QoS là gì? Hoạt động và cách điều chỉnh băng thông qua QoS

Vài năm trở lại đây, sự bùng nổ của công nghệ thông tin khiến cho các thuật ngữ liên quan đến lĩnh vực mạng trở lên quen thuộc và thông dụng hơn. Điển hình trong số đó là QoS - một công nghệ mạng có thể hỗ trợ giúp điều khiển mức độ ưu tiên của traffic vào hệ thống mạng. Trong bài viết dưới đây, MC&TT sẽ giúp các bạn hiểu rõ về QoS là gì và cách thức điều chỉnh băng thông qua QoS.

QoS là gì? Hoạt động và cách điều chỉnh băng thông qua QoS

1. QoS là gì?

QoS là viết tắt của Quality of Service, là một trong những cách điều khiển mức độ ưu tiên của traffic của hệ thống mạng. Hiểu đơn giản, QoS giữ chức năng đảm bảo cho việc truyền tín hiệu diễn ra với tốc độ nhanh chóng trong khoảng thời gian trễ tối thiểu. Đồng thời, bảo đảm việc phân phối, cung cấp lưu lượng băng thông cho các tệp tin media, video, chương trình, thiết bị.

QoS phân luồng cho những dữ liệu quan trọng, có hạn thời gian lưu thông trước để chúng hoạt động bình thường.

QoS thường được lựa chọn cho các mạng mang lưu lượng cho các hệ thống tiêu hao nhiều tài nguyên. Các dịch vụ phổ biến được thực hiện bao gồm: thoại qua IP, truyền hình giao thức Internet, VOD - hội nghị truyền hình video theo yêu cầu,...

QoS sở hữu nhiều tính năng hữu dụng hoạt động trên toàn bộ các tầng khác nhau của hệ thống. Tương ứng với mỗi tầng, các tính năng này sẽ đảm nhận chức năng khác nhau. Nhìn chung, sử dụng QoS trong kết nối mạng, đem đến khả năng tối ưu hóa hiệu suất cho nhiều ứng dụng mạng.

QoS đang dần khẳng định được vị thế của mình trong việc hỗ trợ đường truyền dữ liệu thông qua việc phân luồng cho những tập dữ liệu quan trọng và có gia hạn thời gian lưu thông trước để mọi hoạt động được tiến triển bình thường. Trong khi đó, các ứng dụng hiện nay sẽ sử dụng tin video và âm thanh với đường truyền tải tốc độ cao, thời gian nhanh nhất để không làm mất các gói dữ liệu.

2. QoS hoạt động như thế nào?

Cơ chế hoạt động của QoS được kích hoạt khi xảy ra hiện tượng bottleneck - nghẽn cổ chai tại một vị trí bất kỳ trong hệ thống và hiện tượng này có liên quan trực tiếp đến băng thông (bandwidth).

Xảy ra 2 trường hợp như sau:

2.1. Các thiết lập QoS vượt quá mức băng thông được nhà cung cấp cho phép

Trường hợp này xảy ra khi các thiết lập QoS bị quá lớn so với mức băng thông được cho phép. Tuy nhiên, khi lượng traffic ở bộ định tuyến không được ưu tiên bởi hệ thống ứng dụng luôn nghĩ rằng lưu lượng băng thông này vẫn đang ở mức hợp lý.

Nhưng việc tiếp tục được thực hiện hay không do nhà cung cấp ứng dụng đó quyết định.

2.2. Thiết lập mức băng thông QoS thấp hơn so với tiêu chuẩn ISP lúc đầu 

Trong trường hợp này, đang có nguy cơ lớn bạn tự tạo Bottleneck nhân tạo. Tức là hiện tượng nghẽn cổ chai sẽ làm gián đoạn các dịch vụ của người dùng, lưu lượng băng thông. Lúc này, QoS sẽ thực hiện vai trò của mình là tăng hiệu suất bằng cách giảm độ trễ và giải phóng băng thông.

Tuy nhiên, người dùng cũng cần lưu ý, mỗi lưu lượng truy cập khác nhau trong hệ thống mạng sẽ có cơ chế hoạt động khác nhau. Bởi thế, với cơ chế hoạt động như vậy còn cần tùy thuộc hoàn toàn vào lưu lượng đó có nhạy cảm với độ trễ hoặc băng thông hay không.

QoS ưu tiên các traffic quan trọng hoặc traffic đòi hỏi thời gian xử lý nhanh

Qua đó, có thể thấy công nghệ mạng QoS hoạt động bằng cách đánh dấu các gói để xác định loại dịch vụ, tiếp đó định cấu hình router để tạo hàng đợi ảo riêng với mỗi ứng dụng dựa theo mức độ được ưu tiên của chúng. Như vậy, băng thông sẽ được dành riêng cho các trang web, ứng dụng quan trọng được chỉ định quyền ưu tiên khi truy cập.

Lưu ý: Để hiểu rõ cách thức hoạt động của công nghệ mạng QoS phụ thuộc vào việc xác định các tham số đo lường QoS.

Các tham số đo lường định lượng QoS như sau:

• Băng thông: là tốc là tốc độ truyền dữ liệu qua thiết bị truyền dẫn qua một giây. QoS cho phép một Router biết cách sử dụng một băng thông.
• Jitter: Tốc độ không đều của các gói trên mạng do tắc nghẽn gây ra, có thể dẫn đến hệ quả các gói đến muộn và không theo trình tự. Việc này có thể làm biến dạng hoặc tạo khoảng trống trong video và âm thanh được truyền tải.
• Độ trễ: Thời gian cần thiết để một gói đi từ điểm xuất phát (nguồn) đến đích cuối. Yếu tố này có thể bị ảnh hưởng bởi độ trễ của hàng đợi, xảy ra trong quá trình tắc nghẽn và gói tin đợi trong hàng đợi trước khi truyền đi. QoS cho phép hạn chế điều này bằng cách tạo hàng đợi ưu tiên dành riêng cho một số loại lưu lượng.
• Mất gói: Lượng dữ liệu bị mất do mất gói, hiện tượng này thường thấy khi gặp tắc nghẽn mạng, QoS cho phép các tổ chức đưa ra quyết định loại bỏ gói.

3. Nhu cầu, chức năng và lợi ích của QoS

Cùng chúng tôi tìm hiểu nhu cầu, chức năng và lợi ích của QoS qua phần tiếp theo đây để thấy được tầm quan trọng của QoS đối với các doanh nghiệp hiện nay:

3.1. Nhu cầu của QoS 

Trước kia, mạng doanh nghiệp và mạng thông tin hoàn toàn tách biệt. Các cuộc gọi và liên lạc từ xa được xử lý thông qua mạng kết nối RJ11 và được giám sát bởi hệ thống PABX. Nó chạy riêng với mạng IP được kết nối RJ45 liên kết máy tính để bàn, máy chủ và laptop. Hai loại mạng này rất khó để giao nhau, ngoại trừ khi một máy tính cần đường dây điện thoại để kết nối mạng Internet. Do đó, tốc độ không quá quan trọng khi mạng chỉ truyền dữ liệu.

Ngày nay, các ứng dụng tương tác mang video, âm thanh cần được truyền tải với tốc độ cao sao cho không bị thay đổi tốc độ phân phối và không bị mất gói dữ liệu.

Các ứng dụng tương tác mang video, âm thanh cần được truyền tải với tốc độ cao sao cho không bị thay đổi tốc độ phân phối và không bị mất gói dữ liệu

Khi nhu cầu về lưu lượng băng thông tăng lên thì hiện tượng tắc nghẽn mạng sẽ xảy ra. Để giải quyết được vấn đề này thì cần phải thay thế các thiết bị phần cứng hoặc làm tăng lưu lượng băng thông.

Và QoS trong trường hợp này sẽ ưu tiên một số traffic quan trọng đòi hỏi việc xử lý nhanh về mặt thời gian. Đồng thời, QoS sẽ mô tả cách chuyển mạch của Packet và thông qua các mô tả sẽ xác định được nhu cầu của QoS.

3.2. Chức năng của QoS 

Sau đây là một số chức năng của QoS:

• QoS cho phép người dùng có thể điều khiển cổng hoặc máy chủ.
• QoS bảo đảm các ứng dụng quan trọng nhất sẽ có mức độ ưu tiên và tài nguyên cần thiết để đạt hiệu suất cao. Mỗi lớp có mật độ ưu tiên riêng.
• Tỷ lệ băng thông khai báo lớp đầu cho yêu cầu của họ.
• QoS cho phép quản trị viên quản lý tốt hơn tài nguyên mạng internet của tổ chức.
• Đảm bảo hiệu suất cao cho các ứng dụng quan trọng, mang đến trải nghiệm người dùng tối ưu.
• QoS hạn chế khả năng mất gói dữ liệu bằng cách ưu tiên băng thông của các ứng dụng hiệu suất cao.
• QoS cho phép giảm độ trễ hoặc tăng tốc quá trình yêu cầu mạng thông qua việc ưu tiên ứng dụng quan trọng.

3.3. Lợi ích của QoS

QoS giữ vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất cao của các ứng dụng quan trọng đòi hỏi lưu lượng băng thông cao cho thời gian thực.

Lợi ích này được thể hiện thông qua việc:

• Giúp các doanh nghiệp ưu tiên hiệu suất các “ứng dụng không giới hạn”, thường có yêu cầu băng thông tối thiểu với độ nhạy cao và giới hạn độ trễ tối đa với hiện tượng độ trễ và giật hình, ví dụ: hội nghị truyền hình.
• QoS giúp doanh nghiệp tránh được độ trễ của các ứng dụng nhạy cảm, bảo đảm chúng được hoạt động ở mức mà người dùng đề xuất. Ví dụ: các gói bị mất có thể gây ra độ trễ cho luồng, dẫn đến chất lượng âm thanh và video của hội nghị truyền hình bị ảnh hưởng trở nên rung giật và không thể giải mã được.

Ngày nay, QoS càng khẳng định được vị thế của mình trong thời đại công nghệ. Bởi các yêu cầu về hiệu suất mạng thích ứng với lượng người dùng ngày càng tăng. Các dịch vụ trực tuyến và ứng dụng mới đòi hỏi cung cấp lượng lớn băng thông và hiệu suất mạng.

QoS cung cấp lượng lớn băng thông và hiệu suất mạng

Đặc biệt, trong quá trình trưởng thành của Internet thì QoS càng trở nên cần thiết hơn. Như trong lĩnh vực sản xuất linh kiện điện tử, tận dụng mạng để cập nhật trạng thái theo thời gian thực với bất kỳ vấn đề tiềm ẩn nào. 

Vì thế, chỉ một sự chậm trễ trong phản hồi đều có thể gây ra những tổn thất lớn với những lỗi trong mạng IoT (Internet of Things). QoS cho phép luồng dữ liệu được ưu tiên và bảo đảm thông tin được truyền đi chính xác và nhanh nhất.

QoS cũng ngày càng trở nên quan trọng khi IoT tiếp tục trưởng thành. Ví dụ: trong lĩnh vực sản xuất, máy móc hiện tận dụng mạng để cung cấp cập nhật trạng thái theo thời gian thực về bất kỳ vấn đề tiềm ẩn nào.  Do đó, bất kỳ sự chậm trễ nào trong phản hồi đều có thể gây ra những lỗi rất tốn kém trong mạng IoT. QoS cho phép luồng dữ liệu được ưu tiên trong mạng và đảm bảo rằng thông tin truyền đi nhanh nhất có thể.

4. Cách điều chỉnh băng thông qua QoS

Hiện nay, các doanh nghiệp hay thậm chí là cả hộ gia đình vẫn đang kết nối Internet thông qua thiết bị mạng là Modem.

Nếu sử dụng Modem để kết nối Internet thì chắc chắn sẽ đòi hỏi cung cấp lưu lượng băng thông lớn mới có thể đáp ứng được sự tăng nhanh về nhu cầu giải trí. Nhưng Modem mạng lại hạn chế mức băng thông tăng cao khiến cho việc thực hiện truyền thông tin dữ liệu liên tục bị gián đoạn liên tục.  Điều này dẫn đến tốc độ kết nối của máy chủ gặp vấn đề, đặc biệt là sự khác biệt trong tốc độ của liên kết sẽ khiến cho dữ liệu bị tồn đọng trong hàng đợi đã được kết nối với những liên kết chậm.

Modem có thể hạn chế băng thông tăng cao khiến cho việc thực hiện truyền thông tin dữ liệu bị gián đoạn

Khi đó, QoS sẽ bắt đầu phát huy vai trò của mình, thực hiện điều chỉ lại lượng băng thông chuẩn. Khi người dùng có kết nối mạng cài QoS trên máy chủ thì máy chủ sẽ bị ghi đè lên kích thước của cửa sổ nhận và giúp hạn chế các lỗi tắc nghẽn bị gây ra bởi mạng.

Tổng kết

Trên đây là toàn bộ thông tin về QoS là gì - hoạt động và cách điều chỉnh băng thông qua QoS như thế nào. QoS ngày càng trở nên quan trọng với bất kỳ doanh nghiệp nào trong điều kiện cơ sở hạ tầng mạng internet và truyền thông hiện nay.

Hy vọng những kiến thức chúng tôi chia sẻ qua bài viết sẽ giúp ích cho các bạn trong quá trình tìm kiếm giải pháp công nghệ để cải thiện tình trạng mạng yếu và nâng cao chất lượng sử dụng mạng.