IP-телефония предполагает использование для передачи голосовых данных IP-сетей (в частности, Интернета). Одновременно с голосовым, в IP-сетях циркулируют и другие типы трафика (передача видео, телеметрии и пр.). У разных типов трафика разные требования к пропускной способности, проценту потери пакетов данных и другим параметрам. И если пустить все на самотек — т.е. просто пытаться одновременно передать все и сразу (например, кто-то будет звонить по IP-телефонии, а другой — пытается скачать по той же сети тяжелый видеофайл), могут возникать проблемы: одни данные будут доходить до адресата без особых искажений, и будут без сложностей интерпретироваться получателем, другие же могут стать непригодными для обработки адресатом. Решить эту проблему помогает QoS (Quality of Service) — это совокупность технологий и решений, обеспечивающих эффективную гарантированную передачу данных при наличии каких-то ограничений в сети.
QoS в виртуальной телефонии
QoS-приоритизация трафика в IP-телефонии обеспечивает приоритет и гарантированное качество передачи голосовых данных по сети IP. Передача голоса в приоритетном порядке необходима из-за того что голосовые данные намного более чувствительны к задержкам, джиттеру, потере пакетов и изменениям в пропускной способности сети, чем, например, видео или другие типы данных.
Влияние разных факторов на качество связи
Если говорить про задержки, то, например, для телефонного разговора 200 мс — уже нехорошо. В этом случае возникают искажения фраз и вести разговор становится неудобно. Если же, это например, интернет-серфинг или загрузка файлов, ничего критичного для пользователя нет: страница сайта просто загрузится чуть медленнее, а скачивание файла произойдет чуть позже.
Существенно влияет на качество телефонной связи и джиттер. Джиттер — это разница в величине задержек между доставкой последовательных пакетов данных. При превышении некоторой величины джиттера при телефонном разговоре (по IP-телефонии) могут возникать ситуации, когда определенная порция данных (чанк) приходит не вовремя, из-за чего зависящий от нее фрагмент не удается восстановить. Для комфортных телефонных переговоров джиттер должен быть не более 30 мс.
VoIP-трафик очень чувствителен к потере пакетов (она должна быть не более 2%). Есть потери — нет качественной связи, разговаривать абонентам друг с другом некомфортно, они просто не смогут нормально понимать друг друга.
Еще один фактор, который важен для телефонной связи, — неупорядоченная доставка. Она подразумевает доставку пакетов данных получателю не в том порядке, в котором были отправлены. Если в случае с некоторыми типами данных эти пакеты еще можно как-то обработать и упорядочить, то с VoIP-трафиком это не проходит: в итоге имеем дискомфорт при ведении телефонного разговора.
Также на качество связи влияет и полоса пропускания(скорость интернета). Если она узкая, голосовой трафик начинает конкурировать с другими типами трафика. Это в итоге неизбежно приводит к ухудшению качества связи во время телефонного разговора.
Таким образом, в IP-телефонии QoS — это приоритизация с целью минимизации влияния на голосовой трафик таких факторов, как:
-
задержки при передаче данных,
-
джиттер,
-
потеря пакетов,
-
неупорядоченная доставка,
-
недостаточная ширина полосы пропускания.
Модели QoS и их использование виртуальной телефонии
Эффективная гарантированная передача данных может обеспечиваться с помощью следующих моделей QoS:
-
Best Effort.
-
IntServ.
-
DiffServ.
Но не все они подходят для нужд IP-телефонии. Подробности — далее.
Модель QoS Best Effort
Эта модель подразумевает отсутствие какой-то явной гарантии качества передачи данных для конкретного типа трафика. Её еще называют «Все равны».
При её реализации никакому типу трафика не отдается предпочтение. Но это не значит, что при использовании Best Effort напрочь отсутствует какое-то управление качеством передачи данных. Оно есть. И используется для этого единственный инструмент — управление полосой пропускания (умное распределение полосы пропускания с помощью QoS).
Плюс этого подхода — относительная простота реализации. Но этот плюс порождает и существенный минус. Он заключается в том, что рассматриваемая модель подходит только для сетей передачи данных, которые характеризуются высокой пропускной способностью, для сетей, в которых отсутствуют перегрузки и всплески. А это характерно разве что для трансконтинентальных линий передачи данных или для сетей ЦОДов (и то далеко не всех), где нет переподписки.
Соответственно, использовать эту модель для QoS в IP-телефонии не представляется возможным. VoIP сети, как правило, просто не соответствуют характеристикам, необходимым для реализации Best Effort.
Модель QoS IntServ
Эта модель предполагает резервирование определенной части канала передачи данных по всему маршруту. Резервирование происходит от начальной точки до конечной, на каждом сетевом устройстве. Для реализации модели используется протокол RSVP.
Благодаря такому подходу удается обеспечивать требуемую пропускную способность. Но есть и минус. Он заключается в том, что такое резервирование накладывает некоторые ограничения на использование канала. Даже если канал передачи данных в данный момент не используется, резервирование все равно имеет место.
Модель QoS DiffServ
Модель на фоне других выглядит как более сложная в реализации. Но она позволяет добиться гибкости и качества приоритизации данных. А это — то, что нужно для IP-телефонии. Именно такая модель используется в большинстве случаев.
Она предполагает:
-
Деление трафика на классы,
-
Использование определенного набора инструментов для манипуляций с пакетами (для обработки классов).
-
Обработка пакетов данных в соответствии с определенными условиями. Для их установления в сети и определения используется концепция PHB (Per-Hop Behavior).
Принцип работы модели QoS DiffServ заключается в том, что сеть разделяется на несколько классов обслуживания, называемых классами обслуживания (Per-Hop Behaviors). Для каждого класса устанавливается свой уровень приоритета и задаются определенные правила обработки пакетов данных.
При передаче данных через сеть каждое сетевое устройство (маршрутизатор, коммутатор и т.д.) проводит анализ заголовка пакета и применяет соответствующее правило классификации и обработки в зависимости от класса обслуживания. Благодаря этому обеспечивается возможность управления такими параметрами, как:
-
Пропускная способность.
-
Задержки при передаче данных.
-
Потери пакетов и другие параметрами качества обслуживания для различных типов трафика.
Таким образом, модель QoS DiffServ позволяет оптимизировать использование ресурсов сети и обеспечить приоритизацию трафика в зависимости от его важности. Такой подход способствует повышению качества обслуживания для конечных пользователей.
Где и как настраивается QoS
Настройки приоритизации данных могут выполняться, как на сетевых устройствах (маршрутизаторах и пр.), так и в приложениях, которые используются для совершения звонков с использованием IP-телефонии.
Установка приоритета на устройствах
Что касается настройки на маршрутизаторах (сетевых устройствах), какого-то единственного верного и на 100% применимого для всех устройств способа не существует. Алгоритмы и способы настройки зависят от вендора (производителя), модели и типа оборудования.
Как правило, приоритизация данных на роутерах и других устройствах выполняется по протоколу или по портам. Если, например, нужно настроить приоритет для телефонии по протоколу, выбирается SIP/RTP. При приоритизации по портам, соответственно, указываются приоритетные порты — те, по которым трафик нужно пропускать в первую очередь.
Управление приоритизацией в приложениях для связи
Настраивать приоритизацию трафика можно и прямо в приложениях, через которые совершаются VoIP-звонки. В зависимости от приложения, сделать это можно прямо в его интерфейсе или же путем внесения изменений в конфигурационный файл.
Настройка сводится к тому, что в специальные конфигурационные поля вписывается маркировка класса трафика, для которого нужно установить приоритет. Классов трафика немало. Но при выполнении настроек в сетях, где используют IP-телефонию, как правило, используют следующие варианты:
-
DF. Устанавливает приоритет для трафика с максимальными затратами.
-
EF. Используется для обозначения трафика с малыми потерями и низкой задержкой.
-
AF. Используется, когда необходимо установить гарантию доставки в соответствии с предписанными условиями.
Видно, что с помощью QoS обеспечивается эффективная гарантированная передача данных в сети, когда в ней циркулируют данные разных типов. При этом приоритизация может организовываться при помощи одной из трех моделей (причем, применительно к IP-телефонии чаще всего используют модель DiffServ). Выполнять настройки QoS можно, как на уровне сетевых устройств, так и в приложениях, которые используются для приема/совершения звонков посредством IP-телефонии. Учитывая это, далеко не все настройки можно выполнить своими силами: если в этом есть необходимость, обращайтесь к провайдеру, который предоставляет телеком услуги и имеет возможность влиять на параметры QoS.
коммент.