Кіріспе
Трафикті басымдыққа қою және желілік өнімділікті өлшеу – клиенттік қызметке бағытталған термин. Қызмет сапасы (QoS) – бұл телекоммуникациялық желі немесе бұлтты есептеу қызметі сияқты қызметтің жалпы өнімділігін сипаттау немесе өлшеу, әсіресе желі пайдаланушылары көретін өнімділік. Қызмет сапасын сандық тұрғыдан өлшеу үшін желілік қызметтің бірнеше байланысты аспектілері қарастырылады, мысалы, пакет жоғалту, бит ағыны, өткізу қабілеті, беру кешігуі, қолжетімділік, джиттер және т.б. Компьютерлік желілер мен басқа да пакеттік коммутациялық телекоммуникациялық желілер саласында қызмет сапасы – бұл трафикті басымдыққа қою және ресурстарды резервтеуді басқару механизмдері, ал қызметтің нақты жетістіктері емес. Қызмет сапасы – әртүрлі қолданбаларға, пайдаланушыларға немесе деректер ағынына әртүрлі басымдық беру немесе деректер ағынына белгілі бір деңгейдегі өнімділікті кепілдік беру қабілеті. Қызмет сапасы ерекше талаптарға ие трафиктерді тасымалдау үшін өте маңызды. Атап айтқанда, әзірлеушілер Voice over IP технологиясын енгізді, бұл компьютерлік желілерге аудио әңгімелер үшін телефон желілері сияқты тиімді болуға мүмкіндік берді, сондай-ақ одан да қатаң желілік өнімділік талаптарын қанағаттандыратын жаңа қолданбаларды қолдауға мүмкіндік берді.
the customer service oriented term
Quality of service (QoS) is the description or measurement of the overall performance of a service, such as a telephony or computer network, or a cloud computing service, particularly the performance seen by the users of the network. To quantitatively measure quality of service, several related aspects of the network service are often considered, such as packet loss, bit rate, throughput, transmission delay, availability, jitter, etc. In the field of computer networking and other packet switched telecommunication networks, quality of service refers to traffic prioritization and resource reservation control mechanisms rather than the achieved service quality. Quality of service is the ability to provide different priorities to different applications, users, or data flows, or to guarantee a certain level of performance to a data flow. Quality of service is particularly important for the transport of traffic with special requirements. In particular, developers have introduced Voice over IP technology to allow computer networks to become as useful as telephone networks for audio conversations, as well as supporting new applications with even stricter network performance requirements.
Анықтамалар
Телефония саласында қызмет сапасы 1994 жылы ITU анықтады. Компьютерлік желілер және басқа да пакеттік коммутациялық телекоммуникациялық желілер саласында телетрафик инженериясы қызмет сапасын емес, трафикті басымдыққа қою және ресурстарды резервтеуді басқару механизмдерін білдіреді. Қызмет сапасы – әртүрлі қолданбаларға, пайдаланушыларға немесе деректер ағынына әртүрлі басымдық беру немесе деректер ағынына белгілі бір деңгейдегі өнімділікті кепілдіру мүмкіндігі. Мысалы, қажетті бит жылдамдығы, кешігу, кешігу ауытқуы, пакет жоғалуы немесе бит қателіктері кепілдендірілуі мүмкін. Қызмет сапасы IP арқылы дауыс беру, көп ойыншылы онлайн ойындар және IPTV сияқты мультимедиалық мазмұнды нақты уақытта беру үшін маңызды, себебі олар көбінесе тұрақты бит жылдамдығын қажет етеді және кешігуге сезімтал. Қызмет сапасы, әсіресе сыйымдылығы шектеулі ресурс болатын желілерде, мысалы, ұялы байланыс деректерімен жұмыс істегенде аса маңызды. QoS-ты қолдайтын желі немесе протокол қолданбалық бағдарламалық жасақтамамен трафик шартын келісіп, мысалы, сессияны орнату кезеңінде желі түйіндерінде сыйымдылықты резервтеуі мүмкін. Сессия барысында ол қол жеткізілген өнімділік деңгейін, мысалы, деректерді беру жылдамдығы мен кешігуін бақылап, желі түйіндерінде жоспарлау басымдықтарын динамикалық түрде басқара алады. Ол резервтелген сыйымдылықты аяқтау кезеңінде босатуы мүмкін. Ең жақсы күшпен жұмыс істейтін желі немесе қызмет қызмет сапасын қолдамайды. Құрделі QoS басқару механизмдеріне балама ретінде ең жақсы күшпен жұмыс істейтін желі арқылы жоғары сапалы байланысты қамтамасыз ету үшін, күтілетін ең жоғары трафик жүктемесіне жеткілікті болуы үшін сыйымдылықты артық қамтамасыз ету мүмкін. Нәтижесінде желідегі тығырылу азаяды немесе QoS механизмдеріне қажеттілік жойылады. QoS кейде ресурстарды резервте ұстау қабілетіне сілтеме жасаудың орнына, көптеген баламалы анықтамалармен сапа өлшемі ретінде қолданылады. Қызмет сапасы кейде қызмет сапасының деңгейін, яғни кепілдірілген қызмет сапасын білдіреді. Жоғары QoS жиі жоғары деңгейдегі өнімділікпен шатастырылады, мысалы, жоғары бит жылдамдығы, төмен кешігу және төмен бит қателік деңгейі. QoS кейде телефония және ағынды бейне сияқты қосымша қабаттағы қызметтерде субъективті түрде сезілетін сапаны көрсететін немесе болжайтын метриканы сипаттау үшін қолданылады. Осыған байланысты QoS – абоненттің қызметке қанағаттануына әсер ететін барлық кемшіліктердің жиынтық әсері. Осыған ұқсас мағынасы бар басқа терминдер – тәжірибе сапасы (QoE), орташа пікір ұпайы (MOS), сөйлеу сапасын қабылдау өлшемі (PSQM) және бейне сапасын қабылдау бағасы (PEVQ).
Тарих
Деректерге QoS белгілерін қосатын 2-қабаттық технологияларға жасалған көптеген әрекеттер бұрын кең таралды. Мысалы, Frame Relay, Асинхронды беру режимі (ATM) және Көп протоколды белгілер коммутациясы (MPLS) (2 және 3-қабаттар арасындағы техника). Бұл желілік технологиялар бүгінге дейін қолданылып келеді, бірақ Ethernet желілерінің пайда болуынан кейін оларға қызығушылық азайды. Қазіргі таңда Ethernet – ең танымал 2-қабаттық технология. Стандартты интернет маршрутизаторлары мен желілік коммутаторлар «ең жақсы күш-жігер» принципі бойынша жұмыс істейді. Бұл жабдықтар арзан, аз күрделі және жылдам болғандықтан, QoS механизмдерін ұсынатын бұрынғы күрделі технологияларға қарағанда көбірек танымал. Ethernet фреймнің басымдығын көрсету үшін 802.1p стандартын қолдануы мүмкін. Әрбір IP пакетінің тақырыбында бастапқыда төрт қызметтік бит және үш басымдық биті болды, бірақ олар көбінесе ескерілмеді. Бұл биттер кейін дифференциацияланған қызметтер кодтары (DSCP) ретінде қайта анықталды. IPTV және IP телефонияның дамуымен QoS механизмдері соңғы пайдаланушыға көбірек қолжетімді болып келеді.
Механизмдер
Контактілік желілер, әсіресе АТМ немесе GSM сияқты дауыс беруге арналған желілер, негізгі протоколында QoS-қа ие, ресурстар желідегі әр қадамда қосылыс орнатылғанда резервтеліп қойылады, қажетті өнімділікке жету үшін қосымша процедуралардың қажеті жоқ. Ұзындығы қысқа дерек бірліктері және ендірілген QoS, бейне сұранысы сияқты қолданбалар үшін ATM-нің ерекше артықшылықтарының бірі болды. QoS-ты қамтамасыз ету механизмдерінің шығыны негізделген жағдайда, желі клиенттері мен провайдерлері өзара келісілген өлшемдерге сүйене отырып, өткізу қабілеті немесе жауап уақыты тұрғысынан қосылыстың кепілді өнімділігін қамтамасыз ету туралы кепілдіктерді көрсететін қызмет деңгейі туралы келісім (SLA) деп аталатын шарттық келісімге түсуге болады.
Артық провизиялау
Қиын QoS бақылау механизмдеріне балама ретінде, желіге кең қол жетімділікпен ресурстарды бөлу арқылы жоғары сапалы байланыс ұсыну мүмкін, яғни қуаты ең жоғары трафик жүктемесінің болжамдарына негізделеді. Бұл тәсіл, ең жоғары жүктемелері болжамды желілер үшін оңай. Бұл есептеуде, кең жолақтың өзгеруіне және үлкен қабылдау буферлерімен кешігуге төтеп бере алатын, мысалы бейне ағыны сияқты, талапты қосымшаларды ескеру қажет болуы мүмкін. Алайда, уақыт өте келе желіге орналастырылған деректердің көлемін барлық қол жетімді жолақты пайдалануға дейін арттыратын және пакеттерді тастайтын (мысалы, TCP) көлік протоколдарына байланысты, кең қол жетімділік шектеулі болуы мүмкін. Мұндай «ашкөз» протоколдар барлық пайдаланушылар үшін кідіріс пен пакеттерді жоғалтуды арттырады. QoS-ты алмастыру үшін қажетті ішкі байланыстардағы кең қол жетімділіктің мөлшері пайдаланушылар саны мен олардың трафик талаптарына байланысты. Бұл кең қол жетімділіктің қолданылуын шектейді. Жаңа, көбірек жолақты қажет ететін қосымшалардың пайда болуы және пайдаланушылар санының артуы кең қол жетімділіктің жоғалуына әкеледі. Бұл тиісті желілік байланыстарды жаңартуды талап етеді, бұл қымбат процесс. Сондықтан, Интернетте кең қол жетімділікті автоматты түрде болжай алмайсыз. Коммерциялық VoIP қызметтері, тіпті пайдаланушының провайдерімен (ISP) және VoIP провайдерінің басқа провайдермен (ISP) байланысында QoS механизмдері қолданылмаса да, қоңырау сапасы тұрғысынан дәстүрлі телефон қызметімен бәсекелесе алады. Бірақ, жоғары жүктеме кезінде VoIP ұялы телефон сапасынан нашарлауы мүмкін. Пакеттік трафик математикасы консервативті болжамдар бойынша желіге бастапқы сыйымдылықтан 60% артық сыйымдылық қажет екенін көрсетеді.
IP және Ethernet салаларындағы жұмыстар
Жалғыз иесі бар желілерден өзгеше, Интернет – жеке желілерді өзара байланыстыратын алмасу нүктелерінің тізбегі. Сондықтан, Интернет желісінің ядросы бір ғана ұйымға емес, бірнеше желілік қызмет провайдерлеріне тиесілі және олар басқарады. Оның мінез-құлқы әлдеқайда болжамсыз. Қазіргі заманғы пакеттік коммутациялық IP желілерінде QoS-қа екі негізгі көзқарас бар: желімен қосымша талаптарын алмасуға негізделген параметрленген жүйе және әрбір пакет желіге қажетті қызмет деңгейін анықтайтын басымдық жүйесі. Интеграцияланған қызметтер ("IntServ") параметрленген көзқарасты іске асырады. Бұл үлгіде, қосымшалар Желілік ресурстарды резервтеу протоколын (RSVP) пайдаланып, желі арқылы ресурстарды сұрап, резервтейді. Дифференциацияланған қызметтер ("DiffServ") басымдық жүйесін іске асырады. DiffServ пакеттерді оларға қажетті қызмет түріне сәйкес белгілейді. Осы белгілерге жауап ретінде маршрутизаторлар мен коммутаторлар әртүрлі кезектілік стратегияларын қолданып, өнімділікті күтілетін деңгейге бейімдейді. Дифференциацияланған қызмет кодтық нүктесі (DSCP) белгілері IP (v4) пакетінің бас бөлігіндегі ToS өрісінің (қазір DS өрісі деп аталады) алғашқы 6 битін пайдаланады. Алғашқы жұмыстар желілік ресурстарды резервтеудің интеграцияланған қызметтер (IntServ) философиясын қолданды. Бұл үлгіде, қосымшалар желі арқылы ресурстарды сұрап, резервтеу үшін RSVP-ді пайдаланды. IntServ механизмдері жұмыс істейтін болғанымен, үлкен қызмет провайдеріне тән кеңжолақты желіде ядролық маршрутизаторлар мыңдаған, тіпті он мыңдаған резервтеулерді қабылдауға, сақтауға және жоюға мәжбүр болады деген қорытындыға келді. Бұл тәсіл Интернеттің өсуімен бірге кеңейтілмейді деп саналды және, әйтеке шектейтін принципке қайшы келеді, яғни желіні жобалау, осылайша ядролық маршрутизаторлар пакеттерді ең жоғары жылдамдықпен ғана ауыстырады. DiffServ жүйесінде пакеттерді трафик көздері немесе трафик желіге кіретін шеттік құрылғылар белгілейді. Осы белгілерге жауап ретінде маршрутизаторлар мен коммутаторлар әртүрлі кезектілік стратегияларын қолданады. IP қабатында DSCP белгілері IP пакетінің бас бөлігіндегі 6 биттік DS өрісін пайдаланады. MAC қабатында VLAN IEEE 802.1Q 3 биттік бірдей ақпаратты жеткізуге пайдаланылуы мүмкін. DiffServ-ті қолдайтын маршрутизаторлар мен коммутаторлар желілік жоспарлаушыны жолақтығы шектеулі (мысалы, кең аймақты) интерфейстерден берілуді күтіп тұрған пакеттер үшін бірнеше кезекті пайдалану үшін конфигурациялайды. Маршрутизатор өндірушілері осы мінез-құлықты конфигурациялау үшін әртүрлі мүмкіндіктер ұсынады, соның ішінде қолданылатын кезектің саны, кезектің салыстырмалы басымдығы және әрбір кезектің жолақтық кеңістігі. Іс жүзінде, пакет кезекке тұратын интерфейстен жіберілуі керек болғанда, аз кешігуді қажет ететін пакеттерге (мысалы, VoIP немесе бейнеконференциялар) басқа кезектегі пакеттерге қарағанда басымдық беріледі. Әдетте, желілік басқару пакеттеріне (мысалы, Интернет бақылау хабарламасы протоколы және маршруттау протоколдары) біршама жолақтық кеңістік бөлінеді, ал ең жақсы күшпен жұмыс істейтін трафикке қалған жолақтық кеңістік беріледі. Орташа кіруді басқару (MAC) қабатында VLAN IEEE 802.1Q және IEEE 802.1p Ethernet кадрларын ажырату және жіктеу үшін пайдаланылуы мүмкін. MAC қабаты протоколдарының өнімділігін талдау және QoS үшін кезектілік теориясының модельдері әзірленді. Cisco IOS NetFlow және Cisco Class Based QoS (CBQoS) басқару ақпараттық базасы (MIB) Cisco Systems компаниясымен сатылады. Интернетте QoS қажеттілігінің бір мысалы – тығырылған құлдырау. Интернет тығырылғаннан сақтану протоколдарына, негізінен Трансмиссияны бақылау протоколына (TCP) енгізілгендей, тығырылған құлдырауға әкелетін жағдайларда трафикті азайтуға сенеді. VoIP және IPTV сияқты QoS қосымшалары тұрақты битрейт пен төмен кешігуді қажет етеді, сондықтан олар TCP-ді пайдалана алмайды және трафикті азайтуға көмектесе алмайды. Қызмет деңгейі туралы келісімдер Интернетке ұсынылатын трафикті шектейді және осылайша трафикті шамадан тыс жүктелуден сақтайтын трафикті қалыптастыруды жүзеге асырады, сондықтан Интернет нақты уақыт пен нақты емес уақыт трафигін сыбайлас түрде басқаруға қабілеттілігінің маңызды бөлігі болып табылады.
Қызметтің сапасы
Қызмет сапасының үздіксіздігін қамтамасыз ету үшін бір автономды жүйе мен екіншісі арасында ресурстарды бөлуді үйлестіру әдісі қажет болуы мүмкін. Интернет-инженерлік жұмыс тобы (IETF) 1997 жылы жолақты резервтеу үшін Ресурстарды резервтеу протоколын (RSVP) ұсынылған стандарт ретінде анықтады. RSVP – бұл бастан-аяқ жолақты резервтеу және кіруді бақылау протоколы. RSVP масштабталу шектеулеріне байланысты кеңінен қолданылмады. Көбірек масштабталатын трафик инженериясы нұсқасы, RSVP TE, көптеген желілерде трафик инженериясы арқылы құрылған Көп протоколды таңбалау (MPLS) таңбалы коммутациялық жолдарды орнату үшін қолданылады. IETF сондай-ақ QoS сигнализациясын мақсат еткен Сигнал берудің келесі қадамдарын (NSIS) анықтады. NSIS – RSVP-нің дамуы және қарапайымдастырылуы. «Гетерогенді желілердегі қызмет сапасын аяқтау» (EuQoS, 2004 жылдан 2007 жылға дейін) және IPsphere Forum сияқты зерттеу консорциумдары QoS-ты бір доменнен екіншісіне шақыру үшін қосымша механизмдерді әзірледі. IPsphere желілік қызметтерді құру, шақыру және (мүмкіндігінше) қамтамасыз ету үшін Сервис құрылымдық қабатының (SSS) сигнализациялық шинасын анықтады. EuQoS сессияны бастау протоколын, Сигнал берудің келесі қадамдарын және IPsphere SSS-ті интеграциялау үшін шамамен 15,6 миллион еуроға бағаланған эксперименттер жүргізді және кітап жариялады. «Кез келген жерде көп қызметке қолжетімділік» (MUSE) зерттеу жобасы 2004 жылдың қаңтарынан 2006 жылдың ақпанына дейінгі бірінші кезеңінде және 2006 жылдың қаңтарынан 2007 жылға дейінгі екінші кезеңінде басқа QoS тұжырымдамасын анықтады. PlaNetS деп аталатын тағы бір зерттеу жобасы шамамен 2005 жылы Еуропалық қаржыландыруға ұсынылды. «Болашақ интернеттің архитектурасы мен дизайны» деп аталатын, 4WARD деп белгіленген кең ауқымды еуропалық жобаның бюджеті 23,4 миллион еуроға бағаланып, 2008 жылдың қаңтарынан 2010 жылдың маусымына дейін қаржыландырылды. Ол «Қызмет сапасы тақырыбын» қамтыды және кітап жариялады. WIDENS (Wireless Deployable Network System) деп аталатын тағы бір еуропалық жоба ұялы сымсыз көп жылдамдықты желілер үшін жолақты резервтеу тәсілін ұсынды.
Шектеулер
Күшті криптографиялық желілік протоколдар, мысалы, Secure Sockets Layer, I2P және виртуалды жеке желілер, оларды пайдалану арқылы берілетін деректерді жасырады. Интернеттегі барлық электрондық коммерция мұндай күшті криптографиялық протоколдарды қолдануды қажет ететініне байланысты, шифрланған трафиктің бір жақты түрде нашарлауы тұтынушылар үшін қабылдауға болмайтын қауіпті жағдай тудырады. Алайда, шифрланған трафик QoS үшін терең пакеттік тексеруден өте алмайды. ICA және RDP сияқты протоколдар басқа трафикті (мысалы, басып шығару, бейне ағыны) әртүрлі талаптармен қаптауға мүмкіндік береді, бұл оңтайландыруды қиындатады. Internet2 жобасы 2001 жылы QoS протоколдарының сол кездегі қолданыстағы жабдықтармен Abilene желісінде қолданылуы мүмкін емес екенін анықтады. Топ «логистикалық, қаржылық және ұйымдық кедергілер QoS-қа бағытталған протоколдық өзгертулер арқылы кез келген ені жақсы трафикке кепілдік беру жолын тосқанын» болжады. Олар экономиканың желі провайдерлерін тұтынушыларды жоғары бағалы QoS қызметтеріне итеру үшін ең жақсы күш-жігер трафигінің сапасын әдейі түрде нашарлатуға ұмтылатынына сенді. Оның орнына, олар сол кезде тиімдірек деп саналған артық қуатпен қамтамасыз етуді ұсынды. Бачуланың куәлігін қызмет көрсету сапасына тыйым салатын заңның жақтастары мұндай ұсыныстың ешқандай заңды мақсатқа қызмет етпейтінін дәлелдеу үшін пайдаланды. Бұл аргумент артық қамтамасыз ету QoS-тың бір түрі емес және ол әрқашан мүмкін деген болжамға негізделген. Құн және басқа факторлар операторлардың артық қамтамасыз етілген желілерді тұрақты түрде құру және ұстау мүмкіндігіне әсер етеді.
Мобильді (ұялы) QoS
Ұялы байланыс операторлары клиенттерге мобильді QoS ұсына алады, дәл сымды қоғамдық телефон желілерінің және интернет-провайдерлердің QoS ұсынуы сияқты. QoS механизмдері әрқашан коммутациялық желілер үшін қарастырылады және, мысалы, мультимедиалық трансляция сияқты серпімсіз қызметтер үшін өте маңызды. Қозғалыс QoS механизмдерін қиындатады. Телефон қоңырауы немесе басқа сессия жаңа базалық станциясының жүктемесі артық болса, тапсыру кезінде үзілуі мүмкін. Алдын ала болжауға келмейтін тапсырулар сессияның басталу кезеңінде абсолютті QoS кепілдігін беруге мүмкіндік бермейді.
Стандарттар
Телефония саласындағы қызмет сапасы алғаш рет 1994 жылы ITU-T E.800 ұсынымында анықталды. Бұл анықтама өте кең, 6 негізгі компонентті тізімдейді: қолдау, жұмысқа қабілеттілік, қолжетімділік, сақталу, тұтастығы және қауіпсіздігі. 1998 жылы ITU дерек желілері саласындағы QoS-ті талқылайтын құжатты жариялады. X.641 QoS-қа қатысты стандарттарды әзірлеуге немесе жақсартуға мүмкіндік береді және осыған байланысты стандарттардың үйлесімділігін сақтауға көмектесетін түсініктер мен терминологияны ұсынады. QoS-қа қатысты IETF сұраулары (RFC) – , және; екеуі де жоғарыда талқыланды. IETF QoS туралы ақпарат беретін екі RFC жариялады: , және. IETF DiffServ желісі үшін QoS шешімін жобалаудың практикалық аспектілері туралы ақпараттық немесе ең жақсы тәжірибелер құжаты ретінде жариялады. Құжат IP желісі арқылы жиі іске қосылатын қосымшаларды анықтауға тырысады, оларды трафик кластарына топтайды, осы кластардың желіден қажетті күтімді зерттейді және маршрутизаторларда қол жетімді QoS механизмдерінің қайсысын осы күтімді іске асыру үшін қолдануға болатынын ұсынады.
The IETF has also published as an informative or best practices document about the practical aspects of designing a QoS solution for a DiffServ network. The document tries to identify applications commonly run over an IP network, groups them into traffic classes, studies the treatment required by these classes from the network, and suggests which of the QoS mechanisms commonly available in routers can be used to implement those treatments.