Quality of service (QoS) в IP-телефонии

Дмитрий Аверин
2 Июля 2020
access_time5 минут
remove_red_eye61
Компания «Ланкрафт»
Компания «Ланкрафт»

В этой статье хотелось бы обсудить тему качества обслуживания (Quality of Service, QoS) в сетях, используемых для передачи трафика VoIP, разобрать подробнее, что собой представляет данная технология, как она функционирует, для чего предназначена. Отдельно будут рассмотрены нюансы настройки QoS, разобраны возможные сетевые проблемы, пути их решения посредством представленной технологии.

Дадим емкое и понятное определение термину Quality of Service. Его следует рассматривать как способность сети предлагать наиболее оптимальный либо особый сервис для пользовательской группы или блока программ, жертвуя интересами остальных пользователей и программ.

Чтобы добиться безотказной работы сетей VoIP, должен быть явно определен приоритет голосового трафика над трафиком данных. Итак, в принимаемой нами системе координат Voice Traffic (VT) важнее Data Traffic (DT). Следует заметить, что лучший сервис требуется для нормальной транспортировки VT не по причине высоких требований к пропускной способности (с VoIP вполне справляется и скромная по своим характеристикам полоса), а вследствие требований по задержке.

Если для остального трафика не так критичен период времени, за который пакет перемещается из одной точки сети в другую, то для голосового этот параметр имеет первостепенное значение. Так, в случае перебоев при пересылке VoIP-пакетов происходит перекрытие голосов (к примеру, получается так, что абоненты начинают говорить в один и тот же момент вместо поочередного разговора), что делает общение невозможным.

Для борьбы с подобными трудностями необходимо точно определить, что линия не только способна обеспечить качественную передачу VT, но у достоверно установить факт, что голосовому потоку в любых условиях предоставляется первый свободный квант времени.

Таким образом, если наиболее узкое место локализуется в сети там, где маршрутизирующее устройство осуществляет постановку отдельных фрагментов в очередь, то предварительно роутер переместит сначала голосовой поток, а уже затем обычный. В этом случае Voice Traffic отправляется в ближайшем свободном интервале. За решение этой задачи как раз отвечает QoS, – не обособленное средство, а целый набор инструментов, нацеленный на предоставление административному персоналу максимального контроля над внутрисетевым потоком информации. Время и способ применения инструментария из арсенала QoS определяются параметрами сети, ключевыми из которых являются характеристики, влияющие на передачу информации.

Понимание главных проблем

Если мы начинаем настраивать QoS, это означает, что мы хорошо понимаем, какого рода задачи пробуем решать посредством технологии. Если это не так, стоит подробнее изучить перечень проблем, с которыми помогает справиться технология, обеспечивающая качество обслуживания.

Перечислим главные из них:

  1. Ограниченная пропускная способность канала (Lack of bandwidth). В сетевой среде наблюдается конкуренция между многими видами стандартного и голосового трафика за то, чтобы воспользоваться узкой полосой.

  2. Delay (задержка). Для прохождения пакета по маршруту из точки A в точку B необходимо определенное время. Задержка может иметь 3 составляющие:
    • Fixed Delay (фиксированная составляющая). Параметр не подлежит корректировке. К примеру, есть определенный временной интервал, за который пакет доберется до указанной точки на карте. Этот параметр является фиксированным, и на него невозможно повлиять посредством QoS.
    • Variable Delay (переменная составляющая). Такие значения подлежат изменению. Так, в случае очереди на интерфейсе маршрутизирующего устройства речь идет о переменной задержке, так как она может изменяться в зависимости от количества пакетов, находящихся в очереди. VD корректируется путем постановки большего приоритета Voice-фрагментов.
    • Jitter (джиттер). Различия в задержках между следующими друг за другом пакетами или их фрагментами. К примеру, пакет №1 добрался до пункта назначения за 80 мс, а №2 за 100 мс. Значит, значение джиттера равно 20 мс.
    • Packet Loss (потеря пакетов). Подобные инциденты происходят в тех случаях, когда сетевое соединение не слишком надежно или чрезмерно нагружено.

Знание этих проблем исключительно важно, так как они приводят к таким неприятным последствиям, как звуковое наложение, разрыв соединения, эхо, помехи.

Технология QoS позволяет создать условия для стабильного перемещения трафика, ответственного за передачу голоса, в условиях периодически возникающих перегрузок на линии. Конечно, с помощью нее нельзя справиться со всеми трудностями. Так, в случае узкого канала задание приоритета для пакетов, передающих речь абонента, может привести только к тому, что не только Voice Traffic будет некачественным, но и приложения, передающие данные, станут функционировать с зависаниями.

Основная задача QoS – обеспечение стабильной пропускной способности для VT, чтобы простой при транспортировке голосовых фрагментов был минимальным. Для выполнения условия нужно располагать отстроенными и правильно функционирующими механизмами QoS во всех точках сети, в которых фиксируется повышенная нагрузка на инфраструктуру.

Перечень требований к голосовому и видеотрафику

Различные виды сетевого трафика отличаются своим набором требований QoS. В сравнении с DT Voice-поток признано считать предсказуемым. Если для DT характерны резкие скачки во время загрузки или передачи значительных массивов информации, то в случае VoIP наблюдаются стабильные значения скорости потока без ее перепадов для всех вызовов, которые поступают и завершаются.

В первую очередь для транспортировки VT важно обеспечить адекватную способность канала пропускать информацию. Но есть и другие условия стабильной работы VoIP:

  • задержка не больше 150 мс;
  • джиттер не больше 30 мс;
  • доля потерянных пакетов 1% или ниже.

Video Traffic обладает аналогичными требованиями по задержке, но нуждается в более широком канале в зависимости от применяемого кодека. Впрочем, это является темой отдельной статьи.

Список требований к трафику данных

Не представляется возможным задать единые правила обработки для всех типов потоков информации, так как каждая программа и каждый протокол располагают своим перечнем условий для нормальной пересылки данных. Приложения данных принято делить на 4 типа:

  • имеющие критическую важность. Ключевые приложения для организации, которые нуждаются в выделенной полосе;
  • транзакционные. Программное обеспечение, взаимодействующее с группами пользователей, для которых важно обеспечить почти мгновенный отклик. Так, работник службы поддержки может применять программу для доступа к СУБД, чтобы извлечь из нее сведения об абоненте, пользуясь ID прошлых запросов;
  • с низким приоритетом. Задержка при передаче данных (в разумных пределах)не особо критична для приложений данного класса (почта, браузеры, FTP и так далее);
  • мусорные. Приложения, лишенные продуктивности, которые совершенно не требуются для работы и только занимают канал (к примеру, программа BitTorrent).

Каждому из вышеназванных типов трафика следует назначать отдельный класс в рамках настройки QoS. Оптимизация настроек QoS для трафика данных является темой отдельной статьи.