Мрежов трафик и QoS в реално време - VoIP и PBX
Представете си интервала от време между изпращането и получаването на имейл съобщение. Предаването на електронна поща понякога се описва чрез протокола „запази и препрати“, т.е. комутация с междинно съхранение (буфериране) на пакети (съобщения). Но дори и тази дефиниция не е прецизна (виж дефиницията в Wikipedia), защото не отчита общото време за създаване на съобщение, изпращане, получаване и прочитане.
Интервалът от време между изпращането и получаването по принцип не влияе на предаването на съобщение. В повечето случаи можете да го игнорирате, макар и само защото човек може да получи няколко съобщения наведнъж и все още му трябва известно време, за да ги обработи.
Може да се твърди, че забавяне на доставката на имейл съобщение от няколко минути няма фундаментално въздействие върху нашите дейности.
Да приемем, че вашата вътрешна мрежа и интернет връзка първоначално имат достатъчна честотна лента за пренасяне на гласов трафик. Следователно, ако има проблеми с качеството на комуникацията, най-вероятно някой сегмент от вашата мрежа е твърде претоварен и причинява забавяне на предаването на трафика. Това забавяне е допълнително забавяне в допълнение към нормалното забавяне на предаването на пакети, което обикновено наричаме „ping“.
Какво е QoS?
Качеството на услугата във VoIP комуникациите е набор от принципи и методи, които се използват за осигуряване на оптимално качество на гласовата комуникация в условия на ограничена честотна лента на комуникационните канали.
Резервиране на честотна лента(Резервиране на честотна лента) - Механизъм, който понякога се среща в рутери от начално ниво, който запазва определен процент от наличната честотна лента на връзката за определен клас трафик. Например, ако запазите честотна лента от 100 kbps за VoIP на връзка от 2000 kbps, рутерът винаги ще гарантира тази честотна лента за VoIP трафик. Тоест, ако е необходима честотна лента от 50 kbps за VoIP, рутерът разпределя тази честотна лента и предоставя останалата част от честотната лента на други видове трафик. Ако гласовият трафик се нуждае от 300 kbps, рутерът разпределя само 100 kbps за VoIP, а останалият VoIP трафик ще бъде изпратен в общия поток, конкурирайки се за оставащата честотна лента.
Маркиране на трафик (Traffic Tagging) - мрежовият трафик може да бъде маркиран със специални етикети, които определят приоритета на пакетите. Този механизъм е описан в RFC 2474 и подчертава полето „Диференцирани услуги“ в IPv4 и IPv6 заглавките, използвани за класифициране на трафика. Имайте предвид, че технологията просто „маркира“ пакетите с определен клас и всяко мрежово устройство, през което преминава този трафик, трябва да „може“ да го обработи по съответния начин. По правило задачата на устройството е да даде приоритет на определен тип трафик в съответствие с зададения клас. Както споменахме, за да използвате успешно тази технология, е необходимо да конфигурирате мрежови устройства. По-специално, 3CX сървърът трябва да маркира VoIP трафика, а междинните рутери трябва да разпознават и обработват трафика с посочения етикет. Маркирането на трафика в Windows се извършва чрез локални или групови правила (Local Policy или Group Policy). В края на статията е даден прост пример за настройка на QoS маркиране в Windows Server 2008 или 2012.
Приоритетизиране – маркиране на трафика, това е само първият етап от предоставянето на QoS. На втория етап трябва да конфигурирате всички междинни мрежови устройства и услуги за приоритизиране на маркиран трафик. Важно е да се отбележи, че вие също трябва да се уверите, че маркираният трафик се разпознава и приоритизира от вашия интернет доставчик.
Типични точки на забавяне на трафика
За да разберем по-добре проблемите, които причиняват закъснения в трафика, нека да разгледаме ключовите точки, в които възникват тези закъснения. Разбира се, това няма да е изчерпателен списък, но напълно достатъчен за начало на изследването.
WAN-LAN мрежови устройства (рутер / защитна стена)
Въпреки факта, че скоростта и стабилността на достъпа до Интернет нараства навсякъде, честотната лента винаги има зададен лимит.
Следователно трябва да се уверите, че вашата външна връзка не получава повече VoIP повиквания, отколкото позволява честотната лента. Имайте предвид, че повечето интернет връзки са асиметрични, т.е. скоростите на изтегляне и трансфер на данни са различни. Скоростите на изтегляне са по-високи, а скоростите на качване са по-бавни и тъй като VoIP комуникациите са симетрични, скоростта на качване може да бъде тясното място.
Можете да определите, че крайното WAN-LAN устройство причинява забавянето по следните признаци:
- Проблеми с качеството на VoIP разговор, който преминава от локалната мрежа към Интернет
- Няма проблеми с качеството при разговор между две устройства, разположени в локалната мрежа (включително PBX), без достъп до интернет.
Ако и двете от горните са наблюдавани, погледнете статистиката за използване на WAN връзката на крайното си устройство.
Въпреки това, в някои ситуации, този подход причинява в началотовидите необясними проблеми с качеството на гласа. Проблемите се появяват на случаен принцип, при различни потребители и независимо от вида на обаждането - вътрешно или външно:
- Повечето обаждания преминават добре
- Някои обаждания са постоянно с лошо качество
- Някои обаждания нямат проблеми в началото, но с течение на времето започват да се появяват артефакти
- Някои разговори са с лошо качество в началото, но постепенно се връща към нормалното
Вътрешни мрежови устройства (LAN)
В някои локални мрежи може да срещнете същите проблеми с качеството на VoIP разговорите, които изпитвате при свързване на компютър чрез мини комутатор. В този случай обаче те са причинени просто от временно претоварване на мрежовите устройства. Изложени на риск са мрежи, които прехвърлят големи документи, като например графични файлове.
Ако вашата мрежа се състои от няколко сегмента, свързани чрез MPLS технология, вероятността от проблеми с качеството на VoIP в такива мрежи, разбира се, е по-висока.
Разбира се, най-доброто решение в такива случаи е внедряването на QoS механизми в LAN: маркиране на трафика на VoIP устройства, включително IP PBX сървъра, и конфигуриране на комутатори и рутери за разпознаване и приоритизиране на маркиран трафик.
За интересна допълнителна информация по тази тема вижте бакалавърската теза на Доналд Егбеньон от Университета за приложни науки в Турку:
Когато използвате Wi-Fi устройства, имайте предвид, че точките за достъп имат ограничена зона на покритие и вашето VoIP устройство отнема известно време, за да превключва между тях. Това забавяне може да бъде толкова голямо, че да доведе до прекъсване на връзката и повторна регистрация на VoIP клиента на 3CX сървъра.
В такива случаи трябвасъздайте Wi-Fi инфраструктура, която ще осигури много ниско забавяне при превключване на клиента (милисекунди). Това е свързана система от точки за достъп, които образуват една Wi-Fi зона. Специален превключвател управлява точките за достъп и превключването на клиенти.
Няколко думи за VLAN
Много мрежови инженери предпочитат гарантиран метод за разделяне на глас и друг мрежов трафик - разделяне на LAN на независими подмрежи за глас и данни. За целта се използват отделни физически мрежи със собствени комутатори или виртуални VLAN.
Несъмнено това е най-ефективният начин за решаване на проблема. Но не забравяйте, че унифицираните комуникации (унифицирани комуникации) предполагат конвергенция (унификация) на глас и данни. Например, потребител, който стартира VoIP клиент на своя компютър (добър пример е клиентът 3CX), незабавно създава конвергиран трафик на глас и данни, предаван през една мрежа. Днес комбинирането на различни видове данни в една мрежа е напълно приемливо.
Следователно внедряването на QoS механизми в локалната мрежа може да бъде по-оправдано от други видове гаранция за честотна лента за VoIP.