Сетевой трафик реального времени и QoS

Software, Актуальное

В этой статье предлагается определение трафика реального времени. Лучший способ описать этот трафик – объяснить, чем именно не является трафик реального времени.

Представьте временной интервал между отправкой и получением e-mail сообщения. Передача e-mail иногда описывается протоколом “store and forward”, т.е. коммутация с промежуточным хранением (буферизацией) пакетов (сообщений). Но даже это определение не является точным (см. определение в Wikipedia), поскольку не не учитывает общее время на создание сообщение, его отправку, получение и прочтение.

Временной интервал между отправкой и получением, в целом, не влияет на передачу сообщения. В большинстве случаев на него можно не обращать внимания хотя бы потому, что человек может получить сразу несколько сообщений, и ему все равно потребуется определенное время на их обработку.

Можно утверждать, что задержка доставки e-mail сообщения в несколько минут не имеет никакого принципиального влияния на нашу деятельность.

Но голосовые коммуникации относятся в совершенно другому типу взаимодействия. Если вы говорите по телефону, задержка доставки VoIP пакета уже примерно в 400 миллисекунд будет сразу заметна участникам разговора как ухудшение качества связи.

Предположим,  что ваша внутренняя сеть и интернет-подключение изначально имеют достаточную пропускную способность для передачи голосового трафика. Поэтому, если возникают проблемы с качеством связи, скорее всего, какой-то сегмент вашей сети слишком перегружен и вызывает задержку в передаче трафика. Эта задержка – дополнительная задержка к нормальной задержке передачи пакетов, которую мы обычно называем “пингом”.

Что такое QoS?

Качество сервиса (Quality of Service) в VoIP коммуникациях – это набор принципов и методов, который используются для обеспечения оптимального качества голосовой связи в условиях ограниченной пропускной способности каналов связи.

Резервирование пропускной способности сети (Bandwidth Reservation) – механизм, иногда присутствующий в маршрутизаторах начального уровня, который резервирует определенный процент доступной пропускной способности канала для трафика определенного класса. Например, если вы зарезервировали для VoIP полосу в 100 кбит/с в канале 2000 кбит/с, маршрутизатор всегда будет гарантировать эту полосу для VoIP трафика. Т.е., если для VoIP необходима полоса 50 кбит/с, маршрутизатор выделяет эту полосу, а остальную пропускную способность отдает трафику других типов. Если же голосовому трафику необходимо 300 кбит/с, маршрутизатор выделяет для VoIP только 100 кбит/с, а остальной VoIP трафик будет направляться в общем потоке, конкурируя за оставшуюся полосу пропускания.

Тегирование трафика (Traffic Tagging) – сетевой трафик может тегироваться специальными метками, определяющими приоритетность пакетов. Данный механизм описан в RFC 2474 и выделяет поле “Differentiated Services” в заголовках IPv4 и IPv6, применяемое для классификации трафика. Заметим, что технология просто “помечает” пакеты определенным классом, и любое сетевое устройство, через которое проходит данный трафик, должно “уметь” обрабатывать его соответствующим образом. Как правило, задача устройства – приоретизация определенного типа трафика в соответствии с присвоенным классом. Как было сказано, чтобы успешно использовать данную технологию, необходимо сконфигурировать сетевые устройства. В частности, сервер 3CX должен тегировать VoIP трафик, а промежуточные маршрутизаторы должны распознавать и обрабатывать трафик с указанным тегом. Тегирование трафика в ОС Windows осуществляется через локальные или групповые политики (Local Policy или Group Policy).  В конце статьи приведен простой пример настройки QoS тегирования в Windows Server 2008 или 2012.

Приоретизация (Prioritization) – тегирование трафика, это лишь первый этап обеспечения QoS. На втором этапе необходимо настроить все промежуточные сетевые устройства и сервисы на приоретизацию тегированного трафика. Важно отметить, что также необходимо обеспечить распознавание и приоретизацию тегированного трафика вашим интернет-провайдером.

Типичные точки задержек трафика

Чтобы лучше ориентироваться в проблемах, вызывающих задержки передачи трафика, рассмотрим ключевые точки, в которых эти задержки возникают. Конечно, это будет не исчерпывающий список, но вполне достаточный для начала исследования.

Сетевые устройства WAN-LAN (Маршрутизатор / Сетевой экран)

Несмотря на то, что повсеместно растет скорость и стабильность интернет-доступа, полоса пропускания всегда имеет установленный предел.

Поэтому стоит убедиться, что по вашему внешнему подключению не проходит VoIP вызовов больше, чем позволяет полоса пропускания. Учитывайте, что большинство интернет-подключений – ассиметричны, т.е. скорость загрузки и передачи данных у них разная. Скорость загрузки выше, а передачи – ниже, а поскольку VoIP коммуникации симметричны, именно скорость передачи может быть узким местом.

Определить, что задержку вызывает пограничное устройство WAN-LAN, можно по таким признакам:

  • Проблемы с качеством VoIP вызова, который проходит из локальной сети в Интернет
  • Отсутствие проблем с качеством при вызове между двумя устройствами, находящимися внутри локальной сети (включая АТС), без выхода в Интернет.

Если наблюдаются оба вышеуказанных явления, обратите внимание на статистику загруженности WAN канала вашего пограничного устройства.

Мини-коммутаторы в IP-телефонах

Большинство настольных IP-телефонов имеют интегрированный Ethernet-коммутатор, позволяющий включить телефон в “разрыв” патч-корда между ПК и сетевой розеткой. Благодаря такому решению для телефона не требуется выделять отдельный сетевой порт и прокладывать кабели.

Однако в некоторых ситуациях такой подход вызывает на первый взгляд необъяснимые проблемы с качеством голоса. Проблемы проявляются случайным образом, у разных пользователей и независимо от типа вызова – внутреннего или внешнего:

  • Большинство вызовов проходят нормально
  • Некоторые вызовы имеют постоянно низкое качество
  • Некоторые вызовы сперва не имеют проблем, однако с течением времени начинают проявляться артефакты
  • Некоторые вызовы вначале имеют плохое качество, но постепенно оно нормализуется

В этом случае следует обратить внимание на работу ПК, подключенного к IP-телефону. Если компьютер активно работает с сетью, это может перегрузить встроенный мини-коммутатор телефона. Проще всего это выяснить временно отключив ПК от телефона.

Внутренние сетевые устройства (LAN)

В некоторых локальных сетях вы можете испытывать те же проблемы с качеством VoIP вызовов, которые наблюдаются при подключении ПК через мини-коммутатор. Однако в данном случае они вызваны просто временной перегрузкой сетевых устройств. В зоне риска находятся сети, где передаются документы большого размера, например, графические файлы.

Если ваша сеть состоит из нескольких сегментов, объединенных по технологии MPLS, вероятность возникновения проблем с качеством VoIP в таких сетях, разумеется, выше.

Безусловно, лучшее решение в таких случаях – имплементация механизмов QoS в LAN: тегирование трафика на VoIP устройствах, включая сервер IP АТС, и настройка коммутаторов и маршрутизаторов на распознавание и приоретизацию тегированного трафика.

Интересная дополнительная информация по данной теме содержится в бакалаврской работе Дональда Эгбеньона из Университета прикладных наук Турку:

https://publications.theseus.fi/bitstream/handle/10024/38426/bachelor_donald.pdf

Сети Wi-Fi

При использовании Wi-Fi устройств, имейте ввиду, что точки доступа имеют ограниченную зону покрытия, и вашему VoIP устройству требуется некоторое время для переключения между ними. Эта задержка может быть настолько большой, что приведет к обрыву связи и перерегистрации устройства на АТС.

В таких случаях следует создать Wi-Fi инфраструктуру, которая бы обеспечивала очень небольшую задержку переключения клиента (миллисекунды). Она представляет собой связанную систему точек доступа, образующих единую Wi-Fi зону. Специальный коммутатор управляет точками доступа и переключением клиентов.

Несколько слов о VLAN

Многие сетевые инженеры предпочитают гарантированный метод разделения голосового и другого сетевого трафика – разделение LAN на независимые подсети для голоса и данных. Для этого используются отдельные физические сети со своими коммутаторами, либо виртуальные сети VLAN.

Безусловно, это наиболее эффективный способ решения проблемы. Но не стоит забывать, что унифицированные коммуникации (Unified Communications) подразумевают конвергенцию (объединение) голоса и данных. Например, пользователь, запускающий VoIP клиент на своем ПК, тут же создает конвергентный трафик голоса и данных, передаваемый по единой сети. Сегодня объединение разных типов данных в одной сети является вполне допустимым.

Поэтому внедрение механизмов QoS в локальной сети может оказаться более оправданным, чем другие типы гарантирования полосы пропускания для VoIP.

Добавить комментарий

Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить