QoS là gì? Cách sử dụng QoS để có tốc độ Internet nhanh hơn khi cần gấp

Quản Trị Mạng - Trong bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ giới thiệu và hướng dẫn các bạn tìm hiểu về khái niệm QoS – Quality of Service trên các thiết bị router.

QoS là gì?

QoS (viết tắt của Quality of Service), là 1 cách thức điều khiển mức độ ưu tiên traffic của hệ thống mạng, tính năng này hoạt động trên tất cả các tầng khác nhau của hệ thống, nhưng trong bài thử nghiệm này, chúng ta sẽ tập trung vào thiết bị router sử dụng trong mô hình nhà hoặc cá nhân. Cụ thể hơn, QoS sẽ thể hiện rõ tác dụng ở những vị trí thường xảy ra hiện tượng bottleneck (hay thường gọi nôm na là thắt nút cổ chai), đồng thời quyết định phần traffic nào quan trọng hơn các phần còn lại, dựa trên quy luật mà người sử dụng thiết lập có liên quan tới địa chỉ IP, MAC, các dịch vụ đang hoạt động...

Trường hợp sử dụng QoS trong thực tế

Để hiểu rõ hơn một chút, hãy lấy ví dụ về tình trạng kẹt xe trên đường cao tốc vào giờ cao điểm. Tất cả những người lái xe trên đường đều có một mục tiêu là đến được đích cuối cùng. Và do đó, họ phải tiếp tục di chuyển, dù với tốc độ của ốc sên.

Sau đó, âm thanh của còi xe cấp cứu cảnh báo họ về một phương tiện cần đến đích gấp và phải đi trước họ. Do đó, các tài xế di chuyển ra khỏi nơi - bây giờ trở thành "phần đường ưu tiên" của xe cứu thương và để nó đi qua.

Tương tự, khi một mạng truyền dữ liệu, nó cũng có một thiết lập trong đó một số loại dữ liệu được xử lý tốt hơn tất cả những loại khác. Các gói dữ liệu quan trọng cần đến đích nhanh hơn nhiều so với những gói còn lại, vì chúng nhạy cảm về thời gian và sẽ “hết hạn” nếu không đến đúng giờ.

Tại sao QoS lại quan trọng?

Ngày xưa, mạng thông tin và mạng doanh nghiệp là những thực thể riêng biệt. Các cuộc gọi điện thoại và liên lạc từ xa thường được xử lý bởi một mạng kết nối RJ11. Các cuộc gọi được giám sát bởi một hệ thống PABX. Nó chạy riêng biệt với mạng IP được kết nối RJ45 liên kết laptop, máy tính để bàn và máy chủ. Hai loại mạng này hiếm khi giao nhau, trừ khi, ví dụ, một máy tính cần đường dây điện thoại để kết nối với Internet. Ví dụ về một mạng như vậy sẽ giống như sau:

Khi mạng chỉ truyền dữ liệu, tốc độ không quá quan trọng. Ngày nay, các ứng dụng tương tác mang âm thanh và video phải được phân phối qua mạng với tốc độ cao, sao cho không bị mất gói dữ liệu hoặc thay đổi về tốc độ phân phối.

Giờ đây, mọi người thực hiện cuộc gọi công việc bằng các ứng dụng họp trực tuyến như Skype, Zoom và GoToMeeting, sử dụng giao thức truyền tải IP để gửi và nhận tin nhắn video hay âm thanh. Vì lợi ích về mặt tốc độ, các ứng dụng quan trọng này có thể thực hiện công việc trong khi không cần những quy trình quản lý mà việc truyền dữ liệu tiêu chuẩn thường sử dụng.

Bottleneck thường xảy ra ở đâu?

Cơ chế hoạt động chính của QoS thường được áp dụng khi hiện tượng bottleneck xảy ra tại 1 thời điểm hoặc nơi nào đó trong hệ thống, và yếu tố chính ở đây là các thông số bạn thiết lập có liên quan đến bandwidth:

Giả sử rằng các thiết lập của QoS được khởi tạo vượt quá mức bandwidth bạn nhận được từ phía nhà cung cấp. Chuyện gì sẽ xảy ra nếu lượng traffic trên router của bạn không được ưu tiên vì hệ thống “nghĩ” rằng lưu lượng bandwidth này hoàn toàn hợp lý. Trong khi đó, nếu bạn đã sử dụng đến mức giới hạn cung cấp của ISP, thì họ mới là người quyết định những gì được phép và không được phép tiếp tục hoạt động.

Bên cạnh đó, nếu thiết lập mức bandwidth của QoS thấp hơn so với tiêu chuẩn của ISP thì đồng nghĩa với việc bạn đang tự tạo ra bottleneck “nhân tạo”, và chúng ta có thể điều khiển, giám sát và quản sát chúng qua router.

Một số điểm cần lưu ý để đảm bảo tính ổn định trong hệ thống, bao gồm thiết lập của Uplink và Downlink:

Hãy bắt đầu bằng việc kiểm tra tốc độ trung bình đường truyền của chúng ta đang sử dụng từ ISP. Để thực hiện, các bạn có thể sử dụng một số dịch vụ hỗ trợ trực tuyến có sẵn như Speakeasy Speed Test và SpeedTest:

Theo khuyến cáo của các chuyên gia cũng như nhiều người sử dụng có kinh nghiệm thì các bạn nên thiết lập QoS với mức khoảng 85% giá trị thu được từ cuộc kiểm tra để đảm bảo hệ thống hoạt động có hiệu quả. Sau khi xác định được tốc độ Uplink và Downlink thì các bạn hãy tăng dần dần khoảng 1- 2% trên mỗi lần. Đối với một số trường hợp đặc biệt thì người sử dụng có thể tăng được tới 95% mà hệ thống vẫn đảm bảo hiệu suất, không bị tác động bởi bất kỳ ảnh hưởng phụ nào.

Điều gì xảy ra nếu không sử dụng QoS trong mạng?

Không có QoS được cấu hình chính xác có thể dẫn đến một (hoặc tất cả) các vấn đề sau:

Độ trễ

Khi các gói RTP chưa được chỉ định mức độ ưu tiên bắt buộc, chúng sẽ được phân phối ở tốc độ mặc định của thiết bị. Trong một mạng tắc nghẽn, các gói phải di chuyển cùng với phần còn lại của các gói không khẩn cấp. Mặc dù bản thân độ trễ mạng sẽ không ảnh hưởng đến chất lượng của dữ liệu nghe nhìn được phân phối, nhưng nó sẽ ảnh hưởng đến giao tiếp giữa những người dùng cuối. Ở độ trễ 100ms, một người sẽ bắt đầu nói đè lên lời người khác khi các gói tin đến không đồng bộ và ở mức 300ms, cuộc trò chuyện sẽ không thể hiểu được.

Jitter

Các ứng dụng thời gian thực loại bỏ việc tạo buffer mức truyền tải tiêu chuẩn, do đó không có cơ chế để tập hợp lại các gói tin đến theo đúng thứ tự. Jitter là tốc độ bất thường của các gói trên mạng. Nó có thể dẫn đến các gói đến muộn và không theo trình tự. Vì ứng dụng không đợi luồng được sắp xếp chính xác, các gói không theo trình tự sẽ bị bỏ qua, dẫn đến biến dạng hoặc khoảng trống trong âm thanh hoặc video được phân phối.

Packet loss (Mất gói)

Đây là trường hợp xấu nhất khi thấy rằng một số (hoặc một phần) gói bị mất do quá nhiều tắc nghẽn trên các thiết bị mạng. Khi hàng đợi đầu ra của switch hoặc router đầy, hiện tượng Tail Drop xảy ra khi thiết bị loại bỏ mọi gói mới đến cho đến khi có lại dung lượng.

Trong tất cả các trường hợp bạn vừa thấy, QoS có thể trợ giúp bằng cách sắp xếp dữ liệu, quản lý hàng đợi và ngăn ngừa mất dữ liệu.

Không khó để tưởng tượng xem việc giao tiếp và truyền nội dung media hoặc phát trực tuyến có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng như thế nào khi không sử dụng QoS - đặc biệt là trên các mạng phục vụ giao thức RTP. Ngay cả khi nó được thiết kế hoàn hảo, cuối cùng, việc giao tiếp đầu tiên sẽ trở nên khó khăn, sau đó xấu đi khi lưu lượng mạng tăng lên, và cuối cùng là không thể thực hiện được.

3 lỗi đã nêu trên thực tế, rất quan trọng trong việc xác định chất lượng của lưu lượng truy cập dựa trên RTP mà QoS và các công ty sản xuất phần mềm giám sát mạng như SolarWinds sử dụng để làm thước đo.

Công cụ mạng để giám sát QoS

SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer (Dùng thử miễn phí)

Sẽ khá không công bằng nếu tiếp tục mà không đề cập thêm một chút về một trong những công cụ giám sát mạng tốt nhất hiện có: SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer.

Bộ ứng dụng giám sát mạng này giúp giải quyết các vấn đề có thể do:

- Mạng chậm: Một mạng chậm có thể ảnh hưởng đến doanh nghiệp vì nó tiếp tục làm giảm tốc độ truyền dữ liệu. Trừ khi các bottleneck của mạng được gỡ bỏ, bằng không toàn bộ tổ chức sẽ gặp phải tình trạng kết nối tồi tệ.

- Quá trình giao tiếp chậm chạp: Một doanh nghiệp không thể thiết lập một kênh liên lạc rõ ràng trong kênh mạng của mình sẽ bị tê liệt. Tệ hơn nữa, việc không thể giao tiếp rõ ràng với khách hàng gần như chắc chắn sẽ khiến doanh nghiệp gặp rắc rối.

- Mạng không được giám sát: Quản trị viên không thể giám sát mạng đúng cách sẽ không thể biết về trạng thái hiện tại của mạng hoặc cách lập kế hoạch cho việc mở rộng mạng trong tương lai. Nếu không giám sát mạng và theo dõi hiệu suất của từng thiết bị, người quản lý mạng không thể đưa ra quyết định sáng suốt và có khả năng làm trầm trọng thêm các vấn đề về hiệu suất mạng.

Được trang bị Netflow Traffic Analyzer, quản trị viên mạng sẽ có thể giải quyết các vấn đề thường gặp phải, vì công cụ này giúp:

• Giúp triển khai QoS và tối ưu hóa nó - thông qua phản hồi luồng dữ liệu
• Xem xét và báo cáo về cấu hình policy QoS hiện tại, thông báo cho các quyết định thiết kế.
• Giám sát việc sử dụng băng thông để xác định ứng dụng và thiết bị nào chiếm tài nguyên mạng - những ứng dụng và thiết bị này có thể bị cô lập, lên lịch lại hoặc tắt.

Bảng điều khiển Netflow Traffic Analyzer điển hình chứa thông tin quan trọng mà quản trị viên cần để theo dõi các trạng thái và thực hiện những điều chỉnh cài đặt một cách nhanh chóng. Một ví dụ:

Các báo cáo và phân tích này bao gồm: Độ trễ, Jitter và mất gói.

Paessler PRTG

Một tùy chọn khác mà bạn có thể sử dụng để theo dõi QoS là Paessler PRTG. Bộ công cụ giám sát mạng này có một phần đặc biệt theo dõi hiệu suất QoS. Chức năng này hiển thị cho bạn các luồng lưu lượng được gắn thẻ trong thời gian thực và nó cũng lưu trữ dữ liệu để phân tích hiệu suất và lập kế hoạch khả năng.

Phần mềm PRTG bao gồm 4 cảm biến theo dõi, gồm 3 phương pháp QoS khác nhau. Chúng được bổ sung thêm một cảm biến Ping Jitter theo dõi tính đều đặn của việc phân phối gói trong một luồng.

3 loại QoS mà PRTG có thể theo dõi là QoS tiêu chuẩn, Cisco IP-SLA và Cisco CBQoS. Bộ theo dõi của QoS tiêu chuẩn được áp dụng dưới dạng cảm biến một chiều hoặc cảm biến Round Trip. Các trình theo dõi này có thể hoạt động trên những kết nối khắp mạng Internet.

Cảm biến IP-SLA của Cisco chuyên dùng để giám sát lưu lượng VoIP được gắn tag trên mạng của bạn. Nó ghi lại một loạt các số liệu cho lưu lượng thoại, bao gồm thời gian trễ trọn vòng, độ trễ, Jitter và Mean Opinion Score (MOS).

Cảm biến Cisco CBQoS tuân theo việc triển khai Quality of Service dựa trên lớp. CBQoS là một phương pháp xếp hàng đợi và nếu muốn triển khai nó, bạn sẽ phải theo dõi nhiều điểm vào trên các router và thiết bị switch của mình. Bạn tạo ít nhất 3 hàng đợi ảo cho mỗi thiết bị, do đó, có nhiều thứ khác để theo dõi.

PRTG có thể tự động thiết lập và ánh xạ tất cả cơ sở hạ tầng mạng của bạn. Tuy nhiên, việc triển khai QoS yêu cầu phải ra quyết định, vì vậy bạn sẽ phải tự thiết lập phương pháp bằng cách quyết định ưu tiên loại lưu lượng mạng nào.

Paessler cho phép bạn sử dụng PRTG miễn phí nếu bạn chỉ kích hoạt tối đa 100 cảm biến. Nếu cần nhiều hơn, bạn có thể dùng thử hệ thống miễn phí 30 ngày, bao gồm cả theo dõi QoS.

Cấu hình QoS như thế nào?

Cable router và switch có thể được cấu hình để ưu tiên giao thức thường được truy cập bởi bộ phần mềm quản lý router. Toàn bộ quá trình cấu hình tùy chọn QoS là một công việc khá đơn giản bao gồm:

• Đăng nhập vào ứng dụng và kết nối với hub hoặc switch qua nó
• Điều hướng đến menu cấu hình QoS
• Đặt tùy chọn ưu tiên gói

Và như vậy, các gói media sẽ có thể truyền qua mạng một cách trơn tru. Các kỹ sư mạng Hardcore có thể thực hiện tất cả những tác vụ được liệt kê ở trên thông qua giao diện cấu hình dòng lệnh.

Các gói RTP được ưu tiên như thế nào?

Việc ưu tiên gói QoS có thể được thực hiện bằng hai phương pháp chính:

- Phân loại: Phương pháp hiệu quả này xác định các loại gói tin và ấn định mức độ ưu tiên của chúng bằng cách đánh dấu chúng. Việc xác định có thể được thực hiện bằng cách sử dụng ACL (Access Control Lists), triển khai mạng LAN sử dụng CoS (Class of Service) hoặc với sự trợ giúp của switch sử dụng tính năng đánh dấu QoS dựa trên phần cứng.

- Xếp hàng đợi: Hàng đợi là buffer bộ nhớ hiệu suất cao được tìm thấy trong router và switch. Các gói đi qua chúng được lưu giữ trong những vùng nhớ chuyên dụng khi chúng chờ được gửi đi. Khi các giao thức, chẳng hạn như RTP được chỉ định mức độ ưu tiên cao hơn, chúng sẽ được chuyển đến một hàng đợi chuyên dụng để đẩy dữ liệu lên với tốc độ nhanh hơn, do đó giảm nguy cơ bị loại bỏ. Các hàng đợi có mức độ ưu tiên thấp hơn không có được “đãi ngộ” này.

Một điều quan trọng cần được ghi nhớ ở đây là đánh dấu mức độ ưu tiên của gói chỉ hợp lệ trong mạng mà nó đã được tạo. Khi nó rời khỏi mạng, chủ sở hữu của mạng nhận sẽ xác định mức độ ưu tiên mới của nó.

Những điều cần cân nhắc khi ưu tiên các gói tin

Một số điều và mẹo có thể hữu ích khi quyết định cách ưu tiên các gói bao gồm:

- Thông thường, một ý tưởng hay là có các đánh dấu mức độ ưu tiên được chỉ định bởi những thiết bị gần nguồn dữ liệu nhất. Điều này đảm bảo các gói truyền đi trên toàn bộ mạng với mức độ ưu tiên chính xác.

- Thiết bị được lựa chọn để đánh dấu các gói đến luôn phải là switch. Điều này là do các thiết bị này có thể cân bằng tải lưu lượng trên mạng và chia sẻ gánh nặng với các thiết bị chuyển mạch khác, do đó giảm gánh nặng cho CPU của chúng.

- Lưu lượng tới hầu như luôn lớn hơn lưu lượng đi theo hướng ngược lại. Các nhà cung cấp ISP thường chỉ định ít băng thông hơn cho lưu lượng đi của khách hàng và chính ở đó (trên đường dẫn mạng đi) QoS chủ yếu cần được áp dụng.

Cisco có một khuyến nghị về cách các gói nên được đánh dấu như thể hiện trong sơ đồ này:

Cuối cùng, sự thành công của việc triển khai QoS luôn phụ thuộc vào chất lượng của chính sách chi phối cách các gói được phân loại, đánh dấu và xếp hàng đợi. Chính sách phải được soạn thảo cẩn thận để việc thực hiện QoS thành công.

Không nên sử dụng QoS để làm gì?

Sau khi đọc về QoS, bạn có thể nghĩ nó như một loại thuốc tiên chữa bách bệnh liên quan đến tắc nghẽn mạng. Ở một mức độ nhất định, QoS có thể làm cho hầu hết các giao tiếp RTP mượt mà hơn và dường như đã hợp lý hóa lưu lượng truy cập trên mạng. Thật không may, QoS không phải là giải pháp toàn diện cho mọi sự cố mạng.

Đừng bao giờ sử dụng QoS cho các mục đích sau:

Tăng băng thông

Mặc dù QoS giúp sắp xếp mức độ ưu tiên của các gói RTP và làm cho nó trông giống như mạng đột ngột tăng băng thông, nhưng đừng bao giờ hiểu mọi thứ như vậy. QoS không bao giờ nên được sử dụng như một công cụ để “tăng băng thông”, trong khi tất cả những gì nó làm là sử dụng các tài nguyên hiện có hiệu quả hơn một chút (và có lợi cho các gói RTP).

Thay vào đó, hãy cân nhắc xem xét việc lưu cache của các file để giảm lượng dữ liệu đến và đi. Nếu điều đó không hiệu quả, thì nó có nghĩa là đã đạt đến giới hạn băng thông quy định. Khi một công ty đạt đến giới hạn băng thông rộng của mình, phương án khả thi duy nhất cần làm là ra ngoài và mua thêm một số thiết bị mạng, chứ không phải sử dụng QoS.

Giúp mạng không bị tắc nghẽn

Nếu một số ứng dụng vẫn được chạy và đang dần tiêu tốn băng thông mạng, thì việc triển khai QoS không phải là giải pháp. Mặc dù các cuộc gọi Skype cuối cùng có thể bắt đầu được thực hiện, nhưng QoS sẽ không giải quyết được vấn đề gốc rễ. Cuối cùng, các ứng dụng sẽ “nuốt chửng” bất kỳ tài nguyên nào có sẵn, làm mất đi những lợi ích của QoS.

Một giải pháp có thể hoạt động ở đây là tìm kiếm các ứng dụng ngốn tài nguyên và tắt chúng hoặc lên lịch lại để chúng chạy sau giờ làm.

Một lần nữa, toàn bộ mục đích của việc cấu hình QoS trên mạng là để đảm bảo cuộc gọi video và âm thanh phát trực tuyến không bị lag (hoặc thậm chí gặp sự cố) do mạng bị tắc nghẽn. QoS không phải là một công cụ thực sự có thể tăng băng thông. Nó cũng không thể đi qua một mạng bị tắc nghẽn.

Việc triển khai QoS tốt sẽ cải thiện chất lượng và tốc độ của dữ liệu quan trọng bằng cách tối ưu hóa băng thông được phân bổ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc gắn thẻ các gói để chúng được xác định và đưa ra các ưu tiên được chỉ định. QoS sử dụng băng thông có sẵn, nhưng không mở rộng chúng.

Câu hỏi thường gặp về QoS trong mạng

Sự khác biệt giữa QoS và Network Throttling là gì?

Throttling, còn được gọi là lập chính sách, liên quan đến việc thiết lập một giới hạn tổng thể cho thông lượng traffic và giảm mức lưu lượng vượt quá. QoS là một phương pháp ưu tiên một số lưu lượng hơn những lưu lượng khác và sử dụng phương pháp xếp hàng đợi, do đó tối đa hóa băng thông cho một số lưu lượng bằng cách đánh đổi băng thông của những lưu lượng khác.

Vai trò chính của DSCP trong QoS là gì?

Differentiated Services Code Point (DSCP) xuất hiện trong header gói. Đây là cơ hội cấp gói để yêu cầu ưu tiên từ phần mềm quản lý QoS trên các thiết bị mạng. Người quản lý mạng có thể chọn bật hoặc tắt tính năng phát hiện DSCP trên thiết bị, do đó, giá trị này có thể được bỏ qua để có lợi cho một phương pháp xếp hàng đợi QoS khác.

Bạn có thể giải thích việc định hình lưu lượng trong QoS không?

Định hình lưu lượng là một phương pháp được QoS sử dụng để nhận được giá trị tốt nhất từ ​​dung lượng mạng. Tất cả các mạng đều trải qua nhu cầu tăng vọt và việc lập kế hoạch dung lượng truyền thống đòi hỏi cung cấp băng thông ở mức cao nhất cộng với biên độ an toàn. Định hình lưu lượng QoS gây ra sự chậm trễ nhỏ trên một số lưu lượng nhất định để cho phép một mạng có dung lượng ít hơn nhu cầu đỉnh điểm, đáp ứng được cho tất cả lưu lượng.

Chúc các bạn thành công!