Quality of Service -arkkitehtuurit

Abstract

Opinnäytetyön aiheena on tietoliikenneverkkojen palvelunlaatu ja tietoliikenteen priorisointi Quality of Services -tekniikoilla. Tietoverkkojen siirtonopeus ja suorituskyky määrittävät usein suoraan niiden hyötyasteen. Koska IP-verkkojen fyysisiä ominaisuuksia ei voida loputtomasti, saati kustannustehokkaasti kasvattaa, ovat verkon suorituskykyä parantavat loogiset ratkaisut lisänneet merkitystään. Loogiset ratkaisut ovat usein reitittimien liityntäkohtaisten liikennevirtojen ohjaamista, jolla pyritään muuttamaan normaalia liikennevirtaa jonkin tietyn liikennetyypin eduksi. Tietoverkkojen tarkoituksenmukaista, tiettyjen liikennevirtojen kasvattamista, muokkaamista tai rajoittamista kutsutaan tietoliikenteessä yleisnimellä Quality of Service. Cisco Systems tarjoaa erilaisia laitekohtaisia Quality of Service -palveluja, joita hyödynnetään opinnäytetyön käytännön toteutuksessa.

Opinnäytetyössä selvitetään nykypäivän QoS-palvelutarpeet, kapasiteettivaatimukset, skaalautuvuus sekä toteutus jo olemassa olevaan verkkotopologiaan. Samalla käsitellään myös yleistä palvelun käytettävyyttä ja perustellaan miksi QoS on palveluratkaisuna varteenotettava verrattuna pelkän kaistakapasiteetin kasvattamiseen. Quality of Service -tutkimus rajataan Differentiated Services ja Integrated Services -arkkitehtuureihin. Edellämainittujen arkkitehtuurien lisäksi esitellään myös muita QoS-ratkaisuja kuten MPLS-verkkototeutukset, Cisco NBAR, sovellustason Policy Based QoS sekä päätelaitekohtaiset QoS-asetukset.

Opinnäytetyön käytännön toteutuksessa perehdytään sekä Differentiated Services - että Integrated Services -arkkitehtuurien verkkototeutuksiin Cisco-laitteistolla. QoS-arkkitehtuurien soveltuvuutta testilaitteistolle tutkitaan arkkitehtuurikohtaisesti sekä erikseen että yhdistetyssä verkossa. Arkkitehtuureja verrataan keskenään konfiguroinnin helppouden, tehokkuuden ja muokattavuuden näkökulmista. Testialustana toimii kuormitettu verkko jonka yli pyritään kuljettamaan jatkuvaa videokuvasiirtoa mahdollisimman hyvällä palvelunlaadulla. Testien perusteella voidaan todeta Differentiated Servicen parempi palvelunlaatu pienissä verkkokokoonpanoissa ja tuodaan esille Integrated Servicen vahvuus suurten verkkojen palveluntoteuttajana. Differentiated Services voi toteuttaa koko verkon QoS-palvelun jopa yhden laitteen avulla. Integrated Services vaatii kaikkien verkon reitittimien konfiguroinnin, mutta laitesignaloinnin ansiosta sen ylläpito on muuttuvissa verkoissa helpompaa.

This bachelor’s thesis presents the research of Quality of Service in data networks and shows how to overcome the physical capacity limitations. Bandwidth, efficiency, and the amount of dataflows often determines how efficient networks are. The physical attributes of the network are no longer the key feature in bettering the efficiency itself, rather logical solutions have drawn more attention in the field of telecommunications. These logical solutions are often referred as “Quality of Service” or “QoS”. QoS is based on manipulating dataflows for the benefit of chosen applications. Cisco Systems offers both hardware- and software based solutions to QoS. Cisco manufactured devices are used in the conventional research part of this thesis. The main goal of this research is to investigate how quality of service can be configured and used in the consistence of the Cisco devices.

This thesis clarifies the needs of quality of service in todays data networks including capacity, scalability, and configurations. Both QoS-services usability and limitations are tested and also explained why QoS is a considerable solution when dealing with low bandwidth networks. The research is delimited in two main QoS-architectures, Differentiated Services and Integrated Services. Both of these architectures have gained a foothold as leading QoS-mechanisms in todays data networks. This thesis presents also QoS-knowledge related to MPLS-networks, Cisco NBAR-techniques, application policy Based QoS and QoS-settings for individual computers.

The conventional research of the architectures is done with the Ciscos devices. QoS-architectures suitability is tested both individually and together in the test network. The basics of the convention research is to generate traffic in the test network increasing the congestion. The increased and harmful congestion is overcame with the QoS-service techniques that allow the critical dataflows such as videostreaming to use effectively the resources of the network. The Architectures are compared against each other with the characteristics such as easiness in configuration, effeciency and formability. The tests prove that Differentiated Services is better in small networks and the Integrated Services applies better in large networks. Differentiated Services can offer effective QoS-service for the whole network in only one device. Integrated Services demands configurations in each of the devices in the network, but can be more easily managed thanks to the signaling mechanisms in the devices.