QoS (Quality of Service) används för att prioritera tidskänslig nätverkstrafik, som röstsamtal, video och realtidsapplikationer, särskilt vid trängsel. Genom att styra hanteringen av bandbredd, fördröjning, jitter och paketförlust ser QoS till att viktiga tjänster fungerar stabilt även under hög belastning. Utan QoS behandlas all trafik lika, vilket kan påverka realtidskommunikation negativt.
I detta avsnitt går vi igenom hur QoS fungerar i praktiken, vilka problem det löser och vilka tekniker som används för att ge rätt trafik högsta prioritet i nätverket.
Prioritering av trafik
Trängsel i nätverk uppstår när flera kommunikations strömmar sammanfogas i en enhet, exempelvis en router, och sedan ska skickas vidare via färre utgångs interface – ofta via långsammare länkar. Trängsel kan också bero på att stora datapaket blockerar mindre paket från att sändas i tid.
När mängden trafik överstiger den kapacitet nätverket klarar av att hantera, börjar nätverksenheter köa paket i minnet tills resurser blir tillgängliga. Denna köbildning orsakar fördröjning eftersom nya paket måste vänta tills tidigare paket har behandlats. Om köerna växer för mycket tar minnet slut och paket börjar kastas (droppas). En QoS-teknik för att hantera detta är att dela upp datatrafiken i olika köer, som illustreras i figuren.
Observera: En enhet tillämpar QoS först när den upplever trängsel i nätet.
Bandbredd, trängsel, fördröjning och jitter
Bandbredd i nätverk mäts i antal bitar som kan skickas per sekund – bps (bits per second). Ett exempel är en enhet som har kapacitet att skicka 10 Gbps (gigabit per sekund).
Trängsel i nätverket leder till fördröjningar (delay). Ett interface blir överbelastat när det får mer trafik än det klarar att hantera. Sådana och liknande trängselpunkter är idealiska ställen att införa QoS-mekanismer. Figuren visar tre typiska exempel på var trängsel ofta uppstår i ett nätverk.
Fördröjning (delay eller latency) är den tid det tar för ett paket att färdas från avsändaren (source) till destinationen. Det finns två typer: fast fördröjning (en fast tid för ett visst moment, som att placera en bit på sändningsmediet) och variabel fördröjning (påverkas av hur mycket trafik som bearbetas).
Här är en sammanställning av olika källor till fördröjning:
| Typ av fördröjning | Beskrivning |
|---|---|
| Kodningsfördröjning | Fast tid som krävs för att komprimera data innan sändning, ofta i avsändaren (source). |
| Paketeringsfördröjning | Fast tid för att kapsla in data med nödvändiga headerfält. |
| Köfördröjning | Variabel tid som ett paket väntar i kö innan det kan skickas. |
| Serialiseringsfördröjning | Fast tid att sända ett paket på länken. |
| Propageringsfördröjning | Variabel tid för att paketet ska färdas från avsändare till mottagare. |
| De-jitter-fördröjning | Fast bufferttid för att jämna ut variationer mellan paket innan uppspelning. |
Jitter är variationen i fördröjning mellan mottagna paket. Från avsändaren skickas paket i jämna mellanrum. På grund av trängsel i nätverket, fel i köhantering eller konfigurationsfel kan det jämna mellanrummet variera mellan paketen. Både fördröjning (delay) och jitter måste hållas på ett minimum för att realtids- och interaktiv trafik ska fungera bra.
Paketförlust
Utan QoS behandlar nätverksenheter paketen i den ordning de kommer in. Vid trängsel kan switchar och routrar börja kasta (ta bort eller droppa) paket. Det innebär att tidskänslig trafik – till exempel röstsamtal eller video – riskerar att droppas lika ofta som mindre känslig trafik, som e-post eller webbtrafik.
När en router tar emot en digital ljudström med Real-Time Protocol (RTP), till exempel vid VoIP, måste den hantera eventuell jitter. Detta görs med hjälp av en playout delay buffer, som temporärt buffrar paketen och spelar upp dem i en jämn ström. Detta kan illustreras som följande:
Om jittern blir så stor att ett paket anländer för sent för att behandlas inom buffertens tidsfönster, kasseras det – vilket leder till hörbara avbrott i ljudet (paketförlust). Detta kan illustreras som följande:
Om det bara är ett enstaka paket som kasseras, försöker den digitala signalprocessorn (DSP) gissa vad som borde ha hörts av användare som inte märker felet. Men om jittern är så stor att DSP inte längre kan återskapa ljudet korrekt, uppstår tydliga ljudproblem.
Paketförlust är en vanlig orsak till försämrad ljudkvalitet i IP-baserade nätverk. I ett välplanerat nätverk bör förlusten vara så nära noll som möjligt. De ljudkodekar (komprimeringsalgoritmer) som används av den digitala signalprocessorn (DSP) kan hantera en viss mängd förlust utan att ljudkvaliteten påverkas märkbart. För att minimera risken ytterligare används QoS för att identifiera och prioritera röstsamtal, vilket garanterar att de får tillräcklig bandbredd och inte riskerar att förloras vid trängsel.