Traffic Shaping คืออะไร? การจัดการแบนด์วิดท์เพื่อประสิทธิภาพเครือข่าย

Traffic Shaping (การปรับแต่งทราฟฟิก) คือเทคนิคการจัดการแบนด์วิดท์ (Bandwidth Management) ที่ใช้ในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ โดยการหน่วงเวลา (Delay) ของดาต้าแกรม (Datagrams) บางส่วนหรือทั้งหมด เพื่อให้การรับส่งข้อมูลเป็นไปตามโปรไฟล์ทราฟฟิกที่กำหนดไว้

ทำไมต้องใช้ Traffic Shaping?

เป้าหมายหลักของ Traffic Shaping คือการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเครือข่าย รับประกันประสิทธิภาพการทำงาน (Performance Guarantee) ลดความหน่วง (Latency) หรือเพิ่มแบนด์วิดท์ที่ใช้งานได้สำหรับแพ็กเก็ตข้อมูลบางประเภท โดยการหน่วงเวลาแพ็กเก็ตข้อมูลประเภทอื่นที่สำคัญน้อยกว่า

หลายคนมักสับสนระหว่าง Traffic Shaping กับ Traffic Policing ซึ่งมีความแตกต่างกันคือ Traffic Policing จะเน้นไปที่การทิ้งแพ็กเก็ต (Packet Dropping) และการทำเครื่องหมายแพ็กเก็ต (Packet Marking) ในขณะที่ Traffic Shaping จะเน้นการหน่วงเวลา

ประเภทของ Traffic Shaping

1. การปรับแต่งทราฟฟิกตามแอปพลิเคชัน (Application-based Traffic Shaping)

วิธีนี้จะใช้เครื่องมือในการระบุตัวตน (Fingerprinting) เพื่อระบุว่าข้อมูลที่ส่งเป็นของแอปพลิเคชันใด จากนั้นจึงนำนโยบายการปรับแต่งทราฟฟิกมาใช้ เช่น การจำกัดแบนด์วิดท์ (Bandwidth Throttling) ของการแชร์ไฟล์แบบ Peer-to-Peer (P2P) ซึ่งเป็นกรณีที่ถูกวิพากษ์วิจารณ์บ่อยครั้ง อย่างไรก็ตาม แอปพลิเคชันหลายตัวเริ่มใช้การเข้ารหัส (Encryption) เพื่อหลีกเลี่ยงการตรวจสอบและปรับแต่งทราฟฟิกในลักษณะนี้

2. การปรับแต่งทราฟฟิกตามเส้นทาง (Route-based Traffic Shaping)

การปรับแต่งทราฟฟิกประเภทนี้จะดำเนินการโดยพิจารณาจากข้อมูลของ Hop ก่อนหน้า (Previous-hop) หรือ Hop ถัดไป (Next-hop)

การทำงานของ Traffic Shaping

เมื่อลิงก์เครือข่ายถูกใช้งานจนถึงจุดที่มีความแออัด (Congestion) สูง ความหน่วง (Latency) จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก Traffic Shaping จึงถูกนำมาใช้เพื่อป้องกันเหตุการณ์นี้และควบคุมความหน่วงให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม

Traffic Shaping ช่วยให้ผู้ดูแลระบบสามารถควบคุมปริมาณทราฟฟิกที่ส่งเข้าสู่เครือข่ายในช่วงเวลาที่กำหนด (Bandwidth Throttling) หรือกำหนดอัตราการส่งข้อมูลสูงสุด (Rate Limiting) รวมถึงการใช้เกณฑ์ที่ซับซ้อน เช่น Generic Cell Rate Algorithm (gcrs)

โดยปกติแล้ว Traffic Shaping จะถูกนำมาใช้ที่ขอบของเครือข่าย (Network Edges) เพื่อควบคุมทราฟฟิกที่เข้าสู่ระบบ แต่ก็สามารถนำมาใช้โดยแหล่งกำเนิดทราฟฟิก (เช่น คอมพิวเตอร์ หรือ การ์ดเครือข่าย) หรืออุปกรณ์ในเครือข่ายได้เช่นกัน

การนำไปใช้งานในสถานการณ์จริง

• ผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ต (ISP): ใช้เพื่อจำกัดทรัพยากรที่ถูกใช้โดยเครือข่ายการแชร์ไฟล์ P2P เช่น BitTorrent เพื่อไม่ให้กระทบต่อผู้ใช้รายอื่น
• ศูนย์ข้อมูล (Data Centers): ใช้เพื่อรักษาข้อตกลงระดับการให้บริการ (Service Level Agreements - SLA) สำหรับแอปพลิเคชันและผู้เช่า (Tenants) จำนวนมากที่ใช้เครือข่ายทางกายภาพเดียวกัน
• Audio Video Bridging (AVB): มีการกำหนดมาตรฐาน IEEE 802.1Qav สำหรับการปรับแต่งทราฟฟิกเพื่อรองรับการส่งข้อมูลเสียงและวิดีโอ
• โหนดในเครือข่าย IP: ในบางกรณี โหนดที่ทำการบัฟเฟอร์แพ็กเก็ตก่อนส่งผ่านลิงก์ที่เต็มความจุ จะทำให้เกิดผลลัพธ์ของการปรับแต่งทราฟฟิกโดยไม่ได้ตั้งใจ

การนำไปปฏิบัติ (Implementation)

เครื่องมือปรับแต่งทราฟฟิกจะทำงานโดยการหน่วงเวลาทราฟฟิกที่ถูกวัดผล (Metered Traffic) เพื่อให้แต่ละแพ็กเก็ตเป็นไปตามสัญญาการรับส่งข้อมูล (Traffic Contract) โดยการวัดผลอาจใช้ระบบ Leaky Bucket หรือ Token Bucket (โดย Leaky Bucket มักใช้ใน ATM และ Token Bucket มักใช้ในเครือข่าย IP)

แพ็กเก็ตที่ถูกวัดผลจะถูกเก็บไว้ใน FIFO Buffer (First-In, First-Out) แยกตามคลาสของทราฟฟิก จนกว่าจะถึงเวลาที่สามารถส่งออกไปได้ตามสัญญาที่กำหนดไว้

การจัดการเมื่อบัฟเฟอร์เต็ม (Overflow Condition)

เนื่องจากบัฟเฟอร์มีขนาดจำกัด เมื่อบัฟเฟอร์เต็ม ทราฟฟิกที่เข้ามาใหม่จะถูกทิ้ง (Drop) ซึ่งเป็นกลยุทธ์ที่เรียกกว่า Tail Drop ซึ่งทำให้เกิดผลลัพธ์แบบ Traffic Policing นอกจากนี้ยังมีการใช้ระบบที่ซับซ้อนกว่า เช่น Random Early Detection (RED) เพื่อจัดการการทิ้งแพ็กเก็ต

การจำแนกประเภททราฟฟิก (Traffic Classification)

ระบบปรับแต่งทราฟฟิกแบบง่ายจะจัดการทราฟฟิกทั้งหมดอย่างเท่าเทียมกัน แต่ระบบที่ซับซ้อนจะทำการจำแนกประเภททราฟฟิกก่อน (เช่น ตามหมายเลขพอร์ต หรือ โปรโตคอล) เพื่อให้สามารถปรับแต่งทราฟฟิกแต่ละคลาสแยกจากกันเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ