QoS

QoS edo zerbitzuaren kalitatea (ingelesez, Quality of Service) denbora tarte batean datu kopuru baten transmisioa bermatzeko erabiltzen diren mekanismoak dira. Sare batek puntutik-punturako (end2end) QoS mekanismoa eskaintzeko, beharrezkoa da elkarkonexio puntu guztietan QoS mekanismoa edukitzea, horrela aplikazioaren lan egokia lortuko dugu. ^[1]

Zerbitzuaren kalitateak lehentasun ezberdinak eslei diezazkie erabiltzaile ezberdinei, baita datu fluxuei ere. Zerbitzuaren kalitateak eskaintzen duen bermea garrantzitsua da sarearen gaitasuna txikia denean.

Definizioak

Zerbitzu kalitatea konexioan erabateko eskakizunak eskatzen ditu: erantzun-denbora, galerak, seinale-zarata erlazioa, diafoniak, ohiartzunak, etenaldiak, erantzun-maiztasunak, soinu-mailak eta abar. Zerbitzu kalitateen azpikategoria bat telefoniako mailako eskakizunak dira, hauek sare baten edukiera eta erlazionatutako konexioak barne sartzen ditu. Adibidez, blokeatze probabilitatea maximoa eta etenaldiaren probabilitatea.

Sare konputazionaletan edo paketeen telekomunikazio sareetan trafikoko ingeniaritza baliabideen erreserbarako kontrol mekanismoei buruz hitz egiten da, ez lortutako zerbitzu kalitateari buruz.

Zerbitzu kalitateak aplikazioei, erabiltzaileei, datu-fluxuei lehentasun desberdinak eskaintzeko eta data-fluxu errendimendu minimo bat bermatzeko ahalmena izan behar du. Nolakotasun hauek bermatzea garrantzitsua da sarearen kapazitatea nahikoa ez bada, batez ere denbora errealean transmititzen duten aplikazioak badira.

QoS-ren lehentasun maila best-effort bada ez du zerbitzuen kalitatea kontuan hartzen. Kontroleko mekanismo konplexuentzeko alternatiba bat kalitate handiko komunikazio eskaintzea da. Horren ondorioa sarean pilaketa desagertzea dakar.

Zerbitzu kalitatea, batzuetan, sarean neurketak egiteko erabiltzen da. Beste batzuetan, aldiz, lehentasun maila adierazteko erabiltzen da. Kontuan izan behar da askotan zerbitzu kalitatea errendimendu handiarekin edo zerbitzu kalitate bat heltzearekin nahasten dela.

Arazoak

Arazo asko gerta daitezke paketeei jatorritik helmugara. Kalitate zerbitzuaren arazo garrantzitsuenak latentzia, jitter-a, paketeen galera eta oihartzunak dira.

• Latentzia: bidali dugun pakete batek denbora asko gal dezake helburura iristeko, pakete ilara handiak daudelako edo beste bide batzuk ez hain zuzenak jarraitzea erabakitzen dutelako, kongestioa saihesteko. Kasu batzuetan latentzia handia dagoenean, gure aplikazioak arazoak eduki ditzake.
• Jitter (fluktuazioa): arazo normala izaten da, paketeen ilarak oso kongestionatuak daudenean gertatzen da. Honen ondorio nagusietako bat paketeak hartzaileari atzerapen desberdinekin hel daitezke. Atzerapena alda daiteke ibilbidean paketearen posizioaren arabera eta arazo handiak sor daitezke audio fluxuetan eta bideoetan.
• Paketeen galera eta atzerapenak: Batzuetan bideratzaile arazoak eduki ditzake paketeekin bufferrak beteta aurkitzen badira. Pakete batzuk edo guztiak solte gera daitezke sarearen egoera txarra bada eta ezinezkoa da aldez aurretik zer gertatuko den jakitea. Aplikazioak informazioari zer gertatu zaion galdetu dezake, informazioa ez denez heldu, berriro bidaliko da eta atzerapen gehiago sortuko dira.
• Oihartzuna: latentzia handia denean, oihartzuna nahiko deserosoa izan daiteke eta VoIP-n arazoak egon daitezke oihartzunaren intentsitatearen arabera.

VoIP-ren arazoak bi faktore garrantzitsuk eraginak dira:

1. Interneten paketeak beti ez dute bide berdina egiten eta honek bi arazo larri ekar ditzake: paketeen galera eta jitter-a.
2. VoIP denbora errealean egindako komunikazio bat da eta honek lehenago aipatutako arazoak ekar ditzake: oihartzuna, latentzia..

• Errendimendu eskasa: Sarearen baliabideak partekatzen direnez, beste erabiltzaile batzuk karga aldaerak sortzen dituzte. Bit-tasa oso geldo joan daiteke denbora errealean dabiltzan aplikazioentzat erabilera guztiak lehentasun berdina badaukate.
• Pakete nahastea: Paketeak bide desberdinak aukeratu dezakete transmisoretik helmugara heltzeko. Horren ondorioz, pakete bakoitzak atzerapen desberdinak izango ditu eta helmugara nahastuta heltzen dira. Arazo honek protokolo berri bat eskatzen du paketeak orden egokian jartzeko helmugara irizten direnean.
• Erroreak: Batzuetan paketeak txarto zuzenduta daude, elkarren artean konbinatuta edo hondatuta dauden paketeak bidaltzen ditugu. Hartzaileak detektatu behar ditu eta paketea askatzen duenean transmisoreari berriro bidaltzea eskatzen dio.

QoS erabiltzen duten aplikazio batzuk

Sare garraio mota batzuentzako zerbitzuaren kalitatea ezinbestekoa da, adibidez:

• Baliabideak bidaltzea
  • Interneteko protokolo-telebista (IPTV)
  • Ethernet bidezko audioa
  • IP bidezko audioa
• Voice over IP(VOIP)
• Video Teleconferencing(VTC)
• Streaming multimedia
• iSCSI eta FCoE bezalako biltegiratze-aplikazioak
• Zirkuituaren emulazio zerbitzua
• Segurtasuneko aplikazio kritikoak, hala nola urruneko kirurgia, non erabilgarritasun-arazoak arriskutsuak izan baitaitezke
• Sare-eragiketetarako euskarri-sistemak bai sare bereraren bai bezeroen negozioaren behar kritikoetarako
• Denbora errealeko atzerapena faktore bat izan daitekeen sareko jokoak
• Industria-kontroleko sistemen protokoloak (adibidez, Ethernet/IP), makineria denbora errealean kontrolatzeko erabiltzen direnak

Zerbitzu mota hauei inelastikoak deitzen zaie, banda zabalera handia eta latentzia maximo bat behar baitute funtzionatzeko. Aplikazio elastikoek, ordea, abantaila izan dezakete banda zabalera handiagatik edo txikiagatik. Normalean, TCPren menpe dauden fitxategi-transferentzia handiko aplikazioak elastikoak dira.

QoS-ren lehentasun mailak

Lehentasun maila	Garraio-mota

0	Best Effort

1	Background

2	Standard (Spare)

3	Excellent Load (Business Critical)

4	Controlled Load (Streaming Multimedia)

5	Ahotsa eta irudia [100ms-ko latentzia baino gutxiago eta jitter]

6	Layer 3 Network Control Reserved Traffic [10ms-ko latentzia baino gutxiago eta jitter]

7	Layer 2 Network Control Reserved Traffic (Latentzia oso txikia eta jitter)

Mekanismoak

Zirkuituen kommutazio duten sareak, batez ere ahots-transmisiorako erabiltzen direnak, hala nola ATM edo GSM. Protokoloko nukleoan zerbitzuaren kalitatea dute, eta ez dute prozedura osagarririk behar hori lortzeko.

QoS ordezteko behar den barne-loturen gainhornikuntza-kantitatea erabiltzaile-kopuruaren eta haien zirkulazio-eskaeren araberakoa da. Horrek gainhornikuntzaren erabilgarritasuna mugatzen du. Banda zabalera intentsiboa duten aplikazio berriagoak eta erabiltzaile gehiago gehitzeak gainhornikuntza-sareak galtzea dakar. Horretarako, sareko esteka garrantzitsuak fisikoki eguneratzea beharrezkoa da, eta hori prozesu garestia da. Beraz, gainhornikuntza ezin da itsu-itsuan onartu Interneten.

IP eta Ethernet egiten dituzten esfortzuak

Internet sare pribatuak elkarrekin konektatzen dituzten truke-puntu batzuk da. ^[2] Horrenbestez, Interneteko muina sare-zerbitzuaren hornitzaile askok kudeatzen dute, eta ez erakunde bakar batek. Bere portaera askoz ere estokastikoagoa edo iragarrezinagoa da.

Zerbitzuaren kalitateari buruzko bi ikuspegi nagusi daude IP sare modernoetan, aplikazioaren eta sarearen arteko eskaera-trukean oinarritutako sistema parametrizatu bat, eta lehenetsitako sistema bat, non pakete bakoitzak sarera nahi duen zerbitzu-maila identifikatzen duen.

• Zerbitzu integratuak (“IntServ”) ikuspegi parametrizatua inplementatzen du. Eredu honetan, aplikazioek baliabideak erreserbatzeko protokoloa erabiltzen dute sarean zehar baliabideak eskatzeko eta erreserbatzeko.
• Zerbitzu bereiziak (“DiffServ”) lehenetsitako eredua inplementatzen du. DiffServ-k paketeak markatzen ditu, nahi duten zerbitzu-motaren arabera. Marka horiei erantzunez, bideratzaileek eta kommutadoreek hainbat kolatze-estrategia erabiltzen dituzte errendimendua aurreikuspenetara egokitzeko. IPv4 paketearen goiburuko zerbitzu-motaren eremuko lehen sei bitak erabiltzen dituzte zerbitzu-kodeen puntu-markek (DSCP).

Lehenik eta behin, sareko baliabideak erreserbatzeko zerbitzu integratuen (IntServ) filosofia erabiltzen zen. Eredu honetan, aplikazioek baliabideak erreserbatzeko protokoloa erabiltzen zuten sare batean zehar baliabideak eskatzeko eta erreserbatzeko. IntServ mekanismoak funtzionatzen duten arren, ikusi zen zerbitzu-hornitzaile handiago baten ohiko banda zabalerako sare batean nukleo-bideratzaileek milaka edo agian dozenaka milaka erreserba onartu, mantendu eta kendu behar zituztela.

DiffServ inplementatzen duten bideratzaileek sare-programatzailea konfiguratzen dute, banda-zabalera mugatuko interfazeetatik transmisioa espero duten paketeetarako ilara ugari erabiltzeko. Bideratzaile-saltzaileek gaitasun desberdinak ematen dituzte portaera hori konfiguratzeko, hau guztia sartzeko: zenbat ilara onartzen diren, ilara bakoitzaren lehentasun erlatiboak eta ilara bakoitzarentzat erreserbatutako banda zabalera. ^{[3] [4]}

Interneten QoS beharraren adibide argi bat pilaketaren kolapsoarekin lotuta dago. Internet pilaketak aurreikusteko protokoloen mende dago, transmisio-kontroleko protokoloan txertatutakoen mende, besteak beste, zirkulazioa murrizteko, bestela “erortze” eragingo luketen baldintzetan. Zerbitzuaren kalitateko aplikazioak, hala nola VoIP eta IPTV, neurri handi batean bit-tasa konstantea behar dutelako eta latentzia baxuak ezin duelako TCP erabili eta ezin duelako bere trafiko-tasa beste modu batera murriztu pilaketa aurreikusten laguntzeko. QoS kontratuek mugatu egiten dute Internetera eman daitekeen trafikoa, horregatik, behartu egiten dute gehiegizko karga aurreikusi dezakeen trafiko-eraketa, beraz, Internetek denbora errealeko trafikoa eta “erortze” gabeko denbora errealeko trafikoa maneiatzeko duen gaitasunaren ezinbesteko zati bat.

QoS erabiltzen duten protokoloak

• IPv4-ren goiburuko zerbitzu-motaren eremua (ToS) (orain, DiffServ)
• Zerbitzu bereiziak (DiffServ)
• Frame relay
• X.25
• ADSL modem batzuk
• Zerbitzu integratuak (IntServ)
• RSVP
• ATM
• MPLS
• IEEE 802.1p, 802.11e, 802.11e
• HomePNA – Kable ardazkideen eta telefono-kableen gaineko sareak sortzea
• Audio Video Bridging

Zerbitzuaren kalitatea muturretik muturrera

Muturretik muturrerako zerbitzuaren kalitateak sistema autonomo batetik bestearen artean baliabideak esleitzeko koordinazio-metodo bat eska dezake. Interneteko ingeniaritzako lantaldeak (IETF) baliabidea banda zabalerarako erreserbatzeko protokoloa (RSVP) definitu zuen 1997an proposatutako estandar gisa. RSVP banda zabalera muturretik muturrera erreserbatzeko protokoloa da. Trafiko-ingeniaritzaren bertsioa, RSVP-TE, sare askotan erabiltzen da zuzendutako trafiko-protokolo askotako etiketa aldatuen ibilbideak ezartzeko. IETFk Next Steps in Signaling (NSIS) lantaldea ere definitu zuen, QoS seinaleztapena helburu gisa hartuta. NSIS RSVPren garapena eta sinplifikazioa da.

"Sare heterogeneoen gaineko muturretik muturrerako QoS euskarria" (EuQoS, 2004tik 2007ra) eta IPsphere foroa bezalako ikerketa-partzuergoek mekanismo gehiago garatu zituzten domeinu batetik hurrengora QoS-en aldarria lotzeko. IPspherek seinaleztapen-busa definitu zuen, zerbitzuaren egituraketa-geruza (GHEE) izenekoa, sareko zerbitzuak ezarri, hel egin eta ziurtatzeko (saiatu). EuQoS-ek esperimentuak gidatu zituen saio hasierako protokoloa, NSIS eta EES integratzeko 15.6 milioi euroko kostu estimatuarekin, eta liburu bat argitaratu zuen.

Multi Service Access Everywhere (MUSE) ikerketa-proiektuak zerbitzuaren kalitatearen beste kontzeptu bat definitu zuen lehenengo fasean, 2004ko urtarriletik 2006ko otsailera, eta bigarren fasean, 2006ko urtarriletik 2007ra. PlaNetS izeneko beste ikerketa-proiektu bat 2005. urtearen inguruan Europa finantzatzeko proposatu zen. Etorkizuneko Interneterako arkitektura eta diseinua izeneko proiektu europar zabalago batek, 4WARD izenekoak, 23.4 milioi euroko aurrekontua izan zuen eta 2008ko urtarriletik 2010eko ekainera bitartean finantzatu zen. QoS-ko gai bat zekarren eta liburu bat argitaratu zuen. Europako beste proiektu batek, SRID izenekoak (Haririk gabeko sare zabalgarriaren sistema), banda zabalera multitasetako ad hoc haririk gabeko sare mugikorretarako erreserbatzeko ikuspegia proposatu zuen.

Zerbitzuen eremuan, QoS muturretik muturrera eztabaidatu da zerbitzu konposatuen (zerbitzu atomikoak) edo aplikazioen (aplikazioen osagaiak) kasuan ere. Gainera, hodei konputazioan QoS muturretik muturrera hainbat ikerketa-ahaleginen fokua izan da, QoS-ek hodeiaren zerbitzu-ereduetan zehar bermatzen duen hornidurarako helburuarekin.