Heading

O que é QoS em rede?

QoS ou Qualidade de Serviço em rede é o processo de gestão de recursos de rede para reduzir a perda de pacotes, bem como menor nervosismo e latência da rede. A tecnologia QoS pode gerir recursos atribuindo aos vários tipos de dados da rede diferentes níveis de prioridade.

QoS é normalmente aplicado em redes que respondem ao tráfego que transporta dados com grande intensidade de recursos, como por exemplo:

• Video-on-demand
• Voice over IP (VoIP)
• Internet Protocol television (IPTV),
• Meios de comunicação em fluxo contínuo
• Video conferencing
• Jogos em linha

Estes tipos de dados precisam de ser transmitidos no menor espaço de tempo para serem consumíveis no lado receptor.

Mala de utilização de QoS na vida real

Para tornar as coisas um pouco mais claras, tomemos um exemplo de um engarrafamento numa auto-estrada na hora de ponta. Todos os condutores sentados no meio do engarrafamento têm um plano – chegar aos seus destinos finais. E assim, ao ritmo de caracol, eles continuam a avançar.

Então o som da sirene de uma ambulância alerta-os para um veículo que precisa de chegar ao seu destino com mais urgência – e à sua frente. E assim, os condutores saem do que agora se torna a “fila prioritária” da ambulância, e deixam-na passar.

Simplesmente, quando uma rede transporta dados, também ela tem uma configuração onde algum tipo de dados é tratado de preferência sobre todos os outros. Os pacotes de dados importantes precisam de chegar aos seus destinos muito mais rapidamente do que os restantes porque são sensíveis ao tempo e “expiram” se não chegarem a tempo.

Porque é que a rede QoS Matter?

Após uma hora, a rede de uma empresa e as redes de comunicação eram entidades separadas. As chamadas telefónicas e teleconferências eram normalmente tratadas por uma rede ligada ao RJ11; as chamadas eram monitorizadas por um sistema PABX. Funcionava separadamente da rede IP ligada ao RJ45 que ligava computadores portáteis, computadores de secretária e servidores. Os dois tipos de rede raramente se cruzavam, a menos que, por exemplo, um computador precisasse de uma linha telefónica para se ligar à Internet. Um exemplo de tal rede pareceria:

Quando as redes transportavam apenas dados, a velocidade não era tão crítica. Actualmente, as aplicações interactivas que transportam áudio e vídeo têm de ser entregues através de redes a alta velocidade e sem perda de pacotes ou variações na velocidade de entrega.

As pessoas agora fazem chamadas de negócios utilizando aplicações de vídeo-conferência como Skype, Zoom, e GoToMeeting, que utilizam o protocolo de transporte IP para enviar e receber mensagens de vídeo e áudio. No interesse das velocidades, estas aplicações críticas prescindem dos procedimentos de gestão de transporte que as transferências de dados padrão normalmente utilizam.

Antes de avançarmos mais no tópico de QoS, precisamos de falar sobre RTP.

O que é RTP?

O Protocolo de Transporte em Tempo Real ou RTP é um padrão de protocolo de Internet que estipula formas de aplicações para gerir as suas transmissões de dados multimédia em tempo real. O protocolo abrange tanto comunicações unicast (um-para-um) como multicast (um-para-muitos).

RTP é mais comummente utilizado em comunicações telefónicas via Internet, onde trata das transmissões de dados audiovisuais em tempo real.

p>Embora o RTP não garanta por si só a entrega dos pacotes de dados – essa tarefa é tratada por switches e routers – facilita a sua gestão uma vez que chegam aos dispositivos de rede.

QoS é uma configuração de transporte “hop-by-hop” implementada nos dispositivos de rede para os fazer identificar e dar prioridade aos pacotes de RTP. Cada dispositivo activado entre o remetente e o(s) destinatário(s) deve também ser configurado para compreender que o pacote é um “VIP” e precisa de ser empurrado para a faixa de prioridade. Se mesmo um dos dispositivos da rede no relé não estiver configurado correctamente, a QoS não funcionará. Os pacotes perderão a prioridade e diminuirão a velocidade de transmissão de dados desse dispositivo.

O que acontece se não usarmos QoS em rede?

Não ter uma QoS correctamente configurada pode resultar em um (ou todos) dos seguintes problemas:

• Latência: Quando os pacotes da RTP não tiverem sido atribuídos às suas prioridades requeridas, serão entregues à velocidade padrão dos dispositivos. Numa rede congestionada, os pacotes têm de viajar juntamente com o resto dos pacotes não urgentes. Embora a latência da rede em si não afecte a qualidade dos dados audiovisuais entregues per se, afectará a comunicação entre os utilizadores finais. A 100ms de latência, começarão a falar uns sobre os outros à medida que os pacotes chegam fora de sincronia, e a 300ms a conversa deixa de ser compreensível.

• Jitter: As aplicações em tempo real removem o amortecedor de nível de transporte padrão, pelo que não há mecanismo para remontar os pacotes que chegam na ordem correcta. Jitter é a velocidade irregular dos pacotes numa rede. Pode resultar em pacotes que chegam atrasados e fora de sequência. Como a aplicação não espera que o fluxo seja montado correctamente, os pacotes fora de sequência caem, resultando em distorção ou lacunas no áudio ou vídeo a ser entregue.
• Perda de Pacotes: Este é o pior cenário em que descobrimos que um número (ou partes) de pacotes são perdidos devido a demasiados congestionamentos nos dispositivos de rede. Quando a fila de saída de um switch ou router se enche, ocorre uma queda na cauda onde o dispositivo descarta quaisquer novos pacotes recebidos até que o espaço se torne novamente disponível.

Em todos os casos que acabámos de ver, QoS pode ajudar ordenando os dados, gerindo as filas, e prevenindo a perda de dados.

Ver também: The Ultimate Guide to Packet Loss

Não é preciso muita imaginação para ver como a comunicação e a transferência ou streaming de meios de comunicação podem ser gravemente afectados quando optamos por não utilizar a QoS – especialmente em redes que atendem aos protocolos da RTP. Mesmo que fosse perfeitamente concebida, eventualmente, a comunicação tornar-se-á primeiro difícil, depois deteriorar-se-á à medida que o tráfego da rede cresce, e finalmente tornar-se-á impossível.

As três falhas – latência, tremor, e perda de pacotes – são, de facto, tão críticas na determinação do funcionamento de uma implementação que a QoS e empresas fabricantes de software de monitorização de rede como a SolarWinds as utilizam como métricas para medir a qualidade do tráfego baseado em RTP.

Ferramentas de rede para monitorização de QoS

SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer (FREE TRIAL)

Seria bastante injusto continuar sem mencionar um pouco mais sobre uma das melhores ferramentas de monitorização de rede por aí: SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer.

p> Este conjunto de aplicações de monitorização de rede ajuda a resolver problemas que podem ser causados por:

• Uma rede lenta: Uma rede lenta pode manter toda uma empresa refém, uma vez que continua a reduzir a velocidade a que os dados fluem. A menos que os estrangulamentos da rede sejam removidos, toda a organização irá experimentar uma conectividade terrível.
• Comunicações audiovisuais lentas: Uma empresa que não consiga estabelecer um canal de comunicação claro dentro do seu canal de rede ficará aleijada. Pior ainda, o facto de não conseguir comunicar claramente com os seus clientes irá quase de certeza pô-lo de joelhos.
• Redes não monitorizadas: Um administrador que não possa monitorizar devidamente a rede não poderá saber sobre o seu estado actual ou como fazer planos para a sua expansão futura. Sem documentar a rede e acompanhar o desempenho de cada equipamento, um gestor de rede não pode tomar decisões informadas e é susceptível de exacerbar os problemas de desempenho da rede.

Armed with the Netflow Traffic Analyzer, os administradores de rede poderão livrar-se dos problemas que acabámos de ver por:

• Ajudar com uma implementação de QoS e a sua optimização – através do feedback do fluxo de dados
• Actualizar e informar sobre a configuração actual da política de QoS, informando as decisões de concepção.
• Monitorizar a utilização da largura de banda para identificar quais as aplicações e os dispositivos que hogam recursos da rede – estes podem ser isolados, reprogramados, ou desligados. Ver também: 6 melhores ferramentas de monitorização de largura de banda livre

Um painel de controlo típico do Netflow Traffic Analyzer contém a informação vital de que um administrador necessita para monitorizar os estados e fazer ajustes de definições rapidamente. Um exemplo:

Estes relatórios e análises incluem: latência, jitter, e perda de pacotes.

SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer Descarregar o TRIAL GRATUITO de 30 dias em SolarWinds.com

Monitorização de QoS Paessler com PRTG

Outra opção que poderia investigar para a monitorização de QoS é o Paessler PRTG. Esta suite de monitorização de rede tem uma secção especial que acompanha o desempenho de QoS. Esta função mostra-lhe fluxos de tráfego marcados em tempo real e também armazena dados para análise de desempenho e planeamento de capacidade.

O software PRTG inclui quatro sensores de monitorização que cobrem três metodologias diferentes de QoS. Estes são complementados por um sensor Ping Jitter que rastreia a regularidade da entrega de pacotes num fluxo.

Os três tipos de QoS que a PRTG pode seguir são QoS padrão, Cisco IP-SLA, e Cisco CBQoS. Os rastreadores de QoS padrão são implementados como um sensor unidireccional ou um sensor de ida e volta. Estes seguidores podem funcionar em ligações através da Internet. A fim de obter um registo preciso do desempenho no destino, é necessário colocar um sensor nesse local remoto para o serviço de sensor unidireccional. O serviço de ida e volta requer um reflector no local remoto para poder funcionar.

O sensor IP-SLA da Cisco é dedicado à monitorização do tráfego VoIP etiquetado na sua rede. Regista uma gama de métricas para tráfego de voz, incluindo tempo de ida e volta, latência, jitter, atrasos e a Pontuação Média de Opinião (MOS).

O sensor Cisco CBQoS segue implementações de Qualidade de Serviço baseadas em Classe. O CBQoS é uma metodologia de enfileiramento e, se quiser implementá-lo, terá de manter um registo de mais pontos de entrada nos seus routers e switches. Cria pelo menos três filas virtuais para cada dispositivo, pelo que há muito mais a monitorizar.

PRTG é capaz de se configurar e mapear automaticamente toda a sua infra-estrutura de rede. No entanto, as implementações de QoS requerem a tomada de decisões, pelo que terá de configurar o método por si próprio, decidindo que tipos de tráfego de rede priorizar.

Paessler permite-lhe utilizar o PRTG gratuitamente se activar apenas um máximo de 100 sensores. Se for maior, pode obter um teste gratuito de 30 dias do sistema, incluindo o monitor QoS.

Como configura o seu QoS?

Os routers e switches que podem ser configurados para dar prioridade aos protocolos são normalmente acedidos por conjuntos de software de gestão de routers. Todo o processo de configuração da sua preferência QoS é um assunto bastante simples que envolve:

• Li>Entrar na aplicação e ligar ao centro ou mudar através dele
• Navegar para o menu de configuração QoS
• Configurar preferências de prioridade de pacotes

E, assim, os pacotes de media serão capazes de atravessar as redes suavemente. Os engenheiros de redes hardcore podem fazer todas as tarefas acima enumeradas através de interfaces de configuração de linha de comando.

Como são priorizados os pacotes RTP?

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

• Classificação: Este método eficaz identifica os tipos de pacotes e atribui a sua prioridade através da sua marcação. A identificação pode ser feita usando ACLs (Access Control Lists), implementações LAN usando CoS (Class of Service), ou com a ajuda de interruptores que usam marcações QoS baseadas em hardware.
• enfileiramento: As filas são buffers de memória de alto desempenho encontrados nos routers e interruptores. Os pacotes que passam por eles são mantidos em áreas de memória dedicadas enquanto esperam para serem enviados no seu caminho. Quando protocolos, tais como RTP são atribuídos com maior prioridade, são movidos para uma fila dedicada que empurra os dados a um ritmo mais rápido, reduzindo assim as hipóteses de serem abandonados. As filas de menor prioridade não têm este luxo.

Uma coisa importante que tem de ser lembrada aqui é que as marcações de prioridade de um pacote só são válidas dentro da rede em que foi criado. Uma vez que deixe a rede, os proprietários da rede receptora determinarão a sua nova prioridade.

Pois a considerar ao dar prioridade aos pacotes

algumas ideias e dicas que podem ajudar a decidir como dar prioridade aos pacotes incluem:

• É geralmente uma boa ideia ter as marcações de prioridade atribuídas pelos dispositivos mais próximos da fonte dos dados Isto assegura que os pacotes viajam por toda a rede com a prioridade correcta.
• O dispositivo de escolha para marcar os pacotes de entrada que devem ser sempre comutadores. Isto porque estes dispositivos podem equilibrar o tráfego na rede e partilhar a carga com outros switches, reduzindo assim a carga sobre as suas CPUs.
• O tráfego de entrada é quase sempre maior do que o que se dirige na direcção oposta. Os provedores ISP normalmente atribuem menos largura de banda ao tráfego de saída dos seus clientes, e é aí (no caminho de saída da rede) que a QoS precisa de ser aplicada principalmente.
• Cisco tem uma recomendação sobre como os pacotes devem ser marcados como se mostra neste diagrama:

Recomendações de Marcação de Base QoS da Cisco.png

Finalmente, o sucesso de uma implementação de QoS depende sempre da qualidade da política que rege a forma como os pacotes são classificados, marcados, e enfileirados. A política deve ser cuidadosamente elaborada para que a implementação de QoS seja um sucesso.

O que não usar QoS para

Depois de ler sobre QoS pode parecer ser um elixir mágico que pode curar todas as doenças que causam congestionamento da rede. Bem, até certo ponto, pode tornar a maioria das comunicações RTP mais suave e fazê-lo parecer como se tivesse racionalizado o tráfego numa rede. Infelizmente, não é uma solução global para todos os problemas de rede.

QoS nunca deve ser utilizado para os seguintes fins:

Aumentar a largura de banda

P>Embora QoS ajude a racionalizar a prioridade dos pacotes de RTP e a fazer parecer que a rede aumentou subitamente a sua largura de banda, nunca deve ser interpretada como tal. QoS nunca deve ser utilizado como uma ferramenta para “aumentar a largura de banda” quando tudo o que faz é utilizar os recursos existentes um pouco mais eficientemente (e a favor dos pacotes de RTP).

Em vez disso, considerar a possibilidade de procurar o cache de ficheiros para diminuir a quantidade de dados que entram e saem. Se isso não funcionar, então pode significar que os limites de largura de banda prescritos foram atingidos. Quando uma empresa atinge os seus limites de banda larga, a única coisa viável a fazer é sair e comprar mais alguns – não usar QoS.

Desobstruir a rede

Se as aplicações desonestas forem deixadas a correr e acabarem por monopolizar a largura de banda de uma rede, implementar QoS não é a solução. Embora as chamadas Skype possam finalmente começar a ser efectuadas, a QoS não terá resolvido o problema de raiz. Eventualmente, as aplicações desonestas irão engolir quaisquer recursos disponíveis, esgotando os benefícios da QoS.

Uma solução que poderia funcionar aqui seria a de caçar as aplicações de captura de recursos e desligá-las ou remarcá-las para funcionarem após horas.

Ganhar, todo o propósito de configurar a QoS numa rede é garantir que as chamadas de vídeo e áudio em fluxo contínuo não fiquem atrasadas (ou até mesmo que sejam descartadas) devido a uma rede congestionada. Não é uma ferramenta que possa realmente aumentar a largura de banda. Também não pode túneis através de uma rede entupida.

Uma boa implementação de QoS melhorará a qualidade e a velocidade dos dados de missão crítica, optimizando a largura de banda atribuída e facilitando a etiquetagem dos pacotes de modo a que sejam identificados e dadas as suas prioridades atribuídas. Faz uso da largura de banda disponível; não a expande.

QoS em Perguntas Frequentes sobre Redes

Atribuições de imagem:

1. Imagem de John Carlisle em Unsplash
2. “Pistas de luz vermelha e branca numa auto-estrada urbana à noite em Röddingsmarkt” pela CBX. on Unsplash
3. Concepção de rede mista – Wikimedia, domínio público
4. “Netflow Traffic Analyzer Summary” – imagem tirada em 28/05/2018
5. “Cisco’s QoS Baseline Marking Recommendations” – Cortesia da Cisco Systems, Inc. Uso não autorizado não permitido (Imagem capturada em 28/05/2018)