Quality of Service (QoS) Implementierung im Datennetz – Teil 1

Netzwerk Switch

Die Sprachqualität einer VoIP-Lösung ist entscheidend für die Akzeptanz. Der Artikel beschreibt notwendige Quality of Service-Einstellungen im Netzwerk und den daran angeschlossenen Geräten.

Class of Service, Quality of Service

Die Verkehrspolitik eines Unternehmens (meist definiert durch den Netzwerkadministrator) legt fest, wie Verkehrsströme in Netzen zu behandeln sind.

Unter Class of Service (CoS) versteht man die Einteilung der übertragenen Verkehrsströme (-arten) in unterschiedliche Verkehrsklassen. Diese wird vorzugsweise nach den übertragenen Inhalten oder den Anwendungen, die Datenpakete senden und / oder empfangen, vorgenommen. In Datenpaketen sind z.B. Sprachabtastwerte, Webseiten, E-Mails, Terminalverkehr, etc. enthalten. Anwendungen, die über die Netzwerkinfrastruktur mit anderen Anwendungen kommunizieren, sind z.B. statische Webseiten, im Browser dargestellt, Softphone-Software im PC, Managementsoftware, etc. Grundsätzlich sind die Anforderungen der Anwendungen an das Netzwerk mit bestimmten Übertragungsgeschwindigkeiten, -qualitäten und -sicherheit entscheidend für die Zuordnung bestimmter Verkehrsarten in bestimmte Klassen.

Unter Quality of Service (QoS) versteht man die Festlegung, wie nun die klassifizierten Verkehrsströme im Netzwerk zu behandeln sind. Die Dienstqualität legt fest, wie schnell (sprich: mit welcher Priorität oder Bandbreite) oder über welche Wege klassifizierte Verkehrsströme zu übertragen sind. Es ist auch zu definieren, welche Pakete im Hochlastbetrieb verworfen werden dürfen.

 

Priorisierung

Allgemeines

Mit Priorisierung definiert ein Netzwerkadministrator, welche Verkehrsströme (Pakete) bestimmter Verkehrsklassen bevorzugt (= mit höherer Priorität), und welche benachteiligt (= mit niederer Priorität), über ein Netzwerk zu übertragen sind. Mehrere Priorisierungsstufen sind definierbar.

Das Verhalten von Autos im Straßenverkehr ist sehr gut mit dem Verhalten von Datenpaketen in Netzwerken vergleichbar. Die Straßen sind die Verbindungen zwischen Netzwerkelementen. Kreuzungspunkte entsprechen aktiven Netzwerkkomponenten wie Switches oder Router, Ihr Parkplatz oder Ihre Garage ist das Endgerät. Stellen Sie sich die Priorität eines Pakets im Datennetz als Einsatzfahrzeug auf einer Straße vor. Ist das Blaulicht eingeschaltet, hat das Fahrzeug hohe Priorität. Andere Verkehrsteilnehmer machen Platz und lassen das Einsatzfahrzeug vorfahren. So ist das auch mit den Datenpaketen. Pakete mit hoher Priorität (z.B. mit Sprachabtastwerten) sind bei Engstellen rascher weiterzuleiten als Pakete, deren Daten auch länger unterwegs sein dürfen (z.B. E-Mails).

Beispiel: Sprachabtastwerte einer VoIP-Lösung sind rasch vom Sender zum Empfänger zu transportieren, um eine hohe Sprachqualität zu erreichen. Die Abtastwerte sind in IP-Paketen zum Transport über das Datennetz verpackt. Jedes einzelne Paket erhält eine Markierung für das Netzwerk. Die Netzwerkelemente auf dem Weg zwischen Sender und Empfänger müssen nun auf diese Markierung (Verkehrsklassen) achten und das Paket entsprechend der konfigurierten Quality of Service-Regeln rasch übertagen. Im Fall eines Staus leiten Switches oder Router dieses Paket schnell weiter, während unwichtigere Pakete vielleicht sogar verworfen werden.

Ein E-Mail-Anwender hingegen kann auf ein E-Mail auch etwas länger warten. Seine Pakete mit der eingebetteten Nachricht überträgt das Netzwerk je nach Konfiguration nicht so schnell. Diese Pakete dürfen andere Pakete mit höherer Priorität nicht überholen.

Endgeräte markieren Rahmen (OSI Schicht 2-Protokolldateneinheiten) oder Pakete (Protokolldateneinheiten der Schicht 3). Damit „erkennt“ üblicherweise jeder Switch oder Router, der dafür konfiguriert ist, wie er das Paket zu behandeln hat.

 

Definierte Priorisierungsmethoden

IEEE 802.1p / 802.1Q

IEEE 802.1p war der Name einer Arbeitsgruppe des Institut of Electrical and Electronic Engineers (IEEE), die Priorisierung in Netzwerken definieren sollte. Der aktuelle Standard IEEE 802.1Q (Downloadlink) ist heute gültig und beschreibt unter Anderem Bridging, Virtual Local Area Networks (VLAN) und Priorisierung von Rahmen in der OSI-Schicht 2.

Bei dieser Methode wird beim Absender ein spezielles Feld (Tag-Feld), das 32 bits lange ist, in den Ethernet-Header zusätzlich eingefügt. Dieses Feld enthält neben der Kennung des virtuellen Local Area Networks (VLANs, VLAN-Kennungen mit 12 bits Länge) auch das Prioritätsfeld, das 3 bits lang ist.

 

Differentiated Services (DiffServ)

Ist ein Priorisierungsverfahren in der OSI-Schicht 3 (Netzwerkschicht), spezifiziert in RFC 2474 und weiteren Dokumenten. Der Standard beschreibt die Nutzung des Type of Service- (TOS-) Feldes (mit Länge von 8 bits) des IP-Paketkopfs für die Einbettung der Prioritätsstufe.

 

Beide Methoden haben ihre Vor- und Nachteile, auf die ich im Rahmen dieser Artikelserie nicht näher eingehe.

 

Bandbreitenreservierung

Unter Bandbreitenreservierung ist die Bereitstellung von Netzwerkresourcen zu verstehen, um Datenpakete mit garantierter Übertragungskapaziät über einen geeigneten Pfad zu übertragen. Bandbreite lässt sich statisch und permanent bereitstellen. Bei anderen Lösungen fragen Anwendungen bei Bedarf im Netzwerk nach Bandbreite an und reservieren sich im Netzwerk verfügbare Kapaziäten für bestimmte Sitzungen.

Ein Protokoll, das diese Reservierung unterstützt, heißt Resource Reservation Protocol, RSVP (Request for Comments RFC 2205, 2208, 2209, und viele Updates).

In den folgenden Artikeln beschreibe ich, wie Sie Priorisierung in den Elementen einrichten können.

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Weitere Informationen

Seminare:

Unified Communications-Technologie – Teil I

Unified Communications-Technologie – Teil II

Unified Communications: Anforderungen an Netze

SIP-Protokoll – Details

 

Seminarunterlagen:

Einsparungspotentiale der IP-Telefonie

Voice over IP-Technologie

Corporate Telephony Strategies for Enterprise Customers and Organizations (englisch)

 

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Siehe Buchthemen

 

Über den Autor

Ronald Schlager ist unabhängiger Trainer, Consultant, Buchautor und Blogger mit den Schwerpunkten Kommunikationstechnologien und deren Anwendungen.

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