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Die Grundlagen von QoS

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Die Bereitstellung von ausreichender Quality of Service (QoS) in IP-Netzwerken wird zu einem immer wichtigeren Aspekt der heutigen IT-Infrastruktur von Unternehmen. QoS ist nicht nur für Sprach- und Video-Streaming über das Netzwerk notwendig, sondern auch ein wichtiger Faktor bei der Unterstützung des wachsenden Internet of Things (IoT). In diesem Artikel erkläre ich, warum QoS wichtig ist, wie es funktioniert und beschreibe einige Anwendungsszenarien, um zu zeigen, wie es die Erfahrung Ihrer Endbenutzer verbessern kann.

Warum ist QoS wichtig?

Einige Anwendungen, die in Ihrem Netzwerk laufen, sind empfindlich gegenüber Verzögerungen. Diese Anwendungen verwenden in der Regel das UDP-Protokoll im Gegensatz zum TCP-Protokoll. Der Hauptunterschied zwischen TCP und UDP in Bezug auf die Zeitempfindlichkeit besteht darin, dass TCP Pakete, die während der Übertragung verloren gehen, erneut überträgt, während UDP dies nicht tut. Für eine Dateiübertragung von einem PC zum nächsten sollte TCP verwendet werden, denn wenn Pakete verloren gehen, falsch geformt sind oder nicht in der richtigen Reihenfolge ankommen, kann das TCP-Protokoll die Pakete erneut übertragen und neu anordnen, um die Datei auf dem Ziel-PC wiederherzustellen.

Bei UDP-Anwendungen, wie z. B. einem IP-Telefonanruf, kann jedes verlorene Paket nicht erneut übertragen werden, da die Sprachpakete als geordneter Strom ankommen; das erneute Übertragen von Paketen ist nutzlos. Aus diesem Grund sind verlorene oder verzögerte Pakete für Anwendungen, die das UDP-Protokoll verwenden, ein echtes Problem. In unserem Beispiel eines Sprachanrufs führt der Verlust auch nur weniger Pakete dazu, dass die Sprachqualität abgehackt und unverständlich wird. Außerdem sind die Pakete empfindlich gegenüber dem so genannten Jitter. Jitter ist die Schwankung in der Verzögerung einer Streaming-Anwendung.

Wenn Ihr Netzwerk über ausreichend Bandbreite verfügt und keinen Datenverkehr hat, der über das hinausgeht, was es bewältigen kann, werden Sie kein Problem mit Paketverlust, Verzögerung oder Jitter haben. Aber in vielen Unternehmensnetzwerken gibt es Zeiten, in denen die Verbindungen so überlastet sind, dass Router und Switches anfangen, Pakete zu verwerfen, weil sie schneller ein- und ausgehen, als sie verarbeitet werden können. Wenn das der Fall ist, werden Ihre Streaming-Anwendungen darunter leiden. Hier kommt QoS ins Spiel.

Wie funktioniert QoS?

QoS hilft bei der Verwaltung von Paketverlust, Verzögerung und Jitter in Ihrer Netzwerkinfrastruktur. Da wir mit einer endlichen Menge an Bandbreite arbeiten, besteht die erste Aufgabe darin, zu identifizieren, welche Anwendungen von der Verwaltung dieser drei Dinge profitieren würden. Sobald Netzwerk- und Anwendungsadministratoren die Anwendungen identifiziert haben, die Vorrang vor der Bandbreite in einem Netzwerk haben müssen, besteht der nächste Schritt darin, diesen Datenverkehr zu identifizieren. Es gibt mehrere Möglichkeiten, den Datenverkehr zu identifizieren oder zu markieren. Class of Service (CoS) und Differentiated Services Code Point (DSCP) sind zwei Beispiele. CoS kennzeichnet einen Datenstrom im Layer-2-Frame-Header, während DSCP einen Datenstrom im Layer-3-Paket-Header kennzeichnet. Verschiedene Anwendungen können unterschiedlich markiert werden, wodurch die Netzwerkausrüstung in der Lage ist, Daten in verschiedene Gruppen zu kategorisieren.

Nun, da wir Datenströme in verschiedene Gruppen kategorisieren können, können wir diese Informationen verwenden, um diesen Gruppen Richtlinien zuzuweisen, um eine bevorzugte Behandlung einiger Datenströme gegenüber anderen zu ermöglichen. Dies wird als Warteschlangenbildung bezeichnet. Wenn z. B. der Sprachverkehr mit einem Tag versehen ist und eine Richtlinie erstellt wurde, die ihm den Zugriff auf den Großteil der Netzwerkbandbreite auf einer Verbindung gewährt, wird das Routing- oder Switching-Gerät diese Pakete/Frames an den Anfang der Warteschlange verschieben und sie sofort übertragen. Wenn jedoch ein Standard-TCP-Datenübertragungsstrom mit einer niedrigeren Priorität gekennzeichnet ist, wird er warten (in eine Warteschlange gestellt), bis genügend Bandbreite für die Übertragung vorhanden ist. Wenn sich die Warteschlangen zu sehr füllen, werden diese Pakete/Frames mit niedrigerer Priorität als erstes verworfen.

QoS-Anwendungsszenarien

Wie bereits erwähnt, sind die häufigsten Anwendungsfälle für QoS Sprach- und Videoströme. Aber es gibt noch viele weitere Beispiele, vor allem jetzt, wo das IoT an Fahrt aufnimmt. Ein Beispiel ist der Fertigungssektor, in dem Maschinen beginnen, das Netzwerk zu nutzen, um Echtzeit-Statusinformationen über eventuell auftretende Probleme zu liefern. Jede Verzögerung bei der Erkennung eines Problems kann zu Fehlern in der Fertigung führen, die jede Sekunde Zehntausende von Dollar kosten. Mit QoS kann der Datenstrom zum Fertigungsstatus im Netzwerk Priorität haben, um sicherzustellen, dass die Informationen zeitnah fließen.

Ein weiterer Anwendungsfall könnte das Dämpfen verschiedener intelligenter Sensoren für groß angelegte IoT-Projekte wie ein intelligentes Gebäude oder eine intelligente Stadt sein. Viele der gesammelten und analysierten Daten, wie z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Standortbestimmung, sind sehr zeitempfindlich. Aufgrund dieser Zeitsensitivität sollten diese Daten entsprechend identifiziert, markiert und in eine Warteschlange gestellt werden.

Es ist sicher, dass mit der weiteren Ausdehnung unseres Konnektivitätsbedarfs auf alle Aspekte unseres privaten und geschäftlichen Lebens QoS eine immer wichtigere Rolle spielen wird, um sicherzustellen, dass bestimmte Datenströme Vorrang vor anderen haben, um effizient zu arbeiten.

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