O que é QoS? Como usar QoS para obter velocidades de internet mais rápidas quando você mais precisa

WebTech360 - No artigo abaixo, apresentaremos e orientaremos você a aprender sobre o conceito de QoS - Qualidade de Serviço em dispositivos roteadores.

O que é QoS?

QoS (abreviação de Quality of Service) é uma forma de controlar a prioridade de tráfego do sistema de rede. Esse recurso funciona em todas as camadas do sistema, mas neste teste, focaremos em roteadores usados ​​em modelos residenciais ou pessoais. Mais especificamente, o QoS demonstrará claramente seus efeitos em locais onde gargalos ocorrem com frequência (ou comumente chamados de gargalos) e, ao mesmo tempo, decidirá qual parte do tráfego é mais importante do que o restante, com base nas regras definidas pelo usuário relacionadas a endereços IP, endereços MAC, serviços ativos...

Casos de uso de QoS na prática

Para entender melhor, vejamos o exemplo de um engarrafamento em uma rodovia durante o horário de pico. Todos os motoristas na estrada têm um objetivo: chegar ao seu destino final. E, portanto, precisam continuar se movendo, mesmo em ritmo de tartaruga.

Então, o som da sirene de uma ambulância os alertou para um veículo que precisava chegar ao seu destino com urgência e precisava passar na frente deles. Então, os motoristas saíram da frente – agora a "passagem preferencial" da ambulância – e o deixaram passar.

Da mesma forma, quando uma rede transmite dados, ela também possui uma configuração em que alguns tipos de dados são tratados melhor do que todos os outros. Pacotes de dados importantes precisam chegar ao seu destino muito mais rápido do que os demais, pois são sensíveis ao tempo e "expiram" se não chegarem a tempo.

Por que a QoS é importante?

Antigamente, redes de informação e redes empresariais eram entidades separadas. Chamadas telefônicas e comunicações remotas eram normalmente gerenciadas por uma rede conectada via RJ11. As chamadas eram monitoradas por um sistema PABX. Este funcionava separadamente da rede IP conectada via RJ45, que conectava laptops, desktops e servidores. Os dois tipos de rede raramente se cruzavam, a menos que, por exemplo, um computador precisasse de uma linha telefônica para se conectar à internet. Um exemplo de tal rede seria assim:

Quando as redes apenas transmitiam dados, a velocidade era menos importante. Hoje, aplicativos interativos que transmitem áudio e vídeo precisam ser entregues por redes em alta velocidade, sem perda de pacotes ou variação na velocidade de entrega.

As pessoas agora fazem chamadas comerciais usando aplicativos de reunião online como Skype, Zoom e GoToMeeting, que utilizam protocolos de transporte IP para enviar e receber mensagens de vídeo ou áudio. Para maior velocidade, esses aplicativos importantes podem realizar o trabalho sem os processos administrativos que as transmissões de dados padrão normalmente exigem.

Onde geralmente ocorre o gargalo?

O principal mecanismo operacional do QoS geralmente é aplicado quando ocorre um gargalo em um determinado momento ou local no sistema, e o principal fator aqui são os parâmetros que você define relacionados à largura de banda :

Suponha que suas configurações de QoS estejam definidas para exceder a largura de banda que você está recebendo do seu provedor de internet. O que acontece se o tráfego do seu roteador não for priorizado porque o sistema "considera" que a largura de banda é razoável? Enquanto isso, se você atingiu o limite do seu provedor de internet, é ele quem decide o que pode ou não continuar funcionando.

Além disso, se você definir o nível de largura de banda do QoS abaixo do padrão do ISP, significa que você está criando um gargalo "artificial", e podemos controlar, monitorar e observá-los através do roteador.

Alguns pontos a serem observados para garantir a estabilidade do sistema, incluindo configurações de Uplink e Downlink :

Vamos começar verificando a velocidade média de conexão que estamos usando do nosso provedor de internet. Para isso, você pode usar alguns serviços de suporte online disponíveis, como o Speakeasy Speed ​​Test e o SpeedTest :

De acordo com as recomendações de especialistas e de muitos usuários experientes, você deve definir a QoS em cerca de 85% do valor obtido no teste para garantir que o sistema funcione de forma eficaz. Após determinar a velocidade de Uplink e Downlink , você deve aumentá-la gradualmente em cerca de 1 a 2% a cada vez. Em alguns casos especiais, os usuários podem aumentá-la até 95% , garantindo o desempenho do sistema, sem ser afetado por quaisquer efeitos colaterais.

O que acontece se QoS não for usado na rede?

Não ter o QoS configurado corretamente pode levar a um (ou todos) dos seguintes problemas:

Atraso

Quando os pacotes RTP não recebem prioridade, eles são entregues na taxa padrão do dispositivo. Em uma rede congestionada, os pacotes precisam trafegar junto com o restante dos pacotes não urgentes. Embora a latência da rede em si não afete a qualidade dos dados audiovisuais entregues, ela afetará a comunicação entre os usuários finais. Com 100 ms de latência, uma pessoa começará a falar por cima da outra, pois os pacotes chegam fora de sincronia, e com 300 ms, a conversa se tornará incompreensível.

Tremor

Aplicações em tempo real eliminam o buffer padrão no nível de transporte, portanto, não há mecanismo para remontar os pacotes recebidos na ordem correta. Jitter é a taxa irregular na qual os pacotes chegam à rede. Isso pode resultar em pacotes chegando atrasados ​​e fora de sequência. Como a aplicação não espera que o fluxo seja ordenado corretamente, pacotes fora de sequência são descartados, resultando em distorção ou falhas no áudio ou vídeo entregue.

Perda de pacotes

Este é o pior cenário, em que alguns (ou parte) dos pacotes são perdidos devido a muito congestionamento nos dispositivos de rede. Quando a fila de saída de um switch ou roteador está cheia, ocorre uma queda de cauda, ​​na qual o dispositivo descarta quaisquer novos pacotes até que a capacidade esteja disponível novamente.

Em todos os casos que você acabou de ver, o QoS pode ajudar agendando dados, gerenciando filas e prevenindo perda de dados.

Não é difícil imaginar como a comunicação e o streaming de mídia poderiam ser severamente impactados sem QoS — especialmente em redes que utilizam o protocolo RTP. Mesmo que seja perfeitamente projetado, eventualmente a comunicação primeiro se tornará difícil, depois se deteriorará com o aumento do tráfego de rede e, por fim, se tornará impossível.

Os três erros mencionados acima são, na verdade, muito importantes para determinar a qualidade do tráfego baseado em RTP que empresas de software de monitoramento de QoS e rede, como a SolarWinds, usam como métrica.

Ferramentas de rede para monitoramento de QoS

SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer (teste gratuito)

Seria bastante injusto continuar sem mencionar um pouco mais sobre uma das melhores ferramentas de monitoramento de rede disponíveis: o SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer.

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

- Rede lenta : Uma rede lenta pode impactar os negócios, pois continua a reduzir a velocidade de transferência de dados. A menos que os gargalos de rede sejam removidos, toda a organização enfrentará problemas de conectividade.

- Comunicação lenta : Uma empresa que não consegue estabelecer um canal de comunicação claro dentro de sua rede ficará paralisada. Pior ainda, não se comunicar claramente com os clientes quase certamente causará problemas para a empresa.

- Rede não monitorada : administradores que não conseguem monitorar suas redes adequadamente não conseguem saber o estado atual delas nem como planejar futuras expansões. Sem monitorar a rede e monitorar o desempenho de cada dispositivo, os gerentes de rede não conseguem tomar decisões informadas e podem agravar os problemas de desempenho da rede.

Equipados com o Netflow Traffic Analyzer, os administradores de rede poderão resolver problemas comumente encontrados, pois a ferramenta ajuda a:

• Ajuda a implementar QoS e otimizá-lo - por meio de feedback de fluxo de dados
• Revise e relate a configuração atual da política de QoS, informando as decisões de design.
• Monitore o uso da largura de banda para determinar quais aplicativos e dispositivos estão ocupando recursos da rede. Eles podem ser isolados, reprogramados ou desabilitados.

Um painel típico do Netflow Traffic Analyzer contém informações importantes que os administradores precisam para monitorar status e fazer ajustes rápidos nas configurações. Um exemplo:

Esses relatórios e análises incluem: Latência, Jitter e Perda de Pacotes.

Paessler PRTG

Outra opção que você pode usar para monitorar a QoS é o Paessler PRTG. Este kit de ferramentas de monitoramento de rede possui uma seção dedicada ao monitoramento do desempenho da QoS. Este recurso mostra os fluxos de tráfego marcados em tempo real e também armazena os dados para análise de desempenho e planejamento de capacidade.

O software PRTG inclui 4 sensores de monitoramento, abrangendo 3 métodos diferentes de QoS. Eles são complementados por um sensor de Ping Jitter que monitora a regularidade da entrega de pacotes dentro de um fluxo.

Os três tipos de QoS que o PRTG pode monitorar são QoS Padrão, Cisco IP-SLA e Cisco CBQoS. Os monitores de QoS Padrão são implementados como sensores unidirecionais ou sensores de ida e volta. Esses monitores podem operar em conexões pela internet.

O Cisco IP-SLA Sensor foi projetado especificamente para monitorar tráfego VoIP marcado na sua rede. Ele registra uma variedade de métricas de tráfego de voz, incluindo atraso de ida e volta, latência, jitter e Mean Opinion Score (MOS).

O Sensor Cisco CBQoS segue uma implementação de Qualidade de Serviço baseada em classes. CBQoS é um método de enfileiramento e, se você quiser implementá-lo, precisará monitorar vários pontos de entrada em seus roteadores e switches. Crie pelo menos 3 filas virtuais para cada dispositivo, portanto, há mais para monitorar.

O PRTG pode configurar e mapear automaticamente toda a sua infraestrutura de rede. No entanto, a implementação de QoS exige tomada de decisão, portanto, você mesmo terá que configurar o método, decidindo quais tipos de tráfego de rede priorizar.

A Paessler permite que você use o PRTG gratuitamente se ativar até 100 sensores. Se precisar de mais, você pode testar o sistema gratuitamente por 30 dias, incluindo monitoramento de QoS.

Como configurar QoS?

Roteadores e switches a cabo podem ser configurados para priorizar protocolos que normalmente são acessados ​​pelo software de gerenciamento de roteadores. Todo o processo de configuração das opções de QoS é uma tarefa bastante simples que inclui:

• Faça login no aplicativo e conecte-se ao hub ou alterne através dele
• Navegue até o menu de configuração de QoS
• Definir opções de prioridade de pacote

E assim, os pacotes de mídia poderão fluir sem problemas pela rede. Engenheiros de rede experientes podem executar todas as tarefas listadas acima por meio da interface de configuração de linha de comando.

Como os pacotes RTP são priorizados?

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

- Classificação : Este método eficiente identifica os tipos de pacotes e atribui sua prioridade, marcando-os. A identificação pode ser feita usando ACLs (Listas de Controle de Acesso), implementando LANs usando CoS (Classe de Serviço) ou com a ajuda de switches usando marcação de QoS baseada em hardware.

- Filas : Filas são buffers de memória de alto desempenho encontrados em roteadores e switches. Os pacotes que passam por elas são armazenados em áreas de memória dedicadas enquanto aguardam o envio. Quando protocolos, como o RTP, recebem uma prioridade mais alta, eles são movidos para uma fila dedicada que envia os dados a uma taxa mais rápida, reduzindo assim o risco de serem descartados. Filas de prioridade mais baixa não recebem esse tratamento.

Uma coisa importante a lembrar aqui é que a marcação de prioridade de um pacote só é válida dentro da rede em que foi criado. Depois que ele sai da rede, o proprietário da rede receptora determina sua nova prioridade.

Coisas a considerar ao priorizar pacotes

Algumas coisas e dicas que podem ser úteis ao decidir como priorizar pacotes incluem:

- Geralmente, é uma boa ideia ter marcadores de prioridade atribuídos pelos dispositivos mais próximos da fonte de dados. Isso garante que os pacotes trafeguem por toda a rede com a prioridade correta.

- O dispositivo escolhido para marcar os pacotes de entrada deve ser sempre um switch. Isso ocorre porque esses dispositivos podem balancear a carga do tráfego na rede e compartilhar a carga com outros switches, reduzindo assim a carga sobre suas CPUs.

- O tráfego de entrada é quase sempre maior que o tráfego de saída. Os ISPs geralmente alocam menos largura de banda para o tráfego de saída do cliente, e é aí (no caminho da rede de saída) que a QoS precisa ser aplicada.

A Cisco tem uma recomendação sobre como os pacotes devem ser marcados, conforme mostrado neste diagrama:

Em última análise, o sucesso de uma implementação de QoS sempre depende da qualidade da política que rege como os pacotes são classificados, marcados e enfileirados. A política deve ser cuidadosamente elaborada para uma implementação de QoS bem-sucedida.

Para que QoS não deve ser usado?

Depois de ler sobre QoS, você pode pensar nele como uma panaceia para o congestionamento da rede. Até certo ponto, o QoS pode tornar a maioria das comunicações RTP mais fluidas e, aparentemente, otimizar o tráfego da rede. Infelizmente, o QoS não é uma solução única para todos os problemas de rede.

Nunca use QoS para os seguintes propósitos:

Aumentar a largura de banda

Embora a QoS ajude a priorizar os pacotes RTP e faça parecer que a rede está aumentando repentinamente a largura de banda, ela nunca deve ser interpretada dessa forma. A QoS nunca deve ser usada como uma ferramenta para "aumentar a largura de banda", quando tudo o que faz é usar os recursos existentes de forma um pouco mais eficiente (e em favor dos pacotes RTP).

Em vez disso, considere armazenar arquivos em cache para reduzir a quantidade de dados que entram e saem. Se isso não funcionar, significa que o limite de largura de banda foi atingido. Quando uma empresa atinge seu limite de largura de banda, a única opção viável é comprar mais equipamentos de rede, em vez de usar QoS.

Evite que a rede fique congestionada

Se alguns aplicativos ainda estiverem em execução e consumindo lentamente a largura de banda da rede, implementar QoS não é a solução. Embora as chamadas do Skype possam finalmente começar a funcionar, a QoS não resolverá a raiz do problema. Em última análise, os aplicativos "engolirão" todos os recursos disponíveis, anulando os benefícios da QoS.

Uma solução que pode funcionar aqui é procurar aplicativos que consomem muitos recursos e desativá-los ou reprogramá-los para serem executados fora do horário comercial.

Novamente, o propósito de configurar o QoS na sua rede é garantir que suas chamadas de áudio e vídeo em streaming não sofram atrasos (ou mesmo travamentos) devido ao congestionamento da rede. O QoS não é uma ferramenta que pode realmente aumentar a largura de banda. Ele também não consegue passar por uma rede congestionada.

Uma boa implementação de QoS melhora a qualidade e a velocidade dos dados críticos, otimizando a largura de banda alocada, facilitando a marcação de pacotes para que sejam identificados e atribuindo prioridades específicas. A QoS utiliza a largura de banda disponível, mas não a expande.

Perguntas frequentes sobre QoS em redes

Qual é a diferença entre QoS e limitação de rede?

A limitação, também conhecida como policiamento, envolve a definição de um limite geral para a vazão de tráfego e a redução dos níveis de tráfego excedente. QoS é um método de priorizar um tráfego em detrimento de outro e usar enfileiramento, maximizando assim a largura de banda para alguns tráfegos em detrimento da largura de banda para outros.

Qual é o papel principal do DSCP em QoS?

O Ponto de Código de Serviços Diferenciados (DSCP) aparece no cabeçalho do pacote. Esta é uma oportunidade, em nível de pacote, para solicitar prioridade ao software de gerenciamento de QoS nos dispositivos de rede. O gerenciador de rede pode optar por habilitar ou desabilitar a descoberta de DSCP no dispositivo, portanto, este valor pode ser ignorado em favor de outro método de enfileiramento de QoS.

Você pode explicar a modelagem de tráfego em QoS?

A modelagem de tráfego é um método usado pela QoS para obter o melhor valor da capacidade da rede. Todas as redes vivenciam picos de demanda, e o planejamento de capacidade tradicional exige o provisionamento de largura de banda no nível de pico, além de uma margem de segurança. A modelagem de tráfego QoS introduz pequenos atrasos em determinados tráfegos para permitir que uma rede com capacidade inferior à demanda de pico acomode todo o tráfego.

Boa sorte!