QoS - Quality of Service

QoS – Quality of
Service
Jörg Mühle (04INF)
Anwendung Rechnernetze
Hochschule Merseburg (FH)
Gliederung
Einführung
QoS in der Vermittlungsschicht
QoS in der Sicherungsschicht
Beispiel
Fazit
Quellen
11.01.2008
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Einführung
QoS – Quality of Service
Dienstgüte
Verschiedene Sichtweisen
Zusammenfassung
verschiedener Kriterien
Bereitstellung garantierter Netzwerkparameter
Fähigkeit des Netzwerks, Anwendungen
Netzwerkparameter zu garantieren
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Einsatzgebiete
Telekommunikationsnetze
IP-Netze
ATM-Netze
Mobilfunk
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QoS - Kriterien
Verzögerung (engl.: Delay)
Varianz der Verzögerung (engl.: Jitter)
Fehlerraten
Bitfehlerraten
Paketverlustraten
Kapazität
Antwortzeit
Aufbauzeit
Haltezeit
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QoS – Quality of
Service
In der Vermittlungsschicht
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
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Realisierung
Mehr Bandbreite
Nutzung verschiedener Reservierungsund Spezifizierungsverfahren
Integrierte
Dienste (Integrated Services,
IntServ)
Differenzierte Dienste (Differentiated
Services, DiffServ)
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Bandbreite allein macht glücklich?
Ja
Solange Netzwerkauslastung <= 70%
„Best Effort“ - Netzwerk
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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
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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
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IPv4 - Header
Quelle: http://www.rvs.uni-bielefeld.de/~heiko/tcpip/tcpip_html_alt/kap_2_3.html
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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
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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
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Differentiated Services, DiffServ
Priorisierung von IP-Paketen
Einfach, skalierbar
Ersetzt praktisch IntServ
Sender entscheidet über Priorität
Per-Hop Behavior (PHB)
RFC 2475 - An Architecture for Differentiated Services
RFC 2474
Neudefinierung des TOS-Feld
Einführung von Differentiated Services Code Point (DSCP)
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Bits 0 – 5 im TOS-Feld
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Differentiated Services, DiffServ (2)
Theoretisch 64 verschiedene Klassen
Üblicherweise definierte PHB
Default PHB Best Effort
Expedited Forwarding (EF) – RFC 3246
Bit 0 – 2
Zuordnung einer Behandlungsstufe innerhalb einer Klasse (Drop
Precedence)
Assured Forwarding (AF) – RFC 2597
Class Selector PHB
Einteilung der IP-Pakete in Klassen (Class Selector)
Geringe Verzögerung, Geringe Fehlerraten, Geringer Jitter
Bit 3 – 5
Verschiedene Weiterleitungsklassen (QoS Policy)
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Differentiated Services, DiffServ (3)
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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
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Weitere Algorithmen
Traffic shaping
Scheduling algorithms
Token bucket
Leaky bucket
TCP rate control
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)
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QoS – Quality of
Service
In der Sicherungsschicht
Class of Service (CoS)
Gruppe von Verfahren, standardisiert in
IEEE 802.1p
Ermöglicht gezielte Priorisierung
Benutzt in IEEE 802.1D und IEEE 802.1Q
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IEEE 802.1p
Datenpakete in 7 Prioritätsklassen eingeteilt
Priorität steigt von 1 – 7
Prioritäten im TCI – Feld des IEEE 802.3 Tagged MAC Frame
codiert
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CoS Prioritätsstufen
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Priority Level
Traffic Type
0
Best Effort
1
Background
2
Standard (Spare)
3
Excellent Load
(Business Critical)
4
Controlled Load
(Streaming Multimedia)
5
Voice and Video
(Interactive Media and Voice)
[Less than 100ms latency and jitter]
6
Layer 3 Network Control Reserved Traffic
[Less than 10ms latency and jitter]
7
Layer 2 Network Control Reserved Traffic
[Lowest latency and jitter]
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QoS – Quality of
Service
QoS Implementierung am
Beispiel von fli4l
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
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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
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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
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von Bandbreitenüberschuß
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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'
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Beispiel 1
Verteilung der Bandbreite auf 3 Rechner
Interface ins Netz ist DSL
4 Klassen werden benötigt
3 Filter werden benötigt
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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
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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='192.168.0.2'
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
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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
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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
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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
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Beispiel 2
QOS_FILTER_1_CLASS='3'
QOS_FILTER_1_IP_INTERN='192.168.0.2'
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='192.168.0.2'
QOS_FILTER_2_IP_EXTERN=''
QOS_FILTER_2_PORT=''
QOS_FILTER_2_PORT_TYPE=''
QOS_FILTER_2_OPTION=''
Analog QOS_FILTER_4
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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'
11.01.2008
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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=''
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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'
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QoS – Quality of
Service
Fazit
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
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Quellen
http://en.wikipedia.org/wiki/Quality_of_Service
http://en.wikipedia.org/wiki/Integrated_services
http://en.wikipedia.org/wiki/Differentiated_services
http://en.wikipedia.org/wiki/Class_of_service
http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet#IEEE_802.3_Tagged_MAC_Fr
ame
http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/qos.pdf
http://de.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.1p
http://boris.jakubaschk.name/netzwerkguide/ef_qos1.htm
http://www.rvs.unibielefeld.de/~heiko/tcpip/tcpip_html_alt/kap_2_3.html
http://www.fli4l.de/fileadmin/doc/deutsch/html/fli4l-3.0.1/node31.html
Kauffels, F.-J.; Lokale Netze; mitp-Verlag / Bonn, 2002
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Noch Fragen?
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