QoS (Quality of Service) 보장기술

 [QoS 기술 배경]

 

QoS(품질 서비스)는 네트워크에서 데이터 패킷을 전송할 때 일정한 품질 수준을 보장하기 위한 기술입니다. 이 기술이 도입된 배경은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.

 

첫째, 네트워크에서 사용되는 서비스 종류가 다양해지면서 특정 서비스에 대한 품질 요구사항도 다양해졌기 때문입니다. 예를 들어, 실시간 음성 통화나 영상 스트리밍 서비스는 끊김 없는 고화질의 통화나 영상을 제공해야 하기 때문에 지연이나 패킷 손실이 발생하면 안됩니다. 하지만 이와 달리 이메일이나 파일 전송 등의 서비스는 패킷 손실이나 지연이 조금 발생하더라도 큰 문제가 되지 않습니다. 이처럼 각 서비스에 따라 다른 품질 요구사항이 있기 때문에 QoS 기술이 필요해졌습니다.

 

둘째, 네트워크에 연결된 디바이스들의 증가로 인해 네트워크 병목 현상이 발생하게 되면서 QoS 기술이 더욱 필요해졌습니다. QoS를 이용하여 네트워크 병목 현상을 해소하고 서비스 품질을 보장할 수 있습니다.

 

 

[QoS란?]

 

 

QoS(품질 서비스)는 네트워크에서 데이터 전송 시 일정한 품질 수준을 보장하기 위한 기술입니다. QoS는 네트워크에서 다양한 서비스들이 동시에 전송되는 상황에서 각 서비스가 필요로 하는 최소한의 대역폭과 지연시간, 패킷 손실률, 대역폭 제어, 우선순위 등을 보장하기 위해 사용됩니다.

 

QoS는 네트워크에서 특정 서비스에 대한 우선순위를 부여하여 해당 서비스의 패킷 전송을 보장합니다. 예를 들어, 실시간 영상 스트리밍 서비스는 끊김 없는 고화질의 영상을 제공하기 위해서는 빠른 대역폭과 낮은 지연 시간이 필요합니다. 반면에 파일 다운로드나 이메일 전송과 같은 서비스는 패킷 손실률이 높아도 큰 문제가 없기 때문에 낮은 우선순위를 가집니다.

 

QoS는 네트워크에서 서비스별 우선순위를 지정하는 방식과 대역폭 제어, 지연 시간 제어, 패킷 손실 제어 등 다양한 제어 방식을 사용하여 구현될 수 있습니다. QoS를 이용하면 네트워크에서 다양한 서비스들이 공존할 때도 각 서비스에 대한 최소한의 요구사항을 만족시키며 안정적인 서비스를 제공할 수 있습니다.

 

[QoS와 QoE 의 차이점]

https://www.researchgate.net/figure/QoS-vs-QoE-in-Multimedia-Content-Delivery_fig2_322257972

QoS(품질 서비스)는 네트워크의 성능을 측정하고, 이를 통해 서비스 품질을 보장하기 위한 기술입니다. 반면에 QoE(경험 품질)는 사용자가 네트워크를 통해 제공되는 서비스를 이용할 때 느끼는 만족도나 사용자 경험을 나타내는 개념입니다.

QoS는 네트워크의 대역폭, 지연 시간, 패킷 손실률 등과 같은 기술적인 측면을 고려하여 서비스 품질을 보장합니다. 이와 달리 QoE는 사용자의 만족도를 고려하여 서비스 품질을 평가합니다. 예를 들어, 동일한 대역폭을 가진 두 개의 서비스가 있을 때, QoS는 이를 동등한 서비스로 평가할 수 있지만, QoE는 사용자가 이 두 개의 서비스를 이용할 때 느끼는 만족도를 고려하여 더 나은 서비스를 선택할 것입니다.

따라서, QoS는 네트워크 기술적 측면을 고려하는 반면에 QoE는 사용자 경험을 고려하는 차이가 있습니다. 두 개념은 상호 보완적인 개념이며, QoS를 통해 QoE를 개선할 수 있습니다.

 

 

[QoS 보장기술]

1. Differentiated Services(DiffServ): 트래픽을 우선순위에 따라 분류하여, 우선순위가 높은 트래픽에 대해 우선적으로 서비스 품질을 보장하는 기술입니다.

DiffServ 방식. Edge router 에서 서비스 등급(Class)을 부여

 

1. Integrated Services(IntServ): 트래픽별로 대역폭 및 우선순위를 할당하여, 각각의 트래픽에 대해 최적의 서비스 품질을 보장하는 기술입니다.

IntServ 방식

 

1. Resource Reservation Protocol(RSVP): 세션별 대역폭을 예약하고, 이를 통해 서비스 품질을 보장하는 기술입니다.
2. Multiprotocol Label Switching(MPLS): 패킷을 라벨로 식별하여, 서로 다른 경로로 패킷을 전달하며, 우선순위에 따라 패킷을 처리하여 서비스 품질을 보장하는 기술입니다.
3. Quality of Service Policy(QoS Policy): 네트워크 장비에 QoS 정책을 설정하여, 우선순위에 따라 트래픽을 처리하고, 대역폭을 할당하여 서비스 품질을 보장하는 기술입니다.
4. Traffic Engineering(TE): 경로별로 대역폭 및 우선순위를 조정하여, 최적의 서비스 품질을 제공하는 기술입니다.

 

 

[QoS의 특징]

 

1.      우선순위 부여: QoS는 서비스별로 우선순위를 부여하여 각 서비스의 전송 우선순위를 조절합니다. 우선순위가 높은 서비스는 더 많은 대역폭과 낮은 지연 시간을 할당받아 높은 품질의 서비스를 제공할 수 있습니다.

 

2.      대역폭 제어: QoS는 대역폭을 효율적으로 사용하기 위해 대역폭을 제한하거나 할당합니다. 대역폭 제한은 불필요한 데이터 전송을 제한하고, 대역폭 할당은 각 서비스가 필요로 하는 최소한의 대역폭을 보장합니다.

 

3.      지연 시간 제어: QoS는 지연 시간을 제어하여 패킷의 전송 속도와 지연 시간을 최소화합니다. 지연 시간이 짧으면 데이터 전송 속도가 빨라지므로 빠른 전송 속도를 필요로 하는 서비스에 적합합니다.

 

4.      패킷 손실 제어: QoS는 패킷 손실률을 제어하여 데이터의 안정성을 보장합니다. 패킷 손실률이 높으면 전송 데이터의 완전성이 손상될 수 있으므로, 손실률을 최소화하여 데이터 손실을 방지합니다.

 

5.      유연성: QoS는 다양한 네트워크 환경에서도 유연하게 적용될 수 있습니다. 다양한 서비스에 대한 특성에 따라 적절한 QoS 정책을 적용하여 효율적인 데이터 전송을 보장할 수 있습니다.

 

6.      복잡성: QoS는 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 다양한 서비스들의 요구사항과 네트워크 환경의 특성을 고려하여 QoS 정책을 구성하고 적용해야 하기 때문에 구성과 관리가 복잡합니다.

 

 

 

[QoS 기술동향과 전망]

 

• SD-WAN과 QoS: SD-WAN(Software-Defined WAN)은 기존의 WAN 기술에 가상화 기술과 SDN(Software-Defined Networking) 기술을 결합하여 네트워크 전체를 소프트웨어로 제어하는 기술입니다. SD-WAN은 QoS를 효율적으로 구현할 수 있는 기술로, 기존의 QoS 기술에 비해 효율적인 대역폭 관리와 우선순위 설정을 가능하게 합니다.
• 5G와 QoS: 5G는 높은 대역폭과 낮은 지연 시간을 보장하는 기술입니다. 5G에서 QoS는 더욱 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 5G는 높은 대역폭을 제공하지만, 다양한 서비스에 대한 우선순위 설정과 지연 시간 제어가 필요합니다.
• 클라우드와 QoS: 클라우드 서비스의 보급으로 인해 QoS 기술의 중요성이 더욱 부각되고 있습니다. 클라우드에서는 서로 다른 운영체제와 애플리케이션을 사용하는 다양한 서비스들이 함께 사용되는데, 이들을 QoS 기술로 효율적으로 관리할 필요가 있습니다.
• AI와 QoS: 인공지능 기술의 발전으로 인해 QoS 기술의 적용 범위가 더욱 확대될 것으로 예상됩니다. 인공지능을 이용하여 네트워크 상황을 모니터링하고, QoS를 효율적으로 구성하는 것이 가능해질 것으로 보입니다.
• IoT와 QoS: IoT(Internet of Things) 기술의 발전으로 인해 수많은 디바이스들이 인터넷에 연결됩니다. 이로 인해 QoS 기술은 더욱 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. IoT 디바이스들의 데이터 우선순위를 지정하여 전송 속도와 안정성을 보장할 필요가 있습니다.

 

 

 

@ IntServ 방식에서는 패킷에 대한 지연보장이 되지만 DiffServ 방식에서는 특정 패킷에 대한 지연 보장이 되지 않는 이유?

 

DiffServ 방식에서는 네트워크 내에서 각 패킷에 대한 서비스 등급(Class)을 부여하여 각 Class에 따라 다른 QoS를 제공합니다. 각 Class에 대한 QoS는 서비스 제공자가 정의하며, 네트워크 장비에서 패킷을 분류하고 각 Class에 따른 QoS를 제공합니다.

그러나 DiffServ 방식에서는 패킷의 경로가 바뀌면서 패킷이 다른 네트워크 장비를 거치게 됩니다. 따라서, 각 네트워크 장비에서 제공되는 QoS는 일관성이 없을 수 있으며, 특정 패킷에 대한 지연 보장이 어려울 수 있습니다.

예를 들어, 서비스 등급이 높은 Class에 속한 패킷이 네트워크의 혼잡한 구간을 통과할 때 다른 Class에 속한 패킷보다 우선 처리되지만, 이후에 네트워크 구간이 분기되거나 다른 네트워크 장비를 거치면서 우선순위 정보가 유실될 수 있습니다. 이러한 이유로 DiffServ 방식에서는 전체적인 네트워크 QoS는 제공할 수 있으나, 특정 패킷에 대한 지연 보장은 어려울 수 있습니다.

반면, IntServ 방식에서는 End-to-End(IntServ Flow) 단계에서 각 패킷에 대한 QoS와 우선순위를 부여하므로, 특정 패킷에 대한 지연 보장이 가능합니다.

 

 

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