que acabamos de ver:

• Ajudando com uma implementação de QoS e sua otimização –  através do feedback do fluxo de dados
• Fazer um balanço e relatar sobre a atual configuração de política de QoS, informando as decisões de design.
• Monitorando o uso da largura de banda para identificar quais aplicativos e dispositivos que consomem recursos de rede – eles podem ser isolados, reagendados ou desligados. Veja também: 6 melhores ferramentas gratuitas de monitoramento de largura de banda

Um painel típico do Netflow Traffic Analyzer contém as informações vitais de que um administrador precisa para monitorar status e fazer ajustes de configuração rapidamente. Um exemplo:

Esses relatórios e análises incluem: latência, jitter e perda de pacotes.

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Monitoramento de QoS da Paessler com PRTG

Outra opção que você pode investigar para o monitoramento de QoS é o Paessler PRTG. Este conjunto de monitoramento de rede possui uma seção especial que rastreia o desempenho de QoS. Essa função mostra os fluxos de tráfego marcados em tempo real e também armazena dados para análise de desempenho e planejamento de capacidade.

O software PRTG inclui quatro sensores de rastreamento que cobrem três metodologias diferentes de QoS. Estes são complementados por um sensor Ping Jitter que rastreia a regularidade da entrega de pacotes em um fluxo.

Os três tipos de QoS que o PRTG pode rastrear são QoS padrão, Cisco IP-SLA e Cisco CBQoS. Os rastreadores de QoS padrão são implementados como um sensor unidirecional ou de ida e volta. Esses rastreadores podem operar em conexões pela Internet. Para obter um registro preciso do desempenho no destino, você precisa coloque um sensor nesse local remoto para o serviço de sensor unidirecional. O serviço de ida e volta requer um refletor no local remoto para funcionar.

O sensor IP-SLA da Cisco é dedicado ao monitoramento do tráfego VoIP marcado na sua rede. Ele registra uma série de métricas para o tráfego de chamadas, incluindo tempo de ida e volta, latência, jitter, atrasos e o MOS (Mean Opinion Score Score).

O sensor Cisco CBQoS segue implementações de qualidade de serviço baseadas em classe. O CBQoS é uma metodologia de filas e, se você quiser implementá-la, precisará acompanhar mais pontos de entrada para seus roteadores e switches. Você cria pelo menos três filas virtuais para cada dispositivo, então há muito mais para monitorar.

O PRTG pode se configurar e mapear toda a sua infraestrutura automaticamente. No entanto, as implementações de QoS requerem tomada de decisão; portanto, você precisará configurar o método, decidindo quais tipos de tráfego priorizar.

O Paessler permite usar o PRTG gratuitamente se você ativar apenas um máximo de 100 sensores. Se você aumentar, poderá obter uma avaliação gratuita de 30 dias do sistema, incluindo o monitor de QoS.

Como você configura sua QoS?

Roteadores e switches que podem ser configurados para priorizar protocolos geralmente são acessados ​​pelos pacotes de software de gerenciamento de roteadores. Todo o processo de configuração de sua preferência de QoS é um assunto bastante direto que envolve:

• Efetuando login no aplicativo e conectando-se ao hub ou alterne através dele
• Navegando para o menu de configuração de QoS
• Definindo preferências de prioridade de pacote

E assim, os pacotes de mídia poderão atravessar redes sem problemas. Os engenheiros de rede hardcore podem executar todas as tarefas listadas acima por meio de interfaces de configuração de linha de comando.

Como os pacotes RTP são priorizados?

A priorização de pacotes de QoS pode ser feita usando dois métodos principais:

• Classificação: Este método identifica os tipos de pacotes e atribui sua prioridade marcando-os. A identificação pode ser feita usando ACLs (Access Control Lists), implementações de LAN usando CoS (Class of Service) ou com a ajuda de switches que usam marcações de QoS baseadas em hardware.
• Filas: Filas são buffers de memória de alto desempenho encontrados em roteadores e switches. Os pacotes que passam por eles são mantidos em áreas de memória dedicadas enquanto aguardam o envio. Quando protocolos, como o RTP, recebem prioridade mais alta, eles são movidos para uma fila dedicada que envia os dados em um ritmo mais rápido, reduzindo assim as chances de serem descartadas. As filas de prioridade mais baixa não oferecem esse luxo.

Uma coisa importante que precisa ser lembrada aqui é que um pacote as marcações de prioridade são válidas apenas dentro da rede foi criado. Depois que sai da rede, os proprietários de a rede do destinatário determinará sua nova prioridade.

Pensamentos a considerar ao priorizar pacotes

Algumas idéias e dicas que podem ajudar na decisão de priorizar pacotes incluem:

• Geralmente é uma boa ideia ter as marcações de prioridade atribuídas pelos dispositivos mais próximos da fonte dos dados Isso garante que os pacotes viajar por toda a rede com a prioridade correta.
• o dispositivo de escolha para marcar os pacotes recebidos sempre deve ser alternado. Isto é porque esses dispositivos podem balancear a carga do tráfego e compartilhar a carga com outros switches, reduzindo a carga em suas CPUs.
• O tráfego de entrada é quase sempre maior do que o que está indo na direção oposta. Os provedores de ISP normalmente atribuem menos largura de banda ao tráfego de saída de seus clientes e é aí (no caminho da rede de saída) que a QoS precisa ser aplicada principalmente.
• Cisco tem uma recomendação sobre como os pacotes devem ser marcados como é mostrado neste diagrama:

Finalmente, o sucesso de uma implementação de QoS depende sempre da qualidade do política que governa como os pacotes são classificados, marcados e enfileirados. o política deve ser cuidadosamente redigida para que a implementação de QoS seja um sucesso.

Para que não usar QoS

Depois de ler sobre QoS, pode parecer um elixir mágico que pode curar todas as doenças que causam congestionamento na rede. Bem, até certo ponto, ele pode tornar a maioria das comunicações RTP mais suaves e parecer que simplificou o tráfego em uma rede. Infelizmente, não é uma solução completa para todos os problemas de rede.

A QoS nunca deve ser usada para os seguintes propósitos:

Aumentando a largura de banda

Embora a QoS ajude a otimizar a prioridade dos pacotes RTP e faça com que pareça que a rede aumentou repentinamente sua largura de banda, ela nunca deve ser interpretada como tal. A QoS nunca deve ser usada como uma ferramenta para “aumentar a largura de banda” quando tudo o que faz é utilizar os recursos existentes um pouco mais eficientemente (e a favor dos pacotes RTP).

Em vez disso, considere examinar o cache de arquivos para diminuir a quantidade de dados que chega e sai. Se isso não funcionar, pode significar que os limites de largura de banda foram atingidos. Quando uma empresa atinge seus limites de banda larga, a única coisa viável a fazer é sair e comprar um pouco mais – não usar QoS.

Desobstruindo a rede

Se aplicativos não autorizados são deixados para execução e acabam consumindo a largura de banda de uma rede, implementando QoS não é a solução. Embora as chamadas pelo Skype possam finalmente começar a ser atendidas, a QoS não terá resolvido o problema raiz. Eventualmente, os aplicativos invasores engolirão quaisquer recursos disponíveis, esgotando os benefícios da QoS.

Uma solução que poderia funcionar aqui seria caçar os aplicativos que consomem recursos e desligá-los ou reagendá-los para correr depois de horas.

Mais uma vez, todo o objetivo de configurar a QoS em uma rede é garantir que as chamadas de vídeo e áudio não fiquem (ou até caiam) devido a uma rede congestionada. Não é uma ferramenta que realmente pode aumentar a largura de banda. Não pode passar por uma rede entupida, também.

Uma boa implementação de QoS melhorará a qualidade e a velocidade dos dados críticos, otimizando a largura de banda alocada e facilitando a marcação de pacotes para que sejam identificados e tenham as prioridades atribuídas. Faz uso da largura de banda disponível; não expande.

Atribuições da imagem:

1.  Imagem de destaque por John Carlisle no Unsplash
2.  “Trilhas leves de carros vermelhos e brancos em uma estrada urbana à noite em Röddingsmarkt”, da CBX. em Unsplash
3.  Projeto de rede mista – Wikimedia, domínio público
4. “Resumo do Netflow Traffic Analyzer”: captura de tela feita em 28/05/2023
5. “Recomendações de marcação de linha de base de QoS da Cisco” – Cortesia da Cisco Systems, Inc. Não é permitido o uso não autorizado (Imagem capturada em 28/05/2023)