Definition

QoS (Quality of Service)

Mitarbeiter: Otto Alhava und Katie Finnell

Unternehmensnetzwerke müssen vorhersehbare und messbare Dienste bereitstellen, wenn Anwendungen wie Sprache, Video und verzögerungsempfindliche Daten das Netzwerk durchlaufen. Unternehmen verwenden QoS, um die Verkehrsanforderungen sensibler Anwendungen wie Echtzeit-Sprach- und -Videodaten zu erfüllen und um Qualitätseinbußen durch Paketverluste, Latenzen und Jitter zu verhindern. QoS kontrolliert und verwaltet Netzwerkressourcen, indem Prioritäten für bestimmte Datentypen im Netzwerk festgelegt werden.

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Organisationen können QoS durch den Einsatz bestimmter Werkzeuge und Techniken wie Jitter Buffer und Traffic Shaping erreichen. Für viele Einrichtungen ist QoS in der Service-Level-Vereinbarung (SLA) mit ihrem Netzwerkdienstanbieter enthalten, um ein bestimmtes Leistungsniveau zu garantieren.

QoS-Parameter

Organisationen können die QoS quantitativ messen, indem sie verschiedene Parameter verwenden, darunter folgende:

  • Paketverluste treten auf, wenn Netzwerkverbindungen überlastet sind und Router und Switches anfangen, Pakete zu verwerfen. Wenn Pakete während der Echtzeitkommunikation, wie bei Sprach- oder Videoanrufen, verworfen werden, kann es bei diesen Sitzungen zu Jitter und Sprachlücken kommen.
  • Jitter ist das Ergebnis von Netzwerküberlastung, Zeitdrift und Routenänderungen. Zu viel Jitter kann die Qualität der Sprach- und Videokommunikation verschlechtern.
  • Unter Latenz versteht man die Zeit, die ein Paket benötigt, um von seiner Quelle zu seinem Ziel zu gelangen. Die Latenz sollte so nahe wie möglich bei Null liegen. Wenn ein Voice-over-IP-Anruf (VoIP) eine hohe Latenzzeit aufweist, kann es zu Echos und Tonüberlappungen kommen.
  • Bandbreite ist die Fähigkeit einer Netzwerk-Kommunikationsverbindung, die maximale Datenmenge von einem Punkt zu einem anderen in einer bestimmten Zeitspanne zu übertragen. QoS optimiert das Netzwerk, indem es die Bandbreite verwaltet und Prioritäten für Anwendungen setzt, die mehr Ressourcen als andere benötigen.
  • Der Mean Opinion Score (MOS) ist eine Metrik zur Bewertung der Sprachqualität, die eine Fünf-Punkte-Skala verwendet, wobei eine Fünf die höchste Qualität anzeigt.

QoS implementieren

Es gibt drei Modelle zur Implementierung von QoS: bester Aufwand, integrierte Dienste und differenzierte Dienste.

Bester Aufwand (Best Effort) ist ein QoS-Modell, bei dem alle Pakete die gleiche Priorität erhalten und es keine garantierte Zustellung der Pakete gibt. Best Effort wird angewendet, wenn Netzwerke keine QoS-Richtlinien konfiguriert haben oder wenn die Infrastruktur QoS nicht unterstützt.

Integrierte Dienste (Integrated Services, IntServ) ist ein QoS-Modell, das Bandbreite entlang eines bestimmten Pfades im Netzwerk reserviert. Anwendungen bitten das Netzwerk um eine Ressourcenreservierung, und Netzwerkgeräte überwachen den Paketfluss, um sicherzustellen, dass die Netzwerkressourcen die Pakete annehmen können.

Die Implementierung von IntServ erfordert IntServ-fähige Router und verwendet das Resource Reservation Protocol (RSVP) für die Reservierung von Netzwerkressourcen. IntServ hat eine begrenzte Skalierbarkeit und einen hohen Verbrauch von Netzwerkressourcen.

Differenzierte Dienste (Differentiated Services, DiffServ) ist ein QoS-Modell, bei dem Netzwerkelemente wie Router und Switches so konfiguriert sind, dass sie mehrere Verkehrsklassen mit unterschiedlichen Prioritäten bedienen. Der Netzwerkverkehr muss entsprechend den Anforderungen eines Unternehmens in Klassen unterteilt werden.

Beispielsweise lässt sich dem Sprachverkehr eine höhere Priorität zuweisen als anderen Verkehrsarten. Paketen werden Prioritäten unter Verwendung des Differentiated Services Code Point (DSCP) zur Klassifizierung zugewiesen. DiffServ verwendet auch Pro-Hop-Verhalten, um QoS-Techniken wie Warteschlangenbildung und Priorisierung auf Pakete anzuwenden.

Die Netzwerkarchitektur wirkt sich auch darauf aus, wie eine Organisation QoS implementiert. Ein MPLS-Netzwerk (Multiprotocol Label Switching) umfasst eine private Verbindung, die Ende-zu-Ende-QoS entlang eines einzigen Pfades bietet. SLAs für MPLS legen Bandbreite, QoS, Latenz und Betriebszeit fest. Ein MPLS kann jedoch für Unternehmen teuer sein.

Software-definiertes WAN (SD-WAN) kann mehrere Konnektivitätstypen verwenden, einschließlich MPLS und Breitband. SD-WAN überwacht den Zustand der aktuellen Netzwerkverbindungen auf Leistungsprobleme und verwendet seine verschiedenen Konnektivitätstypen, um je nach Zustand einen Failover durchzuführen. Wenn beispielsweise der Paketverlust auf einer Leitung einen bestimmten Wert überschreitet, suchen die SD-WAN-Funktionen nach einer alternativen Verbindung.

QoS-Mechanismen

Bestimmte QoS-Mechanismen können die Qualität des Datenverkehrs managen und die in SLAs festgelegten QoS-Anforderungen einhalten. QoS-Mechanismen fallen je nach der Rolle, die sie bei der Verwaltung des Netzwerks spielen, in bestimmte Kategorien:

  • Tools für Klassifizierung und Markierung (Classification and Marking) unterscheiden zwischen Anwendungen und sortieren Pakete in verschiedene Verkehrstypen. Durch die Markierung wird jedes Paket als Mitglied einer Netzwerkklasse gekennzeichnet, wodurch die Geräte im Netzwerk die Klasse des Pakets erkennen können. Klassifikation und Markierung werden auf Netzwerkgeräten wie Routern, Switches und Access Points
  • Tools für das Überlastungsmanagement (Congestion Management) verwenden Paketklassifizierung und -markierung, um zu bestimmen, in welche Warteschlange die Pakete gestellt werden sollen. Zu den Überlastungsmanagement-Tools gehören Warteschlangen mit Priorität, FIFO (First in - First out) und Warteschlangen mit geringer Latenz.
  • Tools zur Vermeidung von Überlastungen (Congestion Avoidance) überwachen den Netzwerkverkehr auf Engpässe und lassen Pakete mit niedriger Priorität fallen, wenn eine Überlastung auftritt. Zu den Tools zur Stauvermeidung gehören die gewichtete zufällige Früherkennung und die zufällige Früherkennung.
  • Shaping Tools manipulieren den in das Netzwerk eingehenden Datenverkehr und priorisieren Echtzeitanwendungen gegenüber weniger zeitkritischen Anwendungen wie E-Mail und Messaging. Zu den Traffic Shaping Tools gehören Puffer, Generic Traffic Shaping und Frame Relay Traffic Shaping. Ähnlich wie beim Shaping konzentrieren sich Traffic Policy Tools auf die Drosselung von übermäßigem Datenverkehr und das Verwerfen von Paketen.
  • Tools für die Link-Effizienz (Link Efficiency) maximieren die Bandbreitennutzung und verringern die Verzögerung für Pakete, die auf das Netzwerk zugreifen. Obwohl sie nicht ausschließlich für QoS bestimmt sind, werden Link-Effizienz-Tools in Verbindung mit anderen QoS-Mechanismen eingesetzt. Zu den Link-Effizienz-Tools gehören RTP-Header-Kompression, TCP-Header-Kompression und Link-Kompression.
Diese Definition wurde zuletzt im Oktober 2020 aktualisiert

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