Мережевий трафік реального часу та QoS - VoIP та АТС
Уявіть часовий інтервал між надсиланням та отриманням e-mail повідомлення. Передача електронної пошти іноді описується протоколом “store and forward”, тобто. комутація із проміжним зберіганням (буферизацією) пакетів (повідомлень). Але це визначення не є точним (див. визначення в Wikipedia), оскільки не враховує загальний час створення повідомлення, його відправку, отримання і прочитання.
Тимчасовий інтервал між відправкою та отриманням загалом не впливає на передачу повідомлення. У більшості випадків на нього можна не звертати уваги хоча б тому, що людина може отримати одразу кілька повідомлень, і їй все одно знадобиться певний час на їхню обробку.
Можна стверджувати, що затримка доставки e-mail повідомлення за кілька хвилин не має жодного принципового впливу на нашу діяльність.
Припустимо, що ваша внутрішня мережа та інтернет-підключення мають достатню пропускну здатність для передачі голосового трафіку. Тому якщо виникають проблеми з якістю зв'язку, швидше за все, якийсь сегмент вашої мережі занадто перевантажений і викликає затримку в передачі трафіку. Ця затримка – додаткова затримка до нормальної затримки передачі пакетів, яку зазвичай називаємо “пінгом”.
Що таке QoS?
Якість сервісу (Quality of Service) у VoIP комунікаціях – це набір принципів та методів, які використовуються для забезпечення оптимальної якості голосового зв'язку в умовах обмеженої пропускної спроможності каналів зв'язку.
Резервування пропускної спроможності мережі(Bandwidth Reservation) – механізм, іноді присутній у маршрутизаторах початкового рівня, який резервує певний відсоток доступної пропускної спроможності каналу для трафіку певного класу. Наприклад, якщо ви зарезервували для VoIP смугу 100 кбіт/с у каналі 2000 кбіт/с, маршрутизатор завжди гарантуватиме цю смугу для VoIP трафіку. Тобто, якщо VoIP необхідна смуга 50 кбіт/с, маршрутизатор виділяє цю смугу, а решту пропускну здатність віддає трафіку інших типів. Якщо ж голосовому трафіку необхідно 300 кбіт/с, маршрутизатор виділяє для VoIP лише 100 кбіт/с, а решта VoIP трафік буде направлятися в загальному потоці, конкуруючи за смугу пропускання, що залишилася.
Тегування трафіку (Traffic Tagging) – мережевий трафік може тегуватися спеціальними мітками, що визначають пріоритетність пакетів. Даний механізм описаний в RFC 2474 і виділяє поле Differentiated Services в заголовках IPv4 і IPv6, застосовуване для класифікації трафіку. Зауважимо, що технологія просто "позначає" пакети певним класом, і будь-який мережевий пристрій, через який проходить цей трафік, має "вміти" обробляти його відповідним чином. Як правило, завдання пристрою – пріоретизація певного типу трафіку відповідно до присвоєного класу. Як було сказано, щоб успішно використовувати цю технологію, необхідно налаштувати мережні пристрої. Зокрема, сервер 3CX повинен тегувати VoIP трафік, а проміжні маршрутизатори повинні розпізнавати та обробляти трафік із зазначеним тегом. Тегування трафіку в Windows здійснюється через локальні або групові політики (Local Policy або Group Policy). Наприкінці статті наведено простий приклад налаштування тегування QoS у Windows Server 2008 або 2012.
Пріоретизація (Prioritization) - тегування трафіку, це лише перший етап забезпечення QoS. На другому етапі необхідно налаштувати всі проміжні мережеві пристрої та послуги на пріоретизацію тегованого трафіку. Також необхідно забезпечити розпізнавання та пріоретизацію тегованого трафіку вашим інтернет-провайдером.
Типові точки затримок трафіку
Щоб краще орієнтуватися в проблемах, що викликають затримки передачі трафіку, розглянемо ключові точки, у яких виникають ці затримки. Звичайно, це буде не вичерпний список, але достатній для початку дослідження.
Мережеві пристрої WAN-LAN (Маршрутизатор/Мережевий екран)
Незважаючи на те, що повсюдно зростає швидкість та стабільність інтернет-доступу, смуга пропускання завжди має встановлену межу.
Тому варто переконатися, що за вашим зовнішнім підключенням не проходить VoIP викликів більше, ніж дозволяє смуга пропускання. Враховуйте, більшість інтернет-підключень – асиметричні, тобто. швидкість завантаження та передачі у них різна. Швидкість завантаження вище, а передачі нижче, а оскільки VoIP комунікації симетричні, саме швидкість передачі може бути вузьким місцем.
Визначити, що затримку викликає прикордонний пристрій WAN-LAN можна за такими ознаками:
- Проблеми з якістю VoIP дзвінка, який проходить з локальної мережі в Інтернет
- Відсутність проблем із якістю під час виклику між двома пристроями, що усередині локальної мережі (включаючи АТС), без виходу до Інтернету.
Якщо спостерігаються обидва вищевказані явища, зверніть увагу на статистику завантаженості WAN каналу вашого прикордонного пристрою.
Однак у деяких ситуаціях такий підхід викликає першийпогляд незрозумілі проблеми з якістю голосу. Проблеми виявляються випадковим чином у різних користувачів і незалежно від типу виклику – внутрішнього або зовнішнього:
- Більшість дзвінків проходять нормально
- Деякі виклики мають постійно низьку якість
- Деякі виклики спершу не мають проблем, проте з часом починають виявлятися артефакти
- Деякі виклики спочатку мають погану якість, але поступово вона нормалізується
Внутрішні мережні пристрої (LAN)
У деяких локальних мережах ви можете мати ті ж проблеми з якістю VoIP викликів, які спостерігаються при підключенні ПК через міні-комутатор. Однак у цьому випадку вони викликані просто тимчасовим навантаженням мережевих пристроїв. У зоні ризику знаходяться мережі, де передаються документи великого розміру, наприклад, графічні файли.
Якщо ваша мережа складається з кількох сегментів, об'єднаних за технологією MPLS, ймовірність виникнення проблем з якістю VoIP у таких мережах, очевидно, вище.
Безумовно, найкраще рішення у таких випадках – імплементація механізмів QoS в LAN: тегування трафіку на VoIP пристроях, включаючи сервер IP АТС, та налаштування комутаторів та маршрутизаторів на розпізнавання та пріоретизацію тегованого трафіку.
Цікава додаткова інформація на цю тему міститься в бакалаврській роботі Дональда Егбеньона з Університету прикладних наук Турку:
При використанні Wi-Fi пристроїв, майте на увазі, що точки доступу мають обмежену зону покриття, і ваш VoIP пристрій потрібен деякий час для перемикання між ними. Ця затримка може бути настільки великою, що призведе до обриву зв'язку та перереєстрації клієнта VoIP на сервері 3CX.
У таких випадках слідстворити Wi-Fi інфраструктуру, яка забезпечувала б дуже невелику затримку перемикання клієнта (мілісекунди). Вона є пов'язаною системою точок доступу, що утворюють єдину Wi-Fi зону. Спеціальний комутатор керує точками доступу та перемиканням клієнтів.
Декілька слів про VLAN
Багато мережевих інженерів віддають перевагу гарантованому методу розділення голосового та іншого мережевого трафіку – поділу LAN на незалежні підмережі для голосу та даних. Для цього використовуються окремі фізичні мережі зі своїми комутаторами або віртуальні мережі VLAN.
Безумовно, це найефективніший спосіб вирішення проблеми. Але не слід забувати, що уніфіковані комунікації (Unified communications) мають на увазі конвергенцію (об'єднання) голосу та даних. Наприклад, користувач, який запускає VoIP клієнт на своєму ПК (хорошим прикладом може служити клієнт 3CX), відразу створює конвергентний трафік голосу і даних, що передається по єдиній мережі. Сьогодні об'єднання різних типів даних в одній мережі є цілком допустимим.
Тому використання механізмів QoS в локальній мережі може виявитися більш виправданим, ніж інші типи гарантування смуги пропускання для VoIP.