Quality of Service für wichtigen Datenverkehr

Quality of Service (QoS) bezeichnet eine Reihe von Techniken, mit denen bestimmter Datenverkehr in einem ausgelasteten Netzwerk gegenüber anderem Datenverkehr priorisiert wird. Nicht jeder Datenverkehr ist gleich wichtig: Ein Sprachanruf muss sofort und gleichmäßig ankommen, während ein großer Dateidownload kurz warten kann. QoS stellt sicher, dass wichtiger, zeitkritischer Datenverkehr auch bei Überlastung die benötigte Bandbreite und geringe Verzögerung erhält.

Wenn eine Verbindung ihre Kapazitätsgrenze erreicht, werden Pakete in Warteschlangen gestellt und teilweise verworfen. Bei einer Dateiübertragung bedeutet das lediglich eine kurze Verlangsamung. Bei Echtzeitdaten wie Sprache und Video führt es jedoch zu abgehacktem Ton, eingefrorenen Bildern und abgebrochenen Anrufen. QoS schützt genau diese empfindlichen Datenströme, damit sie auch bei knapper Bandbreite funktionieren.

Für Echtzeitdaten sind drei Messgrößen entscheidend: Latenz (Verzögerung), Jitter (Schwankung der Verzögerung) und Paketverlust. VoIP (Voice over IP) verträgt von jeder dieser Größen nur geringe Werte, bevor die Qualität leidet. QoS minimiert Latenz, Jitter und Paketverlust für priorisierten Datenverkehr, selbst wenn dafür weniger dringende Daten verzögert werden.

QoS beginnt mit der Klassifizierung des Datenverkehrs. Dabei wird ermittelt, um welche Art von Daten es sich bei jedem Paket handelt (Sprache, Video, Web, Backup). Anschließend wird das Paket markiert, damit andere Geräte es einheitlich behandeln. Die Markierungen befinden sich in den Paket-Headern. Das wichtigste Markierungsfeld ist DSCP (Differentiated Services Code Point) im IP-Header. Es kennzeichnet die Prioritätsklasse eines Pakets für jeden Router entlang des Übertragungswegs.

Nachdem der Datenverkehr markiert wurde, legen Geräte Pakete entsprechend ihrer Priorität in verschiedene Warteschlangen und verwenden einen Scheduler, um die Sendereihenfolge festzulegen. Warteschlangen mit hoher Priorität, etwa für Sprache, werden vor Massendaten bedient. Priority Queuing kann der Sprache eine nahezu garantierte schnelle Verarbeitung geben, während gewichtete Verfahren die verbleibende Bandbreite fair auf andere Klassen aufteilen.

Zwei weitere Werkzeuge steuern den Datenfluss. Traffic Shaping glättet Datenverkehrsspitzen, indem es Daten puffert und mit gleichmäßiger Rate freigibt. Das ist hilfreich, um innerhalb der Kapazität einer Verbindung zu bleiben. Policing setzt eine harte Ratenbegrenzung durch und verwirft oder markiert Datenverkehr neu, der diese Grenze überschreitet. Shaping verzögert; Policing verwirft. Beide Verfahren steuern, wie viel Bandbreite eine Datenverkehrsklasse verwenden darf.

Mit QoS lässt sich Bandbreite reservieren, sodass für kritischen Datenverkehr stets eine Mindestmenge verfügbar ist, etwa für Sprache – unabhängig davon, wie stark der Datenverkehr für Daten ausgelastet ist. Dadurch können zahlreiche Downloads Telefonate nicht verdrängen. Die Reservierung macht aus dem „Best Effort“-Prinzip ein zuverlässiges Serviceniveau für die wichtigsten Datenströme.

Das verbreitete Framework ist DiffServ (Differentiated Services). Es verwendet DSCP-Markierungen, um Datenverkehr in Klassen einzuteilen, die von jedem Gerät entsprechend behandelt werden. Auf Layer 2 verwendet CoS (Class of Service) ein Prioritätsfeld im Ethernet-Frame. Beide Verfahren ermöglichen eine einheitliche Behandlung markierten Datenverkehrs im gesamten Netzwerk, indem an jedem Hop die passende Priorität angewendet wird.

QoS funktioniert nur, wenn jedes Gerät entlang des Übertragungswegs die Markierungen berücksichtigt. Wenn ein Switch oder Router die Priorität ignoriert, kann die dortige Überlastung einen Anruf trotzdem beeinträchtigen. Deshalb muss QoS im gesamten Netzwerk durchgängig und einheitlich konfiguriert werden. QoS ist daher eine netzwerkweite Richtlinie und keine einzelne Einstellung auf nur einem Gerät.

QoS ist dort am wichtigsten, wo die Bandbreite begrenzt und das Netzwerk überlastet ist – typischerweise auf der WAN-Verbindung zum Internet oder zwischen Standorten. LANs sind oft schnell genug, sodass Überlastungen selten auftreten. Eine kleine WAN-Verbindung ist dagegen schnell ausgelastet. Sprache und Video im WAN zu priorisieren, wo sie mit sämtlichem anderen Datenverkehr konkurrieren, ist der häufigste praktische Einsatz von QoS.

QoS erzeugt keine zusätzliche Bandbreite, sondern verteilt die vorhandene Bandbreite intelligent. Wenn eine Verbindung nicht überlastet ist, bewirkt QoS wenig. Sein Nutzen zeigt sich bei hoher Auslastung: Kritischer Datenverkehr bleibt störungsfrei, während weniger dringender Datenverkehr die Einschränkungen auffängt. Für Leistung und Verfügbarkeit schützt QoS die Benutzererfahrung der wichtigsten Anwendungen, wenn Ressourcen knapp werden.

Testen Sie Ihr QoS-Wissen.

Sie haben QoS kennengelernt. Wichtige Punkte:

• QoS priorisiert bei Überlastung zeitkritischen Datenverkehr wie Sprache und Video.
• Es schützt vor Latenz, Jitter und Paketverlust.
• Datenverkehr wird klassifiziert und markiert (DSCP auf L3, CoS auf L2).
• Warteschlangen, Shaping, Policing und Reservierung steuern den Datenfluss.
• QoS muss durchgängig konsistent sein und ist im WAN besonders wichtig.