Paslaugos Kokybė

Quality of Service (QoS), arba liet. Paslaugos kokybė – tai sąvoka arba rodiklis apibūdinantis tam tikrų paslaugų kokybę. Dažniausiai vartojama telefonijos, kompiuterių tinklų arba debesų kompiuterijos paslaugoms apibūdinti ir jų kokybei įvertinti, ypač atkreipiant dėmesį į kokybę iš vartotojų pusės. Norint išmatuoti kokybę, dažniausiai vertinami skirtingi tinklo aspektai ir rodikliai, pavyzdžiui paketų praradimas (packet loss), perdavimo greitis (bitrate), pralaidumas (throughput), perdavimo uždelsimas (transmission delay), pasiekiamumas (availability), drebėjimas (jitter) ir kt.

Kompiuterių tinkluose ir kituose paketų perdavimo tinkluose QoS yra vadinamas duomenų judėjimo prioretizavimas ir resursų paskirstymas. QoS yra galimybė skirti skirtingus prioritetus atskiriems vartotojams, programoms, duomenų srautams arba garantuoti tam tikram duomenų srautui tinkamą veikimą.

QoS yra itin svarbus perduodant duomenis su specialiais reikalavimais, pavyzdžiui VoIP ar kitoms programoms kurios turi itin griežtus duomenų perdavimo reikalavimus.

1 pav. Duomenų perdavimus su ir be QoS pritaikymo

Telefonijos srityje QoS buvo apibrėžtas 1994 metais Tarptautinės Telekomunikacijų Sąjungos. Į QoS telekomunikacijose įeina daugelis sėkmingo ryšio reikalavimų, tokių kaip atsako laikas, duomenų praradimas, signalo – triukšmų santykis, aidas, trūkinėjimai, garsumo lygis ir t.t.. Kompiuterijoje QoS labiau apibrėžiama kaip resursų prioretizavimas ir jų kontrolės mechanizmai, negu kaip galutinis rezultatas. Naudojant QoS galima pasiekti norimų rezultatų – nedidelių vėlavimų, mažų prarastų paketų kiekių, labai mažų klaidų kiekių, išvengiama programos sustojimų, šiek tiek paaukojant duomenų perdavimo greitį tam tikrais momentais. QoS garantuoja nenutrūkstama veikimą pokalbių programoms, internetiniams žaidimams, internetinei televizijai, kadangi šių tipų programos normaliam veikimui reikalauja nustatyto duomenų perdavimo ir mažų trikdžių. Naudojant QoS šias sąlygas galima pasiekti net ir su lėtais tinklais, tokiais kaip mobilus ryšys.

Kaip kurie tinklai ar protokolai palaikantys QoS gali turėti iš anksto nustatytas srauto sutartis su tam tikromis programomis. T.y. programos paleidimo metu ar įvykus tam tikram įvykiui tinklas gali paskirti daug didesnį srauto pralaidumą ar greitį tam tikrai programai, o tam įvykiui pasibaigus, rezervacijas panaikina.

Didžioji dalis tinklo maršrutizatorių ir komutatorių nepalaiko QoS sistemos ir veikia geriausių pastangų rėžimu, t.y. iš anksto nepriskiria ir nereguliuoja savo resursų. Tokie įrenginiai dažniausiai yra pigesni, nesudėtingi, greitesni, ir todėl populiaresni už QoS galimybes turinčius įrenginius. Kadangi VoIP ir IPTV tampa vis populiaresnė paslauga tarp paprastų interneto vartotojų, tai ir vis daugiau ekonominės klasės maršrutizatorių turi QoS palaikymą.

2 pav. Greičio paskirstymas vaizdo platformai ir naršyklei

Srauto kokybės aspektai

Duomenų paketus perduodančiuose tinkluose srauto kokybės faktoriai gali būti skirstomi į žmogiškuosius ir techninius. Žmogiškieji faktoriai šiuo atveju būtų: paslaugų stabilumas, pasiekiamumas, vėlavimai, vartotojų informacija. Techniniai faktoriai: patikimumas, praplėtimo galimybė, efektyvumas, išlaikomumas, paslaugų kokybės lygiai ir t.t..

Duomenų paketams keliaujant iš pradinio į galutinį tašką gali iškilti daug įvairių problemų:

• Mažas pralaidumas – jeigu srautas nėra prioretizuojamas, dėl besikeičiančios apkrovos tarp kelių vartotojų besinaudojančių tuo pačiu tinklu, vieniems gali pritrūkti tinklo pralaidumo, ir pastovus duomenų siuntimas, kaip pvz. Netflix arba Youtube medija, gali pradėti strigti.

• Prarasti duomenų paketai – jeigu maršrutizatorius pames ir nepriims tam tikrų duomenų paketų, didelio dydžio duomenys gali būti iškraipyti. Paketai taip pat gali būti pamesti jeigu maršrutizatoriaus kaupiklis (buffer) bus perpildytas. Dažniausiai programos prašo, kad šie pamesti paketai būtų persiųsti iš naujo, tačiau tai taip pat sukelia papildomus vėlinimus.

• Klaidos – kartais duomenų paketai gali būti iškraipyti ir dėl bitų klaidų atsiradusių dėl signalo triukšmų perduodant belaidžiu tinklu arba ilgomis varinėmis linijomis. Taip kaip ir su prarastais paketais, gavėjas šią klaidą turi pastebėti ir paprašyti klaidingą paketą retransliuoti.

• Gaišties laikas (latency) – kartais kiekvienam paketui pasiekti gavėją gali užtrukti ilgiau nei tikėtasi. Taip dažniausiai atsitinka dėl to, kad duomenų paketai pradeda stoti eilėse, arba pradeda eiti ne pačiu greičiausiu keliu, norint išvengi susidariusių eilių. Tai skiriasi nuo mažo pralaidumo, nes net ir esant dideliam pralaidumui, tam tikroje kelio dalyje gali susidaryti eilės arba jos tiesiog gali išaugti. Gaišties laikas gali visiškai sutrikdyti tokių paslaugų kaip internetiniai žaidimai arba VoIP veikimą.

• Drebėjimas (jitter) – paketų galutinio tikslo pasiekimas su skirtingais vėlavimais. Tai dažniausiai įvyksta dėl susidarančių eilių ir gali kisti neprognozuojamai. Dėl to internetinės garso arba vaizdo paslaugos taip pat gali būti smarkiai sutrikdytos.

• Paketų atvykimas ne pagal tvarką – tai nutinka kai duomenų paketai yra siunčiami skirtingais keliais ir atsiranda skirtingi vėlavimai. Įvykus šiai problemai, reikalinga turėti papildomus specialius protokolus kurie sudėlioja paketus tokia tvarka, kokia jie buvo išsiųsti. Tai itin svarbu vaizdo ir garso programoms, kadangi paketai būtinai turi būti išdėlioti eilės tvarka.

Mechanizmai

Dalis paslaugų tokių kaip GSM jau savyje turi protokolus, kurie vykdo QoS, todėl jiems nereikia papildomų priemonių aukštai paslaugų kokybei pasiekti.

Kai mokėti papildomai už QoS apsimoka, tinklo vartotojai ir tiekėjai gali pasirašyti SLA kontraktą kuriuo garantuojamas tam tikras tinklo pralaidumas, galingumas ir stabilumas.

Dažniausiai tai yra pasiekiama prioretizuojant tinklo srautą. Kitais atvejais, dažniausiai yra pagal reikalavimus rezervuojami resursai.

3 pav. Telia SLA lygmenys

Resursų aprūpinimo perviršis(angl. over-provisioning)

Kaip alternatyva sudėtingiems QoS mechanizmams, galimas resursų aprūpinimo perviršis – t.y. suteikiama daug daugiau tinklo resursų negu reikia paskaičiuojant pagal galimą tinklo apkrovos piką. Šis mechanizmas yra lengvai įgyvendinamas tokiose sistemose kur apkrovos pikai nesikeičia, yra stabilūs ir lengvai nuspėjami. Rezultatai dažniausiai yra pakankami didžiajai daliai programų. Geriausiai tai tinka programoms kurios gali daug duomenų sukaupti iš anksto ir išvengti problemų kylančių dėl tinklo greičio ir uždelsimų pokyčių. Šis mechanizmas turi ir trūkumų – sąjungoje su TCP protokolu duomenų paketų laukimo eilė gali išaugti eksponentiškai ir visas tinklo pralaidumas gali greitai būti išnaudotas, ko pasėkoje paketai pradeda būti atmetami. Dėl to paketų praradimas ir gaišties laikas gali padidėti visiems vartotojams.

Norint pakeisti QoS resursų perviršiu, reikalingas labai didelis tinklo pralaidumas, ypač paskutiniu metu, kai programos tampa vis labiau reiklios resursams. Taip pat jeigu tinkle labai padidėja vartotojų kuriems reikalingas perviršis, visas tinklas gali būti labai greitai užpildytas ir tiesiog nustoti veikti.

4 pav. Resursų trūkumas ir perviršis

IP ir Ethernet metodai

Moderniuose tinkluose yra du pagrindiniai QoS metodai, kurie dalina tinklo resursus specifiškai pagal programos reikalavimus ir prioretizuoja paketus pagal norimą SLA.

• Integruotos paslaugos (Integrated Services „IntServ“) naudoja parametrų modelį. Aplikacijos naudoja Resursų Rezervavimo Protokalą (RSVP), kad prašytų ir gautų reikiamą resursų kiekį.

• Diferencijuotos paslaugos (Differentiated Services „DiffServ“) naudoja prioritetų modelį. DiffServ pažymi ir surūšiuoja duomenų paketus pagal jų paslaugas. Pagal šiuos pažymėjimus maršrutizatoriai ir komutatoriai naudoja įvairias eilių strategijas, kad sureguliuotų programų veikimą pagal reikalavimus.

Pradžioje buvo naudojama IntServ filosofija, tačiau internetui plečiantis eksponentiškai buvo nuspręsta, kad reikalingi maršrutizatoriai šiuo atvejų būtų per daug apkrauti. Todėl dažniau yra naudojamas DiffServ. IP lygmenyje rūšiuoti naudojama DSCP žymenys (6 bitai IP paketo antraštėje). MAC lygmenyje gali būti naudojami VLAN IEEE 802.1Q ir IEEE 802.1p standartai norint perduoti tą pačią informaciją.

Maršrutizatoriai palaikantys DiffServ sukonfigūruoja savo tinklo planuoklę taip, kad galėtų turėti keletą eilų laukiantiems paketams iš limituoto greičio tinklų. Skirtingi maršrutizatorių gamintojai teikia skirtingas galimybes visa tai konfigūruoti. Skirtingi maršrutizatoriai taip pat gali skirtingai turėti arba programinį, arba aparatinį QoS vykdymą. Šiuo metu didžioji dalis modernių maršrutizatorių visi turi bent jau programinį QoS. Net jeigu kaip kurie maršrutizatoriai to neturi, į juos galima įrašyti naują operacinę sistemą, tokią kaip dd-wrt, kuri dažniausiai turi QoS.

5 pav. QoS konfigūracija DD-WRT maršrutizatoriuose

Literatūros sąrašas

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Quality_of_service

2. https://lt.wikipedia.org/wiki/QoS

3. https://www.howtogeek.com/75660/the-beginners-guide-to-qos-on-your-router/

4. https://www.cisco.com/c/en/us/products/ios-nx-os-software/quality-of-service-qos/index.html