QoS (Quality of Service – Servis Kalitesi) Nedir?

IP adresi ağlarında yeterli Hizmet Kalitesi (Quality of Service-QoS) sağlamak günümüz kurumsal IT altyapılarının giderek daha da önemli bir faktörü haline gelmektedir. QoS, sadece Network üzerinden ses ve video akışı için değil, son zamanlarda büyüyen Internet of Things-IoT'nin (Nesnelerin Internet'i) desteklenmesinde de önemli bir faktör olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu makalemde sizlere, QoS'un neden önemli olduğunu ve nasıl çalıştığından bahsediyor olacağım.


 

QoS (Quality of Service) Neden Önemlidir?

Network'ünüzde çalışan bazı uygulamalar gecikmeye karşı duyarlıdır. Bu uygulamalar, genellikle TCP protokolünün aksine UDP protokolünü kullanırlar. Zaman farkına bağlı olarak TCP ve UDP arasındaki temel fark; TCP'nin geçiş sırasında kaybedilen paketleri yeniden iletmesidir. Bir bilgisayardan diğerine dosya aktarımı için, TCP paketleri kullanılmalıdır. Çünkü TCP paketleri, herhangi bir paketin kaybolması, yanlış biçimlendirilmesi veya sıradan çıkarılması durumunda, paketleri hedef bilgisayarda yeniden oluşturmak için yeniden gönderebilir ve yeniden düzenleyebilir bir yapıya sahiptir.

Ancak UDP uygulamaları (ör. IP telefon aramaları) için, herhangi bir kayıp paket yeniden iletilemez. Bunun sebebi de ses paketlerinin sıralı bir akış olarak gelmesinden kaynaklanmaktadır. Bu yüzden de UDP protokolünü çalıştıran uygulamalar için herhangi bir kayıp veya gecikmeye uğraşım bir paket, gerçek bir sorun teşkil eder. Voice Call (Sesli çağrı) üzerinden örnek verecek olursak; arama esnasında birkaç paketin bile kaybedilmesi, ses kalitesinin kesik ve anlaşılmaz hale gelmesine neden olacaktır. Ek olarak, paketler jitter’lara karşı da hassastır. Jitter, bir akış uygulamasının gecikmesindeki değişikliktir.

Network'ünüzde fazla Bandwidth (bant genişliği) varsa ve üstesinden gelebilecek trafiğe sahipse, paket kaybı, gecikme veya titreme ile ilgili bir sorun yaşamayacağınız anlamına gelir. Ancak birçok kurumsal Network'te, Router'ların ve Switch'lerin aşırı derecede tıkanmaya başladıkları zamanlar olacak ve bu noktada paketleri bırakmaya başlayacaklardır. Bunun sebebi; data işlenirken, geçen süreden daha hızlı giriş/çıkış yapıyor olmalarıdır. Bu durumda veri akışıda uygulamalarınız da olumsuz etkilenmeye başlıyor. QoS, işte tam da burada devreye giriyor.

QoS (Quality of Service) Nasıl Çalışır?

QoS (Quality of Service-Servis Kalitesi), Network'lerin data trafiğinin haricinde ses (voice) ve video iletimi amacıyla kullanılmaya başlamasından sonra önem kazanmış bir teknolojidir. QoS teknolojisi öncesinde, bir router'a gelen data paketleri, Best Effort (BE) denilen bir yöntemle diğer uca aktarımı sağlanmaktaydı. Bu yöntemle gelen paketler üzerinde önceliklendirme anlamında hiçbir işlem uygulanmadan, direkt olarak karşı tarafa aktarımı sağlanmaktaydı ve data paketleri, cihazlar üzerinde "ilk gelen önce gider" mantığıyla sıraya dizilip, bu sıra dahilinde iletim ortamına aktarılıyordu; yani 4. sırada gelen data paketi 4. sırada, 7. sırada gelen data paketi 7. sırada iletim ortamına aktarılıyordu. Best effort ayrıca, Data Frame'lerinin karşı tarafa ulaşıp ulaşmadığını kesinlikle garanti edemez. Best effort kullanılan Network'lerde bütün kullanıcılar, Network üzerindeki trafiğe göre değişen, daha önceden belirlenemeyen, iletim hızı ve iletim sürelerinde iletişim sağlarlar.

QoS'un daha iyi anlaşılabilmesi için öncelikle birkaç terimin iyi anlaşılmış olması gerekmektedir. Bunlar;

• Delay (gecikme): 3 alt birimde incelenebilir;
1- Processing Delay (işlem gecikmesi): Bir cihazın bir data Frame'i alıp, çıkışa yönlendirmesine kadar geçen süredir.
2- Serialization Delay (serileşme gecikmesi): Bir data Frame'in iki Port arası iletimi arasında geçen süredir.
3- End-to-end Delay (noktalar arası gecikme): Bir data Frame'in kaynağından derlendikten sonra çıkıp hedefte yorumlanmasına kadar geçen süredir.
• Jitter (seğirme): Data Paketlerinin gecikme sürelerindeki farklılıklardır. Aynı türden data Frame'lerinin source (kaynak) ile Target (hedef) arasındaki iletimi sırasında geçen süre arası farklılıktır. Türkçe teknik jargonda "seğirme" olarak kullanılmaktadır.
• Bandwidth (bantgenişliği): Bir hat boyunca iletilebilecek, (Mega/Giga)bits/second (M/G)bps-bit-per-second) cinsinden ölçülen, en yüksek veri miktarıdır.
• Throughput (veri hacmi): Bir noktadan diğer bir noktaya ortam üzerinde sorunsuz iletilen verilerin oranını verir. Bazı kaynaklarda "Bandwidth kullanım oranı" olarak da kullanılmaktadır.
• Packet loss (paket kaybı): Veri iletim (Data Transmission) sırasında bazı data paketlerinin hedefe ulaşamamasını durumunu ifade etmektedir. Yanlış yönlendirme, iletim esnasında paketlerin zarar görmesi, girişim v.b. sebeplerle paket kaybı oluşabilmektedir.

Internet üzerinde günlük kullanılan uygulamaların her birinin yukarıda belirtilen tanımlara olan duyarlılığı farklıdır. Örneğin;
• Ses haberleşmesinde gereken bant genişliği orta seviye, paket kaybı duyarlılığı düşük, Jitter ve gecikme duyarlılığı yüksektir.
• Bir telnet uygulamasında bant genişliği düşük, paket kaybı duyarlılığı orta, gecikme ve Jitter duyarlılığı orta seviyededir.
• Bir FTPuygulamasında bant genişliği orta-yüksek seviyede, paket kaybı duyarlılığı düşük, gecikme ve Jitter duyarlılığı düşük seviyededir.
• Bir video uygulamasında bant genişliği ihtiyacı yüksek, paket kaybı duyarlılığı orta seviye, gecikme ve Jitter duyarlılığı yüksek seviyelerdedir.



Yukarıda özellikleri belirtilen uygulamaların bir diğer uygulamanın çalışmasını etkilemeyecek şekilde yürütülmesini sağlamak için QoS kullanılarak Network üzerindeki kaynaklardan verimli bir şekilde yararlanmış oluruz. Sonuç olarak QoS (Quality of Service) kullanım amacı, bazen bir uygulamaya bir diğer uygulamadan daha çok bantgenişliği ayırmak gerekebildiği için bu ihtiyacımız olan fazla Bandwidth (bant genişliği), ayrılan uygulamanın diğerinden daha önemli olduğu anlamına gelmemektedir. Burada yürütülen işlem, uygulamanın gereksinimlerini göz önünde bulundurarak, her bir uygulamaya ihtiyacı doğrultusunda servis seviyesi uygulamaktan ibarettir. QoS aynı zamanda bir Congestion Management (tıkanıklık yönetimi)'tır. Network çıkışında oluşacak herhangi bir tıkanıklık durumunda, data paketlerini iletim için bir sıraya dizerek, Network yöneticilerine hangi tip paketlerinin öncelikli olarak iletilebileğini yönetme imkanını sağlar.

Şunu da unutmamak gerekir ki; Network'lerin WAN iletimleri, LAN içerisi iletime göre genelde daha sınırlı olduğundan, WAN çıkışlarında uygulanan QoS kullanım gereksiniminin anlaşılabilmesi çok daha kolaydır. Bunun tersine LAN'daki imkanlar daha geniş olduğu için QoS kulanım gerekliliğini sorgulatmaktadır. Bu noktada sorulacak soru; LAN ortamında bant genişliğinin yüksek tutulmasıyla QoS'a olan ihtiyacın ortadan kalkıp kalkmayacağıdır. Bu fikir ilk etapta mantıklı gibi gelse de, bant genişliğinin yüksek tutulması demek, her şeye çözüm olabilecektir anlamına gelmez. Bu duruma sadece bant genişliği açısından bakacak olursak; FTP ve video konferans görüşmesinin aynı anda yürütülmeye çalışıldığı bir ortam düşündüğümüzde TCP, yapısı gereği var olan bant genişliğinin hepsini kullanmak isteyecektir ki bu da video konferans görüşmelerinin kalitesini etkileyecektir. Ayrıca gerçek zamanlı uygulamalarda çok önemli olan Jitter ve gecikmeye karşı tolerans problemi, bant genişliğinin arttırılmasıyla çözüm getirilmiş olmayacaktır.

QoS (Quality of Service) Standardı

Eğer bir uçtaki data Frame'leri üzerinde QoS anlamında hiçbir işlem uygulanmıyorsa, data paketlerinin Best Effort denilen yöntemle karşı tarafa iletildiğinden; başka bir ifade ile data paketlerinin, cihazlar üzerinde "ilk gelen önce gider" mantığıyla sıraya dizilip, bu sıra dahilinde iletim ortamına aktarıldığından bahsetmiştim. QoS standardı, Integrated Services (Intserv) ve Differentiated Services (Diffserv) olmak üzere 2 ana model üzerinde sunulur. Bu 2 ana model, tercih edilen trafik türünü sağlayan yapının kategorilerini kapsamaktadır. QoS standardında bu 2 ana modelden birisi uygulanmadan, QoS yapılanmasından bahsedemeyiz. Sonraki makalelerimde detaylı bu 2 ana modelden bahsedip, her ikisini de teker teker ele alacak, aralarındaki farklara değineceğim.

Faydalı olması dileğiyle...