[ Network ] QoS

 

 

QoS(Quality of Service)란 무엇인가?

1. QoS의 정의

**QoS(Quality of Service)**란
네트워크에서 전달되는 다양한 트래픽 중 중요한 데이터에 우선순위를 부여하여, 일정한 품질을 보장하기 위한 기술을 의미한다.

네트워크에는 음성 통화, 영상 스트리밍, 웹 트래픽, 파일 전송 등 성격이 서로 다른 데이터가 동시에 흐른다.
QoS는 이 중에서 지연에 민감하거나 반드시 보장되어야 하는 트래픽을 먼저 처리하도록 네트워크를 제어한다.

쉽게 말해,

“모든 데이터를 똑같이 처리하지 말고,
중요한 데이터는 빠르고 안정적으로,
덜 중요한 데이터는 상황에 따라 처리하자” 라는 개념이다.

2. QoS는 왜 필요한가?

네트워크 자원(대역폭, 처리 능력)은 무한하지 않다.
트래픽이 몰리는 순간, 아무런 제어가 없다면 모든 서비스의 품질이 동시에 나빠질 수 있다.

QoS가 없을 때의 문제

• 음성 통화 중 끊김 발생
• 영상 스트리밍 버퍼링
• 중요한 업무 트래픽이 대량 다운로드 트래픽에 밀림
• 지연, 지터, 패킷 손실 증가

QoS가 해결하려는 핵심 문제

QoS는 다음과 같은 네 가지 품질 요소를 관리한다.

1. 대역폭(Bandwidth)
   → 중요한 애플리케이션에 필요한 최소 대역폭 보장
2. 지연(Latency)
   → 데이터가 목적지까지 도달하는 시간 최소화
   (예: VoIP는 보통 150ms 이하 요구)
3. 지터(Jitter)
   → 도착 시간의 변동 폭 감소
   (지터가 크면 음성·영상 서비스 품질 급격히 저하)
4. 패킷 손실(Packet Loss)
   → 혼잡 시 중요하지 않은 패킷부터 Drop

특히 VoIP, 영상 회의, 실시간 제어 트래픽과 같은 서비스는 QoS 없이는 정상적인 품질을 보장하기 어렵다.

3. QoS는 어떻게 동작하는가? (전체 흐름)

QoS는 단순히 “우선순위 표시”로 끝나지 않는다.
실제 네트워크 장비 내부에서는 다음과 같은 과정으로 처리된다.

1. Classification (분류)
   → 들어온 패킷이 어떤 종류의 트래픽인지 판별
2. Marking (마킹)
   → DSCP 또는 CoS 값으로 중요도를 표시
3. Policing / Shaping (제어)
   → 약속된 대역폭 초과 여부 감시 및 속도 조절
4. Queuing (큐잉)
   → 우선순위별로 다른 대기열에 저장
5. Scheduling (스케줄링)
   → 어떤 큐의 패킷을 먼저 전송할지 결정

이 중 Classification과 Marking을 이해하는 것이 QoS의 핵심이다.

4. QoS 패킷 분류 방식 (MF vs BA)

QoS에서 패킷을 분류하는 방식은 크게 두 가지로 나뉜다.

1) MF(Multi-Field) Classification

• IP 주소, 포트 번호, 프로토콜 등 여러 헤더 필드를 조합해 판단
• 매우 정교한 분류 가능
• 장비 부하가 상대적으로 큼
• **주로 네트워크 Edge(유입 지점)**에서 사용

예:

• 특정 서버 IP + TCP 443 → 중요 업무 트래픽
• UDP + RTP 포트 → 음성 트래픽

2) BA(Behavior Aggregate) Classification

• 패킷에 이미 마킹되어 있는 CoS 또는 DSCP 값만 보고 분류
• 매우 빠르고 효율적
• Core 네트워크에서 대량 트래픽 처리에 적합

즉,

• Edge에서는 MF로 정밀 분류
• Core에서는 BA로 빠르게 처리

5. L2 QoS (CoS, 802.1p)

L2 QoS란?

Layer 2 QoS는 이더넷 프레임 단위에서 수행되는 QoS이다.
802.1Q VLAN 태그 내부에 있는 PCP(Priority Code Point) 필드를 사용한다.

CoS의 위치와 특징

• 위치: 802.1Q VLAN Tag 내부
• 크기: 3비트 → 0~7 총 8단계
• 적용 범위: LAN 내부 (스위치 간)

PCP 값의미(일반적)

0	Best Effort
5	Voice
6	Network Control
7	최고 우선순위

 

L2 QoS의 역할

• 스위치는 IP 헤더까지 깊게 분석하지 않고,
• 프레임 겉에 붙은 CoS 값만 보고 빠르게 전달 여부 결정

비유하면,

“건물 내부(LAN)에서 사용하는 엘리베이터 우선권”

6. L3 QoS (DSCP)

L3 QoS란?

Layer 3 QoS는 IP 패킷 단위에서 수행되며,
IP 헤더의 ToS(Type of Service) 필드 중 DSCP 영역을 사용한다.

DSCP의 구조

• DSCP: 6비트 → 0~63 (64단계)
• ECN: 2비트 (혼잡 알림)

• 

대표적인 DSCP 값:

• EF (46): 음성 트래픽
• AF: 중요도와 Drop 우선순위 조합
• BE (0): Best Effort

L3 QoS의 역할

• 라우터는 이 DSCP 값을 보고
  • 어떤 큐에 넣을지
  • 언제 전송할지 결정
• WAN 환경에서도 유지됨

비유하면,

“도시 밖 고속도로까지 이어지는 통행 우선권”

7. 왜 L2와 L3 QoS를 모두 쓰는가?

“어차피 같은 데이터인데 왜 두 번 마킹할까?”라는 의문이 생길 수 있다.

이유는 장비의 역할 차이 때문이다.

• 스위치(L2)
  → 빠른 처리가 중요
  → CoS만 보고 판단
• 라우터(L3)
  → 네트워크 간 이동
  → IP 헤더의 DSCP 유지

실제 운용에서는 CoS ↔ DSCP 매핑을 통해 일관된 QoS를 유지한다.

예:

• 스위치 구간: CoS 5
• 라우터 구간: DSCP 46(EF)
• 목적지 스위치: 다시 CoS 5

8. 정리

QoS는 단순한 네트워크 옵션이 아니라,
실시간 서비스 품질을 보장하기 위한 필수 메커니즘이다.

• Edge에서는 정밀한 분류(MF)
• Core에서는 빠른 처리(BA)
• LAN에서는 L2 QoS(CoS)
• WAN에서는 L3 QoS(DSCP)

이 모든 요소가 함께 동작해야 사용자는
“끊기지 않는 통화, 안정적인 영상, 신뢰할 수 있는 서비스”를 경험할 수 있다.

 

출처)

• IPv4 헤더 | AIT
• Marking DSCP values with Policy-Based Routing « Cisconinja’s Blog
• qos - Classification and Marking using PCP - Network Engineering Stack Exchange
• VLAN 인터페이스용 802.1p 마킹에 대하여
• IEEE 802.1Q - 위키피디아
• Marking DSCP values with Policy-Based Routing « Cisconinja’s Blog