QoS Quality of Service. Jörg Mühle (04INF) Anwendung Rechnernetze Hochschule Merseburg (FH)

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1 QoS Quality of Service Jörg Mühle (04INF) Anwendung Rechnernetze Hochschule Merseburg (FH)

2 Gliederung Einführung QoS in der Vermittlungsschicht QoS in der Sicherungsschicht Beispiel Fazit Quellen QoS - Jörg Mühle 2

3 Einführung QoS Quality of Service Dienstgüte Verschiedene Sichtweisen Zusammenfassung verschiedener Kriterien Bereitstellung garantierter Netzwerkparameter Fähigkeit des Netzwerks, Anwendungen Netzwerkparameter zu garantieren QoS - Jörg Mühle 3

4 Einsatzgebiete Telekommunikationsnetze IP-Netze ATM-Netze Mobilfunk QoS - Jörg Mühle 4

5 QoS - Kriterien Verzögerung (engl.: Delay) Varianz der Verzögerung (engl.: Jitter) Fehlerraten Bitfehlerraten Paketverlustraten Kapazität Antwortzeit Aufbauzeit Haltezeit QoS - Jörg Mühle 5

6 QoS Quality of Service In der Vermittlungsschicht

7 Verschiedene Forderungen IPTV Garantierter Datendurchsatz Geringe Verzögerung, Jitter und Verlustraten Voice over IP Geringe Verzögerung, Jitter und Verlustraten Dateitransfer Gesamtdurchsatz wichtig Verzögerung, Jitter weniger von Bedeutung QoS - Jörg Mühle 7

8 Realisierung Mehr Bandbreite Nutzung verschiedener Reservierungsund Spezifizierungsverfahren Integrierte Dienste (Integrated Services, IntServ) Differenzierte Dienste (Differentiated Services, DiffServ) QoS - Jörg Mühle 8

9 Bandbreite allein macht glücklich? Ja Solange Netzwerkauslastung <= 70% Best Effort - Netzwerk QoS - Jörg Mühle 9

10 Integrated Services, IntServ Parametrisierung von IP-Paketen Reservierung von Ressourcen durch einen Verkehrsvertrag Reservierung über RSVP Anforderung der Ressourcen durch Flow Specs TSPEC (Traffic SPECification) RSPEC (Request SPECification) TOS-Feld (Type of Service) des IPv4-Header RFC 791 QoS - Jörg Mühle 10

11 Integrated Services, IntServ (2) 3 QoS Stufen vorgesehen Best Effort Controlled Load Guaranted Nachteile Hoher Verwaltungsaufwand Router können Betriebsmittelreservierung ablehnen Reservierungen können sich gegenseitig blockieren Schlecht skalierbar QoS - Jörg Mühle 11

12 IPv4 - Header Quelle: QoS - Jörg Mühle 12

13 Type of Service - Feld Precedence (Bits 0-2) Priorität von 0 (normal) bis 7 (Steuerungspaket) Flags (D,T,R) geben die Präferenzen des Host an D Flag Verzögerung T Flag Durchsatz R Flag Zuverlässigkeit QoS - Jörg Mühle 13

14 Resource Reservation Protocol Resource Reservation Protocol (RSVP) Zusatz zu Routing-Protokollen Simplex-Protokoll Ablauf Pfadermittlung von Sender zu Empfänger Empfänger sendet Reservierungsnachricht an Sender entlang des Pfades Router entlang des Pfades reservieren die Betriebsmittel QoS - Jörg Mühle 14

15 Differentiated Services, DiffServ Priorisierung von IP-Paketen Einfach, skalierbar Ersetzt praktisch IntServ Sender entscheidet über Priorität Per-Hop Behavior (PHB) RFC An Architecture for Differentiated Services RFC 2474 Neudefinierung des TOS-Feld Einführung von Differentiated Services Code Point (DSCP) Bits 0 5 im TOS-Feld QoS - Jörg Mühle 15

16 Differentiated Services, DiffServ (2) Theoretisch 64 verschiedene Klassen Üblicherweise definierte PHB Default PHB Best Effort Expedited Forwarding (EF) RFC 3246 Geringe Verzögerung, Geringe Fehlerraten, Geringer Jitter Assured Forwarding (AF) RFC 2597 Class Selector PHB Einteilung der IP-Pakete in Klassen (Class Selector) Bit 0 2 Zuordnung einer Behandlungsstufe innerhalb einer Klasse (Drop Precedence) Bit 3 5 Verschiedene Weiterleitungsklassen (QoS Policy) QoS - Jörg Mühle 16

17 Differentiated Services, DiffServ (3) QoS - Jörg Mühle 17

18 Differentiated Services, DiffServ (4) Vorteile Einfaches Setup Keine Vorrausreservierung Keine Zeitintensive Aushandlung des Verkehrsvertrags, wie bei IntServ Nachteile Router können Pakete unterschiedlich behandeln Keine Vorrausage über genaues Verhalten möglich Man benötigt es nicht, wenn ausreichend Bandbreite vorhanden Verworfene Pakete verschwenden Ressourcen QoS - Jörg Mühle 18

19 Weitere Algorithmen Traffic shaping Token bucket Leaky bucket TCP rate control Scheduling algorithms Weighted fair queuing (WFQ) Class based weighted fair queuing Weighted round robin (WRR) Deficit weighted round robin (DWRR) Stauvermeidung Random Early Detection (RED) Weighted Random Early Detection (WRED) QoS - Jörg Mühle 19

20 QoS Quality of Service In der Sicherungsschicht

21 Class of Service (CoS) Gruppe von Verfahren, standardisiert in IEEE 802.1p Ermöglicht gezielte Priorisierung Benutzt in IEEE 802.1D und IEEE 802.1Q QoS - Jörg Mühle 21

22 IEEE 802.1p Datenpakete in 7 Prioritätsklassen eingeteilt Priorität steigt von 1 7 Prioritäten im TCI Feld des IEEE Tagged MAC Frame codiert QoS - Jörg Mühle 22

23 CoS Prioritätsstufen Priority Level Traffic Type Best Effort Background Standard (Spare) Excellent Load (Business Critical) Controlled Load (Streaming Multimedia) Voice and Video (Interactive Media and Voice) [Less than 100ms latency and jitter] Layer 3 Network Control Reserved Traffic [Less than 10ms latency and jitter] Layer 2 Network Control Reserved Traffic [Lowest latency and jitter] QoS - Jörg Mühle 23

24 QoS Quality of Service QoS Implementierung am Beispiel von fli4l

25 QoS Beispiel fli4l fli4l ist ein Linux-basierender ISDN-, DSLund Ethernet-Router Paketbasierend QoS Unterstützung durch OPT_QOS nachrüstbar QoS-Policies werden als Bäume definiert QoS - Jörg Mühle 25

26 Konfigurationsparameter (1) OPT_QOS='yes no' schaltet QoS an oder aus QOS_INTERNET_DEV='ppp0' QOS_INTERNET_BAND_DOWN='768Kibit/s' QOS_INTERNET_BAND_UP='128Kibit/s' QOS_INTERNET_DEFAULT_DOWN='4' Standardklasse für nicht zuordenbaren eingehenden Traffic QOS_INTERNET_DEFAULT_UP='0' Standardklasse für nicht zuordenbaren ausgehenden Traffic QoS - Jörg Mühle 26

27 Konfigurationsparameter (2) QOS_CLASS_N='x' Anzahl der definierten Klassen QOS_CLASS_x_PARENT='0 ' QOS_CLASS_x_MINBANDWIDTH='232Kibit/s' QOS_CLASS_x_MAXBANDWIDTH='768Kibit/s' QOS_CLASS_x_DIRECTION='down up' QOS_CLASS_x_PRIO=' ' Beeinflußt von Bandbreitenüberschuß QoS - Jörg Mühle 27

28 Konfigurationsparameter (3) QOS_FILTER_N='x' Ordnen Pakete den Klassen zu QOS_FILTER_x_CLASS QOS_FILTER_x_IP_INTERN QOS_FILTER_x_IP_EXTERN QOS_FILTER_x_PORT QOS_FILTER_x_OPTION='ACK ICMP TCP TO SMD TOSMT TOSMR TOSMC' QoS - Jörg Mühle 28

29 Beispiel 1 Verteilung der Bandbreite auf 3 Rechner Interface ins Netz ist DSL 4 Klassen werden benötigt 3 Filter werden benötigt QoS - Jörg Mühle 29

30 Beispiel 1 OPT_QOS='yes' QOS_INTERNET_DEV='ppp0' QOS_INTERNET_BAND_DOWN='768Kibit/s' QOS_INTERNET_BAND_UP='128Kibit/s' QOS_INTERNET_DEFAULT_DOWN='4' QOS_INTERNET_DEFAULT_UP='0' QOS_CLASS_N='4' QOS_CLASS_1_PARENT='0' QOS_CLASS_1_MINBANDWIDTH='232Kibit/s' QOS_CLASS_1_MAXBANDWIDTH='768Kibit/s' QOS_CLASS_1_DIRECTION='down' QOS_CLASS_1_PRIO='' Analog QOS_CLASS_2, QOS_CLASS_3 QoS - Jörg Mühle 30

31 Beispiel 1 QOS_CLASS_4_PARENT='0' QOS_CLASS_4_MINBANDWIDTH='72Kibit/s' QOS_CLASS_4_MAXBANDWIDTH='768Kibit/s' QOS_CLASS_4_DIRECTION='down' QOS_CLASS_4_PRIO='' QOS_FILTER_N='3' QOS_FILTER_1_CLASS='1' QOS_FILTER_1_IP_INTERN=' ' QOS_FILTER_1_IP_EXTERN='' QOS_FILTER_1_PORT='' QOS_FILTER_1_PORT_TYPE='' QOS_FILTER_1_OPTION='' Analog QOS_FILTER_2 und QOS_FILTER_3 QoS - Jörg Mühle 31

32 Beispiel 2 Aufteilung der Bandbreite auf 2 Rechner Unterteilung der Bandbreite je Rechner auf einen Port und den Rest 6 Klassen benötigt 4 Filter benötigt QoS - Jörg Mühle 32

33 Beispiel 2 OPT_QOS='yes' QOS_INTERNET_DEV='ppp0' QOS_INTERNET_BAND_DOWN='768Kibit/s' QOS_INTERNET_BAND_UP='128Kibit/s' QOS_INTERNET_DEFAULT_DOWN='7' QOS_INTERNET_DEFAULT_UP='0' QOS_CLASS_N='6' QOS_CLASS_1_PARENT='0' QOS_CLASS_1_MINBANDWIDTH='384Kibit/s' QOS_CLASS_1_MAXBANDWIDTH='768Kibit/s' QOS_CLASS_1_DIRECTION='down' QOS_CLASS_1_PRIO='' Analog QOS_CLASS_2 QoS - Jörg Mühle 33

34 Beispiel 2 QOS_CLASS_3_PARENT='1' QOS_CLASS_3_MINBANDWIDTH='256Kibit/s' QOS_CLASS_3_MAXBANDWIDTH='768Kibit/s' QOS_CLASS_3_DIRECTION='down' QOS_CLASS_3_PRIO='' Analog QOS_CLASS_5 QOS_CLASS_4_PARENT='1' QOS_CLASS_4_MINBANDWIDTH='128Kibit/s' QOS_CLASS_4_MAXBANDWIDTH='768Kibit/s' QOS_CLASS_4_DIRECTION='down' QOS_CLASS_4_PRIO='' Analog QOS_CLASS_6 QoS - Jörg Mühle 34

35 Beispiel 2 QOS_FILTER_1_CLASS='3' QOS_FILTER_1_IP_INTERN=' ' QOS_FILTER_1_IP_EXTERN='' QOS_FILTER_1_PORT='80' QOS_FILTER_1_PORT_TYPE='client' QOS_FILTER_1_OPTION='' Analog QOS_FILTER_3 QOS_FILTER_2_CLASS='4' QOS_FILTER_2_IP_INTERN=' ' QOS_FILTER_2_IP_EXTERN='' QOS_FILTER_2_PORT='' QOS_FILTER_2_PORT_TYPE='' QOS_FILTER_2_OPTION='' Analog QOS_FILTER_4 QoS - Jörg Mühle 35

36 Beispiel 3 Priorisieren von ACK-Paketen 2 Klassen benötigt 1 Filter benötigt OPT_QOS='yes' QOS_INTERNET_DEV='ppp0' QOS_INTERNET_BAND_DOWN='768Kibit/s' QOS_INTERNET_BAND_UP='128Kibit/s' QOS_INTERNET_DEFAULT_DOWN='0' QOS_INTERNET_DEFAULT_UP='2' QoS - Jörg Mühle 36

37 Beispiel 3 QOS_CLASS_N='2' QOS_CLASS_1_PARENT='0' QOS_CLASS_1_MINBANDWIDTH='127Kibit/s' QOS_CLASS_1_MAXBANDWIDTH='128Kibit/s' QOS_CLASS_1_DIRECTION='up' QOS_CLASS_1_PRIO='' QoS - Jörg Mühle 37

38 Beispiel 3 QOS_CLASS_2_PARENT='0' QOS_CLASS_2_MINBANDWIDTH='1Kibit/s' QOS_CLASS_2_MAXBANDWIDTH='128Kibit/s' QOS_CLASS_2_DIRECTION='up' QOS_CLASS_2_PRIO='' QOS_FILTER_N='1' QOS_FILTER_1_CLASS='1' QOS_FILTER_1_IP_INTERN='' QOS_FILTER_1_IP_EXTERN='' QOS_FILTER_1_PORT='' QOS_FILTER_1_PORT_TYPE='' QOS_FILTER_1_OPTION='ACK' QoS - Jörg Mühle 38

39 QoS Quality of Service Fazit

40 Fazit QoS brauchbar, wenn Netzwerkressourcen begrenzt/ nicht ausbaubar Begrenzt auch für Privatpersonen sinnvoll fli4l Netzwerkausbau ist der Nutzung von QoS vorzuziehen QoS ist im World Wide Web kaum verbreitet, da einheitliche Absprachen fehlen und Netzausbau günstiger QoS - Jörg Mühle 40

41 Quellen ame Kauffels, F.-J.; Lokale Netze; mitp-verlag / Bonn, 2002 QoS - Jörg Mühle 41

42 Noch Fragen? QoS - Jörg Mühle 42