[네트워크 이론] QoS (Quality of Service) 이란?

[네트워크 이론] QoS (Quality of Service) 이란?

 

01. QoS 정의

QoS(Quality of Service)는 트래픽을 생성하는 애플리케이션의 필수 동작에 맞게 라우터나 스위치 같은 네트워크 디바이스가 해당 트래픽을 전달할 수 있도록 트래픽을 조작하는 것입니다. 다시 말해, QoS는 네트워크 디바이스가 트래픽을 구별한 후에 트래픽에 서로 다른 동작을 적용할 수 있도록 해줍니다. 또 한 네트워크 품질을 평가하는 지표를 의미 하며 한정된 네트워크 자원 내에서 사용자 관점의 네트워크 서비스 품질 향상을 위한 기술이나 개념 사용자 또는 어플리케이션의 우선순위에 따라 트래픽과 대역폭을 정책적으로 관리하는 것을 말한다.

 

02. QoS 기본용어

1. 연결 설정 지연 ( Connection Establishment Delay ) 
     - 연결 설정을 위한 request 발생에서 confirm 응답까지 걸리는 시간 ( 짧을수록 좋음 )

 

2.  연결 설정 실패 확률 ( C.E.Failure Probability ) 
     - 최대의 연결 설정 지연 시간을 기준으로 연결 설정이 실패할 확률 ( 실패 확률이 0일 수록 좋음 )

3. 전송률 ( Throughput ) : 초당 전송하는 바이트 수

4.  전송지연 ( Transit Delay )
 - 전송한 데이터가 도착하는 데까지 경과한 시간

5.  전송 오류률 ( Residual Error Rate )
 - 임의 시간 구간에서 전송된 데이터 수 대비 오류 발생 데이터의 비율

 

6. 우선순위 ( Priority )
 - 우선순위가 높은 연결이 그렇지 않은 것 보다 먼저 서비스를 받음

 

03. QoS 주요 지표

1. 대역폭( Bandwidth)

 - 특정 애플리케이션에 할당된 네트워크 자원의 양

 - 일정 시간에 처리한 데이터의 총랼을 가리키는 지표

 - 해결 : 대역폭이 부족한 경우 데이터를 압축하여 전송

QoS에서 제어기법 - Queuing Shaping ( 버퍼저장 후 처리), Policing (패킷 드롭)

 

2. 지연( Delay )

 - 서비스 또는 특정처리를 위해 기다림으로 발생하는 지연

 - 발생지에서 목적지까지 가는 경로에서 발생되는 지연

 - 많은 장비를 통과하게 되면 지연이 발생함

QoS에서 제어기법 - Queuing 

 

3. 지터( Jitter )

 - Jitter는 신호 펄스의 편차로 인해 패킷의 불규칙한 속도를 말함

 - 신호가 네트워크를 통해서 전달되는 과정에서 원래 신호로부터 왜곡되는 정도

 - 멀티미디어 트래픽에 있어서 지터는 치명적인 영향이 존재함

 - 연속지연 ( Serialization Delay), 전달지연( Propagation Delay), 큐잉지연 ( Queuing Delay )

 - 각 단계별 프로세싱과 딜레이가 발생 

QoS에서 제어기법 - Queuing 

 

4. 패킷 손실( Packet Loss )

 - 패킷 손실은 네트워크 장치 내에서 발생하는 심한 정체의 결과

 - 네트워크에서 데이터를 전송하는 과정에서 패킷의 손실 정도

 - 주된 원인은 네트워크 혼잡으로 인한 버퍼 오버플로우, 흐름제어 알고리즘이 임의적으로 패킷을 폐기하는 것

 - 해결 : 혼잡이 발생하면, 중요도에 따라 임의로 패킷을 Drop 시켜, 중요 어플리케이션의 보장을 확보

QoS에서 제어기법 - Queuing , RED, WRED

 

04. QoS의 요소기술

1. 큐잉(Queuing)

 가. FIFO Queuing

  - 하나의 큐에 모든 클래스의 트래픽을 저장

  - 패킷의 클래스와 우선순위에 상관없이 먼저 입력된 패킷을 먼저 서비스하게 됨.

 나. Priority Queuing 

  - 여러 개의 FIFO 큐를 사용하는 방식으로 각각의 큐가 서로 다른 트래픽 클래스에 매핑됨.

 다. WRR(Weighted Round Robin)

  - Priority 큐 방식의 변형으로 여러 개의 큐를 두고 큐마다 다른 가중치를 부여하여 큐 별로 서비스되는 드래픽 양을 조절.

 라. DRR(Deficit Round Robin)

  - Bit-By-Bit Round Robin의 복잡성을 줄일수있는 방식

  - Deficit Counter, Quantum, Deficit Counter를 이용

 

2. Bugger 관리

 가. RED( Randowm Early Detection )

  - 혼잡이 발생하기 전 미리 랜덤 한 방식으로 패킷을 폐기함으로써 혼잡 상항을 제어.

 나. WRED(Weighted Random Early Detection)

  - 여러 개의 다른 클래스 트래픽에 서로 다른 가중치를 부여하여 RED 함수를 적용하여 혼잡제어.

  - RED의 단점을 보완, 서비스 차별성을 유지하면서 혼잡 제어

 

05. 동작 방식 및 원리

1. Integrative services(InterServ)

네트워크 대역폭에 위치하여 RSVP(Resource Reservation Protocol)에 의존하여 임무를 수행한다.

애플리케이션은 데이터를 보내기전에 각 데이터 흐름에 대한 리소스 예약을 한다. 그 후 네트워크 장치(QoS)는 네트워크 리소스를 확인 한 후 수락을 하여 트래픽이 흐를 수 있게 한다.

소규모 서비스나, 제한적 네트워크 망에서는 가능 하나 대형 망에서는 네트워크 리소스를 소비하므로 확장시 부적함

 

2. Differentiated services(DiffServ)

디바이스 표시하여 우선순위로 보낼지, Drop 시킬지 컨트롤 방식

일반적인 QoS 모델

시스템 관리자가  0~63의 DSCP(Differentiated Services Code Point) 값을 각 네트워크 트래픽 유형에 할당하고, 미리 결정된 요구사항과 트래픽으로 그룹화하여 IP(Internet Protocol) 수준에서 분류함
IPv4 패킷 헤더와 IPv6의 TC 필드에 배치 가능함

우선 순위가 높은 DSCP 값을 가진 응용 프로그램은 지연없이 네트워크를 이동할 수 있음

쉽게 확장이 가능하여 많은 네트워크 관리자가 선택하는 방법

 

3. Best Effort

QoS 미 설정시 Best Effort 방식임

QoS 분류 및 우선 순위 지정에 의존하지 않는 방법으로, 가장 단순함
인터넷의 기본 모델로 사용되거나 네트워크 리소스가 모든 QoS 요구사항을 지원하기에 충분할 때만 사용됨(드물게)

 

가. Classification : 트래픽을 식별하고 다른 클래스로 분할

나. Policing : 오작동하는 트래픽을 폐기하여 네트워크 무결성 유지

다. marking : 행동 및 비즈니스 정책에 따라 트래픽 표시

라. Queuing and Scheduiling  : 마킹을 기반으로 트래픽의 우선 순위 지정, 보호 및 격리

마. Shaping : 버스트 제어 및 트래픽 준수