Quality of Service. Traffic Shaping. Dienstgüte mit Linux analysieren und verbessern. Traffi c Open Students Lounge

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1 Quality of Service Traffic Shaping Dienstgüte mit Linux analysieren und verbessern

2 Agenda Charakteristik moderner Netzwerke Datenstaus in TCP / IP Messen der Dienstgüte Der QoS-Werkzeugkasten Traffic Shaping unter Linux QoS in der Praxis

3 Sprechen Sie TCP / IP? Anwendungsschicht Transportschicht Internetschicht Netzzugangsschicht

4 Traditionelle Netzwerke Charakteristik traditioneller Netzwerke: Je ein physikalisches Netzwerk für Daten, Telefon und Video Datenübertragungen schub-artig, FIFO, kaum zeit-kritisch

5 Moderne Netzwerke Charakteristik moderner, konvergenter Netzwerke: Ein physikalisches Netzwerk für Daten, Telefon und Video Datenübertragungen konstant und schub-artig, kritischer Verkehr muss Priorität haben, Voice & Video sind zeit-kritisch

6 Moderne Netzwerke Qualitätsmerkmale in Datennetzwerken: Bandbreite Paketverlust Delay Jitter

7 Datenstaus in TCP / IP Problem der Bandbreite Flaschenhals bei dem dünnsten Netz-Segment

8 Datenstaus in TCP / IP Das Internet Protocol ist unzuverlässig Bitübertragungsfehler werden auf dem Data Link Layer erkannt (Frame Check Sequence) Für die Sicherung der Datenströme sind höhere Schichten zuständig Daten-Pakete können verloren gehen

9 Datenstaus in TCP / IP Das User Datagram Protocol UDP ist wie IP verbindungslos und unzuverlässig Einfaches, schnelles Verbindungsprotokoll UDP-Segmente können gar nicht, mehrfach oder in anderer Reihenfolge empfangen werden Für die Sicherung sind höhere Schichten zuständig

10 Datenstaus in TCP / IP Das Transmission Control Protocol TCP ist verbindungs-orientiert und zuverlässig Übertragungsfehler in einzelnen Segmenten sind durch die Prüfsumme erkennbar Der Empfang wird durch Forward ACK bestätigt Flusssteuerung mittels Sliding Windows Überlaststeuerung in RFC2581 definiert

11 Datenstaus in TCP / IP Wichtig zu wissen: Staus sind unvermeidbar Das Verhalten muss vorhersehbar werden

12 Messen der Dienstgüte Diverse Messgrössen bieten sich an: RTT und Packet Loss hping Bandbreite, Delay und Jitter Iperf Datendurchsatz und Volumen NTOP Verfügbarkeit, Response Time Nagios Unverzichtbar: Wireshark

13 Messen der Dienstgüte Nagios Verfügbarkeit Host Response Time Service Check Duration CPU & RAM/SWAP NTOP Datendurchsatz- und Volumen Aktivität einzelner Hosts Aktivität einzelner Protokolle / Klassen

14 QoS-Werkzeugkasten Quality of Service QoS ist ein allgemeiner Begriff für Verfahren zur Verbesserung der Dienstgüte. Erhöhung der Übertragungseffizenz Reduzierung von Datenstaus Traffic Policing und Traffic Shaping Queue Management

15 Übertragungseffizienz Mehr Bandbreite schaffen (teuer) Datendurchsatzes durch Kompression erhöhen Header-Kompression für viele kleine Pakete Hop-to-Hop Payload-Kompression für grosse Pakete End-to-End

16 Reduzierung von Datenstaus Explicit Congestion Notification (RFC 3168) Empfänger fordert Sender zur Reduzierung auf Funktioniert nur mit TCP und kompatiblen Stacks Random Earlier Detection Bei drohender Überlast werden Pakete gelöscht Datenintensive Übertragungen werden gebremst Funktioniert nur mit TCP zuverlässig Kombination mit ECN möglich

17 Policing und Shaping

18

19 Queue Management Zur Priorisierung werden unterschiedliche Typen von Warteschlangen eingesetzt: FIFO: Best-Effort Custom Queuing: Bandbreite zuteilen Priority Queuing: Wichtiger Traffic zu erst Weighted Flow Queueing: Faire Aufteilung Dies ist die Cisco-Terminologie

20 Queue Management Unter Linux gibt es classless und classful Classless Queueing Discipline Token Bucket Filter -> Custom Queuing Stochastic Fairness Queuing -> WFQ Classful Qdisc Über Filter wird Traffic auf Klassen gemappt PRIO -> Teilt Traffic auf mehrere Queues Hierarchical Token Bucket -> Classful TBF

21

22 Traffic Shaping mit Linux Testumgebung mittels virtueller Maschinen MacBook Pro mit VMware Fusion als Host Ubuntu Linux als Management-Desktop Debian Linux als Router und Stub

23 Traffic Shaping mit Linux Traffic Control Utilities (man tc, # tc qdisc show # man tc-pfifo_fast : TOS-Feld im IP-Paket # tc qdisc add dev ppp0 root tbf rate 220kbit # man tc-tbf : Tocken Bucket Filter # tc qdisc add dev ppp0 root sfq # man tc-sfq : Stochastic Fairnes Queue # tc qdisc del dev ppp0 root

24 Traffic Shaping mit Linux Classful Queueing Dicipline # man tc-htb : Hierarchy Token Buket Filter für Mapping IP Protocol Field TCP / UDP Port Fields z.t. IP-Adressen

25 QoS in der Praxis Klassifizierung des Netzwerkverkehrs: 247 Verbindungs- und 37 Service-Typen 6 Service-Klassen Klassen-Hierarchie:

26 QoS in der Praxis Zusicherung von Bandbreite Begrenzung der Root-Klasse auf 95% Prozentuale Zusicherung an die Service-Klassen Vom Standort des Gateways abhängig

27 QoS in der Praxis Linux verfügt über ausgereifte Möglichkeiten Die Dienstgüte kann sicher gestellt werden Lernkurve bei Classful TC etwas steil :)

28 Quellen Linux Man Pages Linux Advanced Routing & Traffic Control HowTo Wondershaper Cisco CCNP ONT Course Material 3.1: Introducing QoS IETF RFC Datenbank

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