کیفیت سرویس در شبکه یا Quality Of Service چیست؟

مقدمه

در گذشته شبکه‌های تجاری سنتی به‌عنوان نهادهای جداگانه عمل می‌کردند. تماس‌های تلفنی و کنفرانس‌های تلفنی توسط یک شبکه مدیریت می‌شد، در حالی که لپ‌تاپ‌ها، کامپیوترهای دسکتاپ، سرورها و سایر دستگاه‌ها به شبکه دیگری متصل بودند. تا زمانیکه شبکه‌ها فقط داده‌ها را حمل می‌کردند، سرعت خیلی مهم نبود. اما اکنون، برنامه‌های تعاملی که محتوای صوتی و تصویری را حمل می‌کنند باید با سرعت بالا و بدون از دست دادن بسته‌ها تحویل داده‌شوند. کیفیت سرویس در شبکه (QoS) به ویژه برای تضمین عملکرد بالای برنامه‌های حیاتی که به پهنای باند بالا برای ترافیک بلادرنگ نیاز دارند، مهم است.

با ادامه بلوغ اینترنت اشیا (IoT)، کیفیت سرویس در شبکه‌های کامپیوتری (QoS) نیز اهمیت فزاینده‌ای پیدا کرد. هرگونه تأخیر در بازخورد می‌تواند باعث اشتباهات پرهزینه در شبکه اینترنت اشیا شود. سرویس کیفیت خدمات، جریان داده را قادر می‌سازد تا در شبکه اولویت داشته باشد و تضمین می‌کند که اطلاعات در سریع‌ترین زمان ممکن جریان یابد.

کیفیت سرویس در شبکه چیست؟

کیفیت سرویس در شبکه یا (QOS) به هر مکانیسم و فناوری گفته می‌شود که ترافیک داده را برای کاهش از دست دادن بسته‌ها، کاهش تأخیر، کاهش لرزش در شبکه و اطمینان از عملکرد برنامه‌های کاربردی حساس مانند صدا و ویدئوی بلادرنگ بدون کاهش کیفیت، کنترل می‌کند. کیفیت سرویس در شبکه‌های کامپیوتری با تعیین اولویت برای انواع خاصی از داده‌ها در شبکه، منابع شبکه را کنترل و مدیریت می‌کند.

کیفیت سرویس در شبکه معمولاً برای شبکه‌هایی اعمال می‌شود که ترافیک را برای سیستم‌های با منابع فشرده حمل می‌کنند و درواقع مدیریت ترافیک شبکه است. خدمات رایجی که برای آنها مورد نیاز است عبارتند از:

• تلویزیون پروتکل اینترنتی (IPTV)
• بازی آنلاین
• پخش رسانه‌ای
• ویدئو کنفرانس
• ویدیوی درخواستی (VOD)
• Voice over IP (VoIP) و غیره

با استفاده از کیفیت سرویس در شبکه، سازمان‌ها این توانایی را دارند که عملکرد چندین برنامه کاربردی را در شبکه خود بهینه کنند و با به‌کاربردن ابزارها و تکنیک‌های خاصی نرخ بیت، تأخیر، جیتر و نرخ بسته شبکه خود را مشاهده کرده و با ایجاد ترافیک متعادل، به QOS و سرویس کیفیت خدمات برسند. این قابلیت تضمین می‌کند که شما بتوانید ترافیک شبکه خود را مهندسی کرده و روش مسیریابی بسته‌ها را در اینترنت یا سایر شبکه‌ها تغییر دهید تا از تأخیر انتقال جلوگیری کرده باشید.

برای بسیاری از سازمان‌ها، QoS (Quality Of Service) در قرارداد سطح سرویس (SLA) با ارائه دهنده خدمات شبکه آنها گنجانده شده‌است تا سطح مشخصی از عملکرد شبکه را تضمین کند و سازمان به کیفیت خدمات مورد انتظار برای برنامه‌ها دست یابد.  برای آشنایی با کیفیت سرویس در شبکه و داشتن ارائه در این زمینه می‌توانید از فایل آماده‌ای که توسط مجموعه پی استور تهیه و آماده شده است استفاده کنید. برای دسترسی به این فایل به لینک زیر مراجعه کنید.

• پاورپوینت کیفیت سرویس در شبکه — کلیک کنید.

پارامترهای کیفیت سرویس در شبکه

پارامترهای کیفیت سرویس در شبکه یکی از مهم‌ترین بخش‌ها در بحث Qos است از این رو سازمان‌ها می‌توانند کیفیت سرویس در شبکه (QoS) را به صورت کمی با استفاده از چندین پارامتر از جمله موارد زیر اندازه‌گیری کنند:

• Packet loss یا از دست دادن بسته: Packet loss زمانی اتفاق می‌افتد که لینک‌های شبکه شلوغ می‌شوند و روترها و سوئیچ‌ها شروع به رها‌کردن بسته‌ها می‌کنند. هنگامی‌که بسته‌ها در حین ارتباط بلادرنگ، مانند تماس‌های صوتی یا ویدیویی، از بین می‌روند، این جلسات می‌توانند لرزش و شکاف در گفتار را تجربه کنند. هنگامی‌که یک صف یا صف بسته‌هایی که منتظر ارسال هستند، سرریز می‌شود، بسته‌ها می‌توانند حذف شوند. Packet loss معمولاً به‌دلیل ازدحام در شبکه رخ می‌دهد. QoS سازمان‌ها را قادر می‌سازد تصمیم بگیرند که کدام بسته‌ها را در این رویداد رها کنند.
• Jitter: سرعت نامنظم بسته‌ها در شبکه که درنتیجه ازدحام ایجاد می‌شود و می‌تواند منجربه دیر رسیدن بسته‌ها و عدم توالی آن‌ها شود. لرزش بیش‌ازحد می‌تواند کیفیت ارتباطات صوتی و تصویری را کاهش داده و  باعث ایجاد اعوجاج یا شکاف در صدا و تصویر در حال تحویل شود.
• Latency یا تأخیر: تأخیر مدت زمانی است که یک بسته از مبدا به مقصد سفر می‌کند و باید تا حد امکان نزدیک به صفر باشد. تأخیر اغلب می‌تواند تحت تأثیر تأخیر در صف قرار گیرد، که در مواقع ازدحام رخ می‌دهد و یک بسته قبل از ارسال در یک صف منتظر می‌ماند. QoS سازمان‌ها را قادر می‌سازد تا با ایجاد صف اولویت برای انواع خاصی از ترافیک، از این امر اجتناب کنند. مثلاً اگر تماس صوتی از طریق IP دارای تأخیر بالایی باشد، کاربران می‌توانند اکو و صدای همپوشانی را تجربه کنند.
• Bandwidth یا پهنای باند: پهنای باند یک پیوند ارتباطی شبکه برای انتقال حداکثر مقدار داده از یک نقطه به نقطه دیگر، در مدت زمان معین است.  Quality Of Service (QoS) عملکرد شبکه را با مدیریت پهنای باند و دادن اولویت به برنامه‌های کاربردی با نیازهای عملکرد سخت‌گیرانه‌تر از سایر منابع بهینه می‌کند.
• Mean opinion score (MOS) یا میانگین امتیاز نظر (MOS): MOS معیاری برای رتبه‌بندی کیفیت صدا است که از مقیاس پنج نقطه‌ای استفاده می‌کند که پنج نشان‌دهنده بالاترین کیفیت است.

چرا کیفیت سرویس در شبکه (QoS) مهم است؟

QoS اهمیت فزاینده‌ای دارد زیرا الزامات عملکرد شبکه با تعداد روزافزون افرادی که از آنها استفاده می‌کنند، تطبیق می‌یابد. جدیدترین برنامه‌ها و خدمات آنلاین به پهنای باند و عملکرد شبکه زیادی نیاز دارند و کاربران در هر زمان خواستار ارائه عملکرد بالا هستند. بنابراین، سازمان‌ها باید تکنیک‌ها و فناوری‌هایی را به‌کار گیرند که بهترین خدمات ممکن را تضمین کند.

کیفیت سرویس در شبکه‌های کامپیوتری مهم است زیرا شرکت‌ها باید خدمات پایداری را برای استفاده کارکنان و مشتریان ارائه دهند. سرویس کیفیت خدمات تعیین کننده کیفیت تجربه (QoE) است. اگر خدماتی که یک سازمان ارائه می‌کند قابل اعتماد نباشد، روابط مشتری و کارمند ممکن است در معرض خطر قرار گیرد. علاوه‌براین، یکپارچگی و امنیت داده‌ها در شرکتی با QoS ضعیف بیشتر به خطر می‌افتد. به‌طور‌کلی، کارکنان و مشتریان برای انجام کارهای خود به خدمات ارتباطی وابسته هستند. هنگامی که کیفیت خدمات کاهش می‌یابد، کیفیت کار و کیفیت تجربه نیز آسیب می‌بیند.

QoS چگونه کار می کند؟

فناوری شبکه QoS با علامت‌گذاری بسته‌ها برای شناسایی انواع خدمات، سپس پیکربندی مسیریاب‌ها برای ایجاد صف‌های مجازی مجزا برای هر برنامه، بر اساس اولویت آنها، کار می‌کند. در نتیجه، پهنای باند برای برنامه‌های کاربردی حیاتی یا وب‌سایت‌هایی که دسترسی به آنها اولویت داده شده است، محفوظ است. فناوری‌های QoS تخصیص ظرفیت و مدیریت ترافیک شبکه را فراهم می‌کنند. این امر به مدیر شبکه امکان می‌دهد تا ترتیبی که بسته‌ها بر اساس آن مدیریت می‌شوند را تعیین کند و پهنای باند مناسبی را برای هر برنامه یا جریان ترافیک فراهم کند.

وقتی سازمان‌ها از شبکه‌های خود برای ارسال اطلاعات بین نقاط پایانی شبکه استفاده می‌کنند، اطلاعات یا داده‌ها در بسته‌ها قالب‌بندی می‌شوند.  ابزارهای کیفیت خدمات، مسئولیت اولویت‌بندی بسته‌ها را بر عهده می‌گیرند تا حداکثر استفاده را از پهنای باند محدود در شبکه خود ببرند. به‌عبارت دیگر، شبکه تنها می‌تواند اطلاعات زیادی را در مدت زمان معینی انتقال دهد. بنابراین، ابزار QoS بسته‌ها را به‌گونه‌ای اولویت‌بندی می‌کند که تضمین می‌کند از پهنای باند برای ارائه بهترین سرویس اینترنت ممکن در آن مدت زمان ثابت استفاده می‌شود.

مقاله ترجمه شده‌ای درباره بررسی و مطالعه مقایسه ای روش های انتشار آگاه از QoS در شبکه های VANET در مجموعه پی استور موجود است که پیشنهاد می‌کنیم مطالعه کنید.

پیاده‌سازی کیفیت سرویس در شبکه های کامپیوتری

پیاده‌سازی کیفیت سرویس در شبکه (QoS) با شناسایی انواع ترافیکی که برای آن‌ها مهم است، استفاده از حجم بالایی از پهنای باند و یا حساس به تأخیر یا از دست دادن بسته توسط یک سازمان شروع می‌شود و به سازمان کمک می‌کند تا نیازها و اهمیت هر نوع ترافیک در شبکه خود را درک کند و یک رویکرد کلی طراحی کند. به عنوان مثال، برخی از سازمان‌ها ممکن است فقط نیاز به پیکربندی محدودیت‌های پهنای باند برای سرویس‌های خاص داشته باشند، در حالی که برخی دیگر ممکن است نیاز به پیکربندی کامل محدودیت‌های پهنای باند رابط و خط‌مشی امنیتی برای همه سرویس‌های خود داشته باشند، و همچنین سرویس‌های حیاتی در صف را نسبت به نرخ ترافیک اولویت‌بندی کنند.

سازمان می‌تواند سیاست‌هایی را به‌کار گیرد که ترافیک را طبقه‌بندی کرده و از در دسترس بودن و سازگاری مهم‌ترین برنامه‌های آن اطمینان حاصل کند. سپس به ابزارهای مدیریت پهنای باند و صف‌بندی، نقش‌هایی اختصاص می‌یابد تا به‌طور خاص براساس طبقه‌بندی که هنگام ورود به شبکه دریافت کرده‌اند، جریان ترافیک را مدیریت کنند.

صف اولویت نیز می‌تواند برای اطمینان از دردسترس بودن لازم و حداقل تأخیر عملکرد شبکه برای برنامه‌های کاربردی و ترافیک مهم استفاده شود. مدیریت پهنای باند، جریان ترافیک در زیرساخت شبکه را اندازه‌گیری و کنترل می‌کند تا اطمینان حاصل شود که از ظرفیت آن فراتر نمی‌رود و از تراکم جلوگیری می‌کند.

مزایای کیفیت سرویس در شبکه (QoS) چیست؟

مزیت اصلی QoS این است که در دسترس بودن شبکه یک سازمان و برنامه‌هایی که در آن شبکه اجرا می‌شوند را تضمین می‌کند و منجربه انتقال ایمن و کارآمد داده‌ها از طریق آن شبکه می‌شود. QoS همچنین به سازمان ها این امکان را می‌دهد که به جای ارتقاء زیرساخت شبکه برای گسترش پهنای باند، از پهنای باند موجود خود به طور مؤثرتر استفاده کنند. سایر مزایای کیفیت سرویس در شبکه عبارتند از:

پیاده سازی (Quality Of Service) QoS

مراحل پیاده سازی QOS عبارتنداز:

• برنامه ریزی: سازمان باید درک درستی از نیازها و الزامات خدمات هر بخش به دست آورد، مدل مناسبی را انتخاب کند و از طرف ذینفعان خرید ایجاد کند.
• طراحی: سازمان باید تمام تغییرات مهم نرم افزاری و سخت افزاری را مورد توجه قرار دهد و مدل QoS انتخابی را در مشخصات معماری شبکه خود اعمال کند.
• آزمایش کردن: سازمان باید تنظیمات و خط‌مشی‌های QoS را در یک محیط آزمایشی کنترل‌شده و ایمن که در آن می‌توان باگ‌ها را برطرف کرد، آزمایش کند.
• گسترش: سیاست‌ها باید در این مرحله اجرا شود. یک سازمان ممکن است تصمیم بگیرد که خط‌مشی‌ها را بر اساس بخش شبکه یا تابع QoS جداگانه (آنچه هر خط‌مشی انجام می‌دهد) اجرا کند.
• نظارت و تحلیل: سیاست‌ها باید برای بهبود عملکرد با توجه به داده‌های عملکرد تنظیم شوند.

• بهترین تلاش: یک مدل QoS که در آن همه بسته‌ها اولویت یکسانی دارند و هیچ تحویل تضمینی بسته‌ها وجود ندارد. بهترین تلاش زمانی اعمال می‌شود که شبکه‌ها خط‌مشی‌های کیفیت سرویس در شبکه را پیکربندی نکرده باشند یا زمانی که زیرساخت از QoS پشتیبانی نمی‌کند.
• خدمات یکپارچه (IntServ): یک مدل QoS که پهنای باند را در طول یک مسیر خاص در شبکه ذخیره می‌کند. برنامه‌ها از شبکه درخواست رزرو منابع می‌کنند و دستگاه‌های شبکه روی جریان بسته‌ها نظارت می‌کنند تا مطمئن شوند که منابع شبکه می‌توانند بسته‌ها را بپذیرند.
• خدمات متمایز (DiffServ): یک مدل کیفیت سرویس در شبکه که در آن عناصر شبکه، مانند روترها و سوئیچ‌ها، برای سرویس‌دهی چندین کلاس ترافیک با اولویت‌های مختلف پیکربندی شده‌اند.

به عنوان مثال، ترافیک صوتی می‌تواند اولویت بیشتری نسبت به سایر انواع ترافیک داشته باشد. بسته‌ها با استفاده از نقطه کد خدمات متمایز (DSCP) برای طبقه‌بندی اولویت‌ها را تعیین می‌کنند. DiffServ همچنین از رفتار per-hop برای اعمال تکنیک‌های QoS، مانند صف‌بندی و اولویت‌بندی، برای بسته‌ها استفاده می‌کند. معماری شبکه همچنین بر نحوه پیاده‌سازی کیفیت سرویس در شبکه توسط یک سازمان تأثیر می‌گذارد. چنانچه تصمیم به سمینار کارشناسی ارشد در رابطه با این موضوع دارید پیشنهاد می‌کنیم به لینک زیر مراجعه کنید.

• کیفیت سرویس در شبکه های خودرویی (Qos in Vanet) — کلیک کنید.

تکنیک های موجود در QoS (Quality Of Service)

تکنیک‌هایی که کسب‌وکارها می‌توانند برای تضمین عملکرد بالای حیاتی‌ترین برنامه‌های خود استفاده کنند، عبارتنداز:

1. اولویت‌بندی ترافیک VoIP حساس به تأخیر از طریق روترها و سوئیچ‌ها
2. رزرو منبع
3. صف
4. علامت گذاری ترافیک

ابزار کیفیت سرویس در شبکه (QoS)

ابزارهای QoS به‌طور کلی در این دو دسته قرار می گیرند:

1. طبقه بندی: ترافیک را شناسایی می‌کند و آن را علامت‌گذاری می‌کند تا مطمئن شود که سایر دستگاه‌های شبکه می‌توانند آن را شناسایی و اولویت‌بندی کنند.
2. صف کشیدن: پهنای باند را برای نگهداری بسته‌ها در بافر ذخیره می‌کند تا بعداً پردازش شود.
3. پلیس: پهنای باند و محدودیت خاصی را اعمال می‌کند و بسته‌هایی را که به قانون پایبند نیستند حذف می‌کند. این بخشی از جلوگیری از ازدحام است.
4. شکل دادن: شبیه به پلیس است، اما به جای حذف کامل ترافیک، در یک بافر صف می‌کشد. این، همراه با صف، بخشی از مدیریت ازدحام است.
5. دور انداختن اولیه تصادفی وزنی (WRED): جریان‌های داده با اولویت پایین را حذف می‌کند تا داده‌های با اولویت بالا را از اثرات منفی تراکم شبکه حفظ کند.
6. تکه تکه شدن و فشرده سازی: پهنای باند شبکه را کاهش می‌دهد تا از تأخیر و لرزش جلوگیری کند.

سخن پایانی درباره کیفیت سرویس در شبکه

به خاتمه مبحث کیفیت سرویس در شبکه رسیدیم. در حالت کلی پی بردیم که  Quality Of Service (QOS) به هر فناوری و تکنولوژی اطلاق می‌شود که در مدیریت ترافیک شبکه به‌کار برده می‌شود و باعث کاهش تعداد packet lossها، زمان تأخیر و میزان جیتر در شبکه‌ها می‌شود. QoS منابع شبکه را با مشخص کردن اولویت‌ها برای هر نوع خاصی از داده‌ها کنترل و تنظیم می‌کند و از اهمیت بسیار بالایی در بحث شبکه‌های کامپیوتری برخوردار است. امید است مطالب ارائه شده در مقاله کیفیت سرویس در شبکه مفید واقع شده باشد. لطفاً نظرات و پیشنهادات خود را با ما درمیان بگذارید.