Обзор качества обслуживания (QoS)

Применимо к:Windows Server 2012

QoS — это набор технологий для экономичного управления сетевым трафиком, позволяющий улучшить работу пользователей как в корпоративных средах, так и в домашних и малых сетях.

В этом документе содержится вводная информация о качестве обслуживания (QoS) в Windows Server® 2012.

Возможности QoS

Технологии качества обслуживания позволяют выполнять требования к обслуживанию рабочей нагрузки или приложения путем измерения пропускной способности сети, отслеживания изменений состояния сети (например, используемой или доступной пропускной способности) и определения приоритетов (или регулирования) сетевого трафика. Например, с помощью QoS можно сделать приоритетным трафик для чувствительных к задержке приложений (использующих передачу голоса и видео) и контролировать воздействие трафика, для которого задержка не важна (при массовых передачах данных и т. п.).

QoS предоставляет следующие возможности.

• Управление пропускной способностью

• Классификация и назначение тегов

• Управление потоком на основании приоритета

• QoS на основе политики и QoS Hyper-V

Информация об этих возможностях приведена в следующих разделах.

Управление пропускной способностью

В предыдущих версиях QoS, как и в QoS в Windows Server 2012, максимальная пропускная способность — это компонент, который задает абсолютное ограничение (регулирование скорости) для рабочей нагрузки. В Windows Server 2012 представлена минимальная пропускная способность.

Минимальная пропускная способность обеспечивает указанный уровень обслуживания для рабочей нагрузки при перегрузке сети с одновременной поддержкой высокого коэффициента использования пропускной способности этой рабочей нагрузкой в случаях, когда сеть не перегружена. Перегрузка сети возникает в системе компьютера, когда несколько рабочих нагрузок конкурируют за доступ к внешней сети через один сетевой адаптер.

Поскольку производительность сетевого адаптера является ограниченной величиной, если сумма рабочих нагрузок превышает это значение, пропускная способность сети каждой рабочей нагрузки становится недетерминированной. Минимальная пропускная способность позволяет определять совместное использование пропускной способности конкурирующими приложениями.

Например, хранилище, динамическая миграция и кластер могут совместно использовать 10 ГБ сетевого адаптера на компьютере, на котором выполняется роль сервера Hyper-V. Если хранилищу, динамической миграции и кластеру назначить весовые коэффициенты, равные 50, 30 и 20 соответственно, при перегрузке сетевого адаптера они получат соответствующие доли пропускной способности.

Минимальная пропускная способность и максимальная пропускная способность позволяют обеспечить прогнозируемую пропускную способность сети для каждой рабочей нагрузки. Основным различием между ними с точки зрения администратора является способ использования сетевых ресурсов.

Использование сетевых ресурсов

Если для рабочей нагрузки задана максимальная пропускная способность, рабочая нагрузка никогда не превысит это ограничение, даже если в системе отсутствуют другие рабочие нагрузки, использующие пропускную способность сети. Если для рабочей нагрузки задана минимальная пропускная способность, рабочая нагрузка использует максимально возможную величину до тех пор, пока не произойдет перегрузка сети. Принимая во внимание предыдущий пример, если не выполняется динамическая миграция, рабочие нагрузки хранилища и кластера могут превышать свои предопределенные коэффициенты пропускной способности сети.

В зависимости от требований конкретного сценария можно включить максимальную пропускную способность, минимальную пропускную способность или оба эти компонента. Например, чтобы предотвратить непредвиденное использование виртуальной машиной всей доступной пропускной способности Интернета, открытый поставщик услуг размещения может применить к виртуальной машине параметр максимальной пропускной способности QoS. И наоборот, чтобы увеличить коэффициент использования пропускной способности на компьютере с ролью сервера Hyper-V в центре обработки данных, к серверу можно применить параметр минимальной пропускной способности.

Server Message Block Direct (SMB Direct) и мост для центра обработки данных (DCB).

Для реализации минимальной пропускной способности и максимальной пропускной способности используется планировщик пакетов QoS. Эти компоненты хорошо работают с трафиком, проходящим через сетевой стек Windows Server.

Однако существует сетевой трафик, который обходит сетевой стек. Наиболее важным примером является Server Message Block Direct (SMB Direct) — компонент Windows Server 2012, созданный на основе удаленного доступа к памяти (RDMA). SMB Direct разгружает трафик SMB непосредственно на сетевой адаптер с поддержкой RDMA, чтобы сократить задержку и уменьшить количество циклов ЦП, приходящихся на сетевое взаимодействие. Поскольку SMB Direct по-прежнему конкурирует за пропускную способность с другим сетевым трафиком на оборудовании сетевого адаптера, он может повлиять или даже оставить незадействованным другие сетевые адаптеры, если они останутся без внимания.

Для устранения этой проблемы можно использовать мост для центра данных (DCB). DCB реализуют некоторые поставщики сетевых карт в сетевых адаптерах. DCB работает аналогично минимальной пропускной способности: каждый класс трафика независимо от того, разгружен он или нет, имеет распределение пропускной способности. В случае перегрузки сети каждый класс получает свою долю. В противном случае каждый класс получает столько пропускной способности, сколько доступно.

Классификация и назначение тегов

Перед реализацией управления пропускной способностью рабочей нагрузки необходимо провести классификацию или фильтрацию рабочей нагрузки, чтобы планировщик пакетов QoS или сетевая карта с поддержкой DCB могли выполнять с ней соответствующие операции. В Windows представлена усовершенствованная возможность классификации трафика. В ее основе могут лежать 5-фрагментность, тип пользователя или URI.Windows Server 2012 упрощает задачу управления, поэтому пользователь может вызывать встроенные фильтры в Windows PowerShell для классификации некоторых наиболее распространенных рабочих нагрузок. В таблице ниже перечислены эти встроенные фильтры.

Управление пропускной способностью является не единственным действием, которое можно указать в политике QoS. Например, можно установить приоритет и пометить трафик для применения QoS из одного конца центра обработки данных до другого.

Предыдущие версии Windows поддерживают задание приоритета в IP-заголовке сетевого пакета. Биты приоритета называются точкой кода дифференцированных услуг (DSCP). В Windows Server 2012 добавлена поддержка задания тегов 802.1p. 802.1p является 3-битовым значением приоритета в кадре Ethernet уровня 2. Поэтому оно применяется к пакетам, отличным от IP, например RDMA через Ethernet.

Управление потоком на основании приоритета

Для рабочих нагрузок, например RDMA, требуется передача без потерь. Если RDMA построен непосредственно на основе Ethernet, что известно как RDMA по конвергентной сети Ethernet (ROCE), передача через Ethernet должна осуществляться без потерь. В большинстве случаев решением является управление потоком уровня канала связи, которое зависит от кадра приостановки передачи 802.3. Однако управление потоком уровня канала связи приводит к возникновению таких проблем, как блокировка обслуживания с относительным приоритетом.

Эта проблема решается с помощью управления потоком на основании приоритета (PFC), которое представляет собой стандарт, определенный рабочей группой DCB IEEE.Windows Server 2012 позволяет реализовывать PFC при условии, что оно поддерживается сетевым адаптером. Если управление PFC включено для ROCE на обоих концах канала связи Ethernet, только выделенный для ROCE виртуальный канал, обозначенный значением приоритета, становится каналом без потери данных. Другие рабочие нагрузки в том же физическом канале не страдают от блокировки обслуживания с относительным приоритетом.

QoS на основе политики и QoS Hyper-V

QoS в Windows Server® 2012 полезно сетевым администраторам тем, что оно разработано для помощи в управлении сетевым трафиком в физических и виртуальных сетях. QoS на основе политики предназначено для управления трафиком в физической сети. Новая функция QoS, которая называется QoS Hyper-V, позволяет управлять трафиком в виртуальной сети.

Качество обслуживания на основе политик

QoS на основе политики предназначено для управления трафиком в физической сети. QoS на основе политики позволяет установить контроль пропускной способности сети на основе типа приложения, пользователей и компьютеров. QoS на основе политики можно использовать для управления трафиком, для упрощения контроля затрат пропускной способности, для переговоров об уровнях обслуживания с поставщиками пропускной способности или бизнес-отделами, а также для обеспечения лучшего обслуживания конечных пользователей. Поскольку QoS на основе политики встроено в групповую политику, оно является частью существующей инфраструктуры управления и, следовательно, экономичным в применении решением.

QoS на основе политики предоставляет следующие возможности.

• Обеспечивать минимальную пропускную способность для потока трафика, который опознается по 5-фрагментному фильтру трафика.

  Примечание

  5-фрагментный — это термин, используемый в области работы с сетями. Подключение протокола TCP/IP состоит из набора, включающего пять различных значений.

• Настраивать и запрашивать политики QoS, обеспечивающие минимальную и максимальную пропускную способность, а также пометки 802.1p или DSCP на отфильтрованных пакетах, используя WMI и PowerShell.

  Примечание

  • DSCP — это поле в заголовке IPv4 или IPv6 в компьютерной сети.

  • 802.1p — это спецификация IEEE, позволяющая использовать коммутаторы 2-го уровня для выполнения приоритезации трафика и динамической фильтрации многоадресных рассылок.

• Использовать редакторы групповых политик, чтобы настроить политику eQoS на пометку пакетов значением 802.1p.

• Настраивать локальные политики QoS на компьютерах, не входящих в домен.

Дополнительные сведения см. в разделе Качество обслуживания (QoS), основанное на политиках.

QoS Hyper-V

QoS Hyper-V предназначено для управления сетевым трафиком в виртуальной сети. В Windows Server® 2012 в QoS включены новые функции управления пропускной способностью, позволяющие поставщикам размещения в облаке и предприятиям предоставлять услуги со стабильной производительностью в сети с помощью виртуальных машин на сервере под управлением Hyper-V. QoS Hyper-V поддерживает управление верхними и нижними пределами пропускной способности, обычно именуемыми максимальной и минимальной пропускной способностью.

Что касается размещенных сред, QoS Hyper-V позволяет гарантировать определенные уровни производительности в зависимости от соглашений об уровне обслуживания (SLA), заключенных с клиентами. QoS Hyper-V гарантирует, что клиенты в общей инфраструктуре не мешают другим клиентам и не компрометируют их, идет ли речь о вычислениях, хранении или сетевых ресурсах.

Похожие требования имеются и у корпоративных сетей. Используя QoS Hyper-V в организации, можно запускать несколько серверов приложений на основе ВМ на сервере с Hyper-V, оставаясь при этом уверенными в стабильности производительности каждого из них.

QoS Hyper-V предоставляет следующие возможности.

• Устанавливает минимальную и максимальную пропускную способность для потока трафика, который определяется номером порта виртуального коммутатора Hyper-V.

• Возможность настройки минимальной и максимальной пропускной способности для каждого порта виртуального коммутатора Hyper-V с помощью командлетов PowerShell или инструментария управления Windows (WMI).

• Возможность настройки нескольких виртуальных сетевых адаптеров в Hyper-V и определения качества обслуживания для каждого из них отдельно.

Windows Server 2012 QoS Hyper-V также использует оборудование, поддерживающее мост для центра обработки данных, для сведения различных типов сетевого трафика на одном сетевом адаптере с предоставлением каждому из типов гарантированного уровня обслуживания. Windows PowerShell позволяет настраивать все эти новые функции вручную или включать автоматизацию в сценарии для управления группой серверов, вне зависимости от того, объединены ли они в домен.