Hauptseminar: Quality of Service für Voice over IP

Hauptseminar
am Fachgebiet Kommunikationsnetze
Thema der Hauptseminararbeit
QoS für VoIP
vorgelegt von: Steven Simon
Matrikel:
Studiengang: Ingenieurinformatik
vorgelegt am: 31.01.2008
verantwortlicher Professor: Prof. Dr. Jochen Seitz
verantwortlicher Betreuer: Dipl.-Ing. Yevgeniy Yeryomin
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Definition der Quality of Service für Telefon- und VoIP-Systeme
3 Resultierende Quality of Service Anforderungen an VoIP-Systeme
4 Quality of Service Einsatz in traditionellen Transportnetzen
4.1 TCP/IP
4.1.1 IntServ
4.1.2 DiffServ
4.2 ATM
4.3 MPLS
4.4 WLAN
5 Portierung auf VoIP
5.1 Aktuelle Möglichkeiten
5.2 Call Admission Control
5.3 Quality of Service Unterstützung der Internet Service Provider
5.4 Fazit
6 Ausblick
7 Zusammenfassung
8 Abbildungsverzeichnis
9 Abkürzungsverzeichnis
10 Literaturverzeichnis
1. Einleitung
Voice over Internet Protocol (VoIP) steht für die Übertragung von Sprache über das Internet
mit Hilfe des paketvermittelten Internet Protokolls (IP). Diese Technologie besteht schon seit
ca. Mitte der 1990er Jahre [1] und hat sich auf dem rasant wachsendem Markt der
Telekommunikationsbranche etabliert und gefestigt. Wie Abbildung 1 zeigt, setzen, laut
Expertenmeinungen, derzeit ca. 42% aller mittleren und größeren Unternehmen VoIP ein. Für
das Jahr 2011 wird nahezu mit einer Verdopplung auf 83% gerechnet.
Hier wird deutlich, dass die digitalisierte Sprachkommunikation über das Internet auf lange
Sicht die Telefonsysteme, wie sie bisher bestehen, ablösen wird.
Abbildung 1: Erwartetes Datum der vollständigen Migration zu VoIP in Europa [13]
Dabei ist zu beachten, dass der Endverbraucher hohe Erwartungen an den neuen Dienst stellt,
da er als Referenz das "gute alte Telefonsystem" kennt. Dieses zeichnet sich sowohl durch die
vom Anbieter erklärte hohe Verfügbarkeitsgarantie, die angebotenen Zusatzdienste wie
Klopfen, Halten, Konferenzschaltung etc. und vor allem durch die gering gehaltenen
Verzögerungen in der Übertragung der Sprache aus. Um die Wünsche der Kunden zu
befriedigen, werden mittels gezielter Quality of Service (QoS) oder auch DienstgüteStrategien genannt, besondere Anforderungen an das im Hintergrund liegende Datennetz
gestellt. Erst durch die Berücksichtigung von QoS-Richtlinien ist ein zufriedenstellender VoIP
Dienst, sowohl für große Internet Provider als auch für Drittanwendungen, möglich.
Ziel dieser Arbeit ist es, die modernen Informationsnetze und Techniken wie TCP/IP, MPLS,
ATM bezüglich QoS zu untersuchen, einen Überblick über die derzeit eingesetzten
Anforderungen und Festlegungen für VoIP zu geben und am Ende ein Fazit über QoS für
VoIP zu ziehen.
2. Definition der Quality of Service für Telefon- und VoIPSysteme
Das Internet ist bekanntlich ein Netzwerk, das sich aus vielen verschiedenen autonomen
Netzwerken zusammen setzt. Um innerhalb dieser Technologievielfalt ein gleich bleibendes,
nach Möglichkeit hohes Maß an Dienstgüte zu garantieren, hat das internationale
Standardisierungsorgan ITU-T in der Recommendation E.800 Quality of Service
folgendermaßen definiert:
"The collective effect of service performance which determine the degree of
satisfaction of a user of the service."[2]
Welche Faktoren für den Nutzer von Bedeutung sind, um Zufriedenheit mit der Dienstgüte
des Netzwerkes zu erlangen, wird in der Recommendation E.600 der ITU-T beschrieben.
"Any performance variable (such as congestion, delay, etc.) which is
perceivable by a user."[3]
Das bedeutet also, dass unter QoS die erreichte Dienstgüte verstanden wird, die je nach
einzelner Session über mehrere bestimmte Messwerte (garantierte Bandbreite, Verzögerung,
Jitter, Bandbreitenschwankungen, Prioritäten) definiert wird. Daneben werden zur QoS auch
noch Verfügbarkeit, Sicherheit, Fehlertoleranz, Effizienz und Redundanz hinzugezogen. [4; S.
32]
Die Formulierungen der Rec. E.600 und der Rec. E.800 werden so jedoch zumeist nicht im
Netzwerk umgesetzt bzw. sind nicht umsetzbar. So hat die ITU-T in der Recommendation
Y.1541 (siehe Tabelle 1) eine Klasseneinteilung eingeführt, die in diverser Literatur auch
unter dem Begriff Class of Service (CoS) gebräuchlich ist. [5; S. 3 & S. 24]
Die CoS beschreibt das Zusammenfassen von "irgendwie" gleichartiger Datenströme zu einer
gemeinsamen Klasse, die dann eine gemeinsame Dienstgüte erhält. [4; S. 32] Es muss also
eine Unterscheidung zwischen Quality of Service und Class of Service erfolgen.
Network
Performance
Quality of Service Klasseneinteilung nach ITU-T Rec. Y.1541
Class 0
Class 1
Class 2
Class 3
Class 4
Class 5
Parameter
IPTV
100 ms
400 ms
100 ms
400 ms
1s
U
IPDV
50 ms
50 ms
U
U
U
U
IPLR
U
IPER
U
mögliche
Einsatzgebiete
Real-time,
jitter
sensitive,
high
interaction
(z.B. für
VoIP,
VTC)
Real-time,
Low loss
jitter
only
Transaction
sensitive,
data, highly Transaction
interactive
(short
interactive data,
transactions,
interactive
bulk data,
(z.B. für
(Signalling)
VoIP,
video
VTC)
streaming)
Traditional
applications
of default
IP networks
(BestEffort)
Tabelle 1: Class of Service nach ITU-T Rec. Y.1541
Ersichtlich wird, dass die Beurteilung der Dienstgüte nicht nur auf empirischen Daten beruht,
sondern auch sehr stark von den subjektiven Eindrücken der Benutzer abhängt.
Abbildung 2: Modell der Benutzerzufriedenheit nach ITU-T Rec. G114 [15]
Aus diesem Grund beschreibt die von der ITU-T herausgebende Recommendation G.114 ein
Modell, mit dessen Hilfe die Zufriedenheit der Benutzer in Abhängigkeit des Ende-zu-Ende
Delays bei der Benutzung von VoIP Diensten ermittelt werden kann. Dabei gibt die Ordinate
nach dem E-Modell definiert in der Recommendation G.107 die Transmission Rating (R) und
die Abszisse das vom Benutzer empfundene Delay der Sprache vom Mund des Einen zum
Ohr des Anderen an.
R kann dabei in verschiedene Bewertungsfunktionen umgerechnet werden, wie die häufig
auch verwendete Mean Opinion Score (MOS).
3. Resultierende Quality of Service Anforderungen an
VoIP-Systeme
Wie bereits im Kapitel 1 angesprochen, ist der Endverbraucher von dem heutigen
digitalisierten Festnetz ein hohes Maß an Qualität gewöhnt, sodass diese gestellten
Anforderungen auf das VoIP-Netz umgelegt werden müssen, um eine möglichst hohe
Marktakzeptanz zu erzielen.
Drei Größen spielen dabei eine bedeutende Rolle und können sich auf die Sprachqualität
schädigend auswirken:

Mittlere Ende-zu-Ende Delay: beschreibt die Zeit, die Daten brauchen, um von einem
Punkt des Übertragungskanals zum anderen zu gelangen. Die Laufzeit ist abhängig
vom verwendeten Medium und der eingesetzten Technologie, die die Daten passieren
müssen.

Jitter: Schwankt die Laufzeit der übertragenen Datenpakete, so spricht man von Jitter.

Paketverlust: Aufgrund von Netzauslastungen, daraus resultierenden Warteschlangen
innerhalb der Netzknoten oder Störeinflüssen auf das Medium, kann es dazu kommen,
dass Pakete verworfen werden.
[6; S. 163]
Abbildung 3: Schematische Darstellung der
Abhängigkeit der QoS Parameter zu den
Verkehrflüssen nach [17] und [18]
Diese drei Parameter sind untereinander streng korreliert und unter Berücksichtigung
vorhandener Kapazitäten auch nur begrenzt variierbar.
Abbildung 3 verdeutlicht, dass bei ansteigender Netzlast zunächst Auswirkungen auf das
Delay festzustellen sind und bei weiterem Anstieg ein Verlust von Datenpaketen die Folge ist.
Ähnlich verhält es sich bei TCP-Diensten, wo Paketverlust die Neuübertragung derer
hervorruft und somit die Netzlast steigt. Mit einer zeitlichen Verzögerung sinkt diese aber
wieder, zum einen durch erfolgreiche Neuübertragungen und zum anderen durch den TCP
basierten Slow-Start Algorithmus.
Das Internet basiert auf dem Design von TCP/IP. Dieses Modell wurde ursprünglich nur für
die reine Datenübertragung entwickelt. QoS Anforderungen wurden nur nebenläufig
behandelt. Doch durch die wachsende Zahl an Internetnutzern oder Plattformen, wie Youtube,
steigt der Bandbreitenbedarf ins Unermessliche. Die US-Analysten Nemertes schreiben dazu
in einer aktuellen Studie: "...we believe there’s reasonably compelling evidence that the
intersection will happen within the next five years, possibly as early as 2010" [14]. War vor
einigen Jahren ein Gespräch über das globale Netz noch mit annehmbaren
Qualitätseinschränkungen verbunden, müssen heute spezielle Algorithmen gefunden werden,
die die Sprachpakete intelligent routen und prioritisieren. Das menschliche Gehör empfindet
bereits ab einer Verzögerung von 25ms Qualitätsunterschiede. [4; S. 39]
Für VoIP verdeutlicht die Abbildung 2, dass die Zufriedenheit des Benutzers zwar in hohem
Maße von der Ende-zu-Ende Verzögerung der Sprachnachricht abhängt, jedoch auch
Faktoren, die in R berücksichtigt werden, wie der Signal-Rausch Abstand, Qualitätseinbußen
durch den verwendeten Codec verschuldet oder Echos. Steigt dabei das Delay an, hat dies
Auswirkungen auf die Berechnung von R, was in dem Graphen verdeutlicht wird. An der
rechten Seite sind dabei die von der ITU-T in der Recommendation G.109 festgelegten
Klassen der Zufriedenheit abgetragen.
Aus dem Graphen ist ablesbar, dass bei einem Delay von bis zu 150ms volle Zufriedenheit
unter den Benutzern herrscht, jedoch bei Überschreitung dieser Grenze ein kontinuierlicher
Übergang zur Unzufriedenheit erfolgt. Als Grenze sollte für Provider von VoIP-Diensten ein
maximales Ende-zu-Ende Delay von 300ms angesetzt werden.
Als weitere Eckdaten beschreibt die ITU-T, dass eine maximale Paketverlustrate von 5%
geduldet wird. Darunter liegende Werte müssen von den Telefoneinrichtungen mit Hilfe von
Glättungsalgorithmen kompensiert werden. Inwieweit Varianzen der Paketabstände (Jitter)
hingenommen werden, hängt davon ab, wie hoch das Ende-zu-Ende Delay ist und wie gut die
verwendeten Jitter-Ausgleichpuffer arbeiten, da eine Korrelation zwischen Jitter und Delay
besteht (ist das Delay niedrig, können noch relativ hohe Jitter Werte ausgeglichen werden,
steigt hingegen das Delay, muss der Jitter niedrige Werte umfassen).
[15], [16]
4. Quality of Service Einsatz in traditionellen
Transportnetzen
Da der Übertragungskanal beim Versand der Datenpakete begrenzend wirkt, spielt er eine
entscheidende Rolle. Somit setzen alle QoS Strategien bei ihm an. Ziel ist es, dass von vielen
Benutzern gleichzeitig verwendete Medium optimal in seiner Bandbreite auszunutzen und
gleichzeitig zeitkritischen Paketen den Vorrang zu geben.
Die Überdimensionierung des Netzes wäre eine Möglichkeit. Da dies nicht immer einfach so
möglich ist, setzen die meisten Verfahren beim Verkehrsmanagement, der
Verkehrsprioritisierung oder der Bandbreitenreservierung an.
Neben TCP/IP gibt es noch eine Reihe anderer Verfahren der Datenübertragung, die es zu
betrachten gilt, wenn man über Dienstgüte reden will.
Dieses Kapitel soll daher einen Überblick verschaffen, welche QoS-Mechanismen sowohl im
angesprochenen TCP/IP, als auch bei ATM, MPLS und in WLAN-Netzen eingesetzt werden
können.
4.1 TCP/IP
Bei der Untersuchung der Kommunikationsprotokolle muss TCP/IP eine gesonderte
Betrachtung zugrunde gelegt werden. Es ist das populärste im Einsatz befindliche Protokoll
für Datenübertragungen.
Das Internet an sich ist ein reiner "best-effort" Dienst. Das heißt, es werden keinerlei
Aussagen darüber getroffen, ob und wann die Datenpakete beim Empfänger ankommen. Es
wird ersichtlich, dass hier keine Dienstgüte existiert. Durch die wachsenden Anforderungen
an das im Hintergrund liegende Netzwerk des Internets durch Multimedia-Anwendungen, wie
Online-Gaming, Video Streaming und in zunehmenden Maße auch VoIP, mussten
entsprechende QoS-Ansätze entwickelt werden. Solche Ansätze sind die Integrated Services
(IntServ) und Differentiated Services (DiffServ). [6; S 192-197], [7]
4.1.1 IntServ
Integrated Services (IntServ) bedient sich der Resource Reservation Protocol (RSVP)
Signalisierung und dem dahinter liegenden Konzept des Flusses. Dabei kann der Vorgang der
Reservierung betrachtet werden ähnlich einem mit Blaulicht fahrenden Polizeiwagen, der in
jedem passierenden Netzelement (z.B. Router) die Kreuzung für prioritisierten Verkehr
freimacht.
Die Signalisierung verläuft vom Sender über die beteiligten Netzelemente zum Empfänger.
Abbildung 2 zeigt den RSVP-Reservierungsalgorithmus.
Abbildung 2: RSVP Reservierungsvorgang [6; S. 194]
Dabei schickt der Sender eine PATH-Nachricht, die eine Flow Specification (Flowspec)
Nachricht enthält, an den Empfänger. Vereinfacht dargestellt besteht die Flowspec aus der
Traffic Specification (TSpec) und der Request Specification (RSpec). Die TSpec-Nachricht
legt die vom Sender gewünschten Anforderungen, die innerhalb der Router gesetzt werden
sollen, wie Bandbreite und maximale Burstrate, fest. Sie orientiert sich an dem "LeakyBucket Model". Die RSpec definiert die Dienstgüte innerhalb der IntServ Serviceklassen, wie
zum Beispiel das maximale Delay.
Ist die PATH-Nachricht beim Empfänger angekommen, sendet dieser eine Reservation
Request (RESV) Bestätigung mit der darin enthaltenen TSpec-Nachricht an den Sender
zurück. Wird die Reservierungsanforderung von jedem Router akzeptiert, leiten diese die
RESV Bestätigung weiter an den Sender. Der entstehende Datenfluss ist vergleichbar mit
einem verbindungsorientierten virtuellen Pfad bei ATM. Lehnt der Router die RSVP-Anfrage
ab, sendet er auf die RESV Bestätigung eine Fehlermeldung an den Absender zurück.
IntServ erweitert die RSVP Signalisierung durch eine Zugangskontrolle (Admission Control),
um die Annahme bzw. die Ablehnung anhand der Netzressourcen innerhalb der Router zu
gewähren, eine Paketklassifizierung (Packet Classifier) zur Einsortierung der Pakete in die
entsprechende Warteschlange und eine Steuerung der Warteschlange (Scheduler) für die
Zuordnung der Pakete in die von IntServ eingeführten folgenden Dienstklassen:

Controlled Load (CL): Diese Klasse ist vergleichbar dem "best-effort" Dienst, lässt
jedoch in geringem Maße Ansprüche an Delay und Verfügbarkeit zu. Dadurch ist
diese Klasse geeignet für Anwendungen, die "soft-QoS" Anforderungen besitzen. Das
Netz soll sich dabei so verhalten, als wäre es "unbelastet".

Guaranteed Services (GS): Die Dienstklasse ist für kontinuierlichen Verkehr geeignet.
Sie garantiert jedem Teilnehmer eine maximale Bandbreite und Verzögerung sowie
einen geringen Paketverlust, sodass diese Klassenbehandlung optimal für
Anwendungen mit harten Grenzen ist.
Daraus folgend sollte diese Klasse sparsam eingesetzt werden, sodass das Netzwerk
die GS-Anfragen bedienen kann und sich die einzelnen Teilnehmer nicht gegenseitig
blockieren.
Der Integrated Services Ansatz wird in dieser Form nur bedingt eingesetzt, da er für größere
Netzwerke nicht skaliert. RSVP stellt an das Innere der Netzarchitektur zu hohe Ansprüche,
da die Router sich von tausenden Anfragen tausende Zustände merken müssten. Weiterhin
erhöht der RSVP Algorithmus die Netzlast, da ein Auffrischen der RSVP-Anforderungen alle
30 Sekunden erforderlich ist.
Aufgrund der inneren Komplexität des Netzes wird ersichtlich, dass ein neuer Ansatz
gefunden werden muss.
Er wird beschrieben durch Differentiated Services, der alles Komplexe nach außen an die
Netzzugänge verschiebt. [6; S 192-197], [7]
4.1.2 DiffServ
Der DiffServ-Ansatz wurde von der IETF entwickelt, um eine einfache, skalierbare QoSLösung für unterschiedlichen Dienstklassen zu realisieren. Dazu bedient man sich den IPHeadern des IPv4 und IPv6 Protokolls. Bei IPv4 werden die entsprechenden 8 Bit als "Type
of Service" (TOS) bzw. bei IPv6 als "Traffic-Class" Feld bezeichnet. Laut Standardisierung
besteht dieses Byte aus den Differentiated-Service-Codepoint (DSCP)-Feld, der die ersten 6
Bit umfasst und einem 2 Bit langem Currently Unused (CU)-Feld. Daraus folgt eine mögliche
QoS Behandlung in 64 unterschiedlichen Klassen.
Der große Vorteil von DiffServ liegt darin, dass es keine Signalisierung wie bei IntServ und
dem genutzten RSVP benötigt. Das heißt, dass eine Zustandsspeicherung innerhalb der
Netzelemente entfällt. DiffServ definiert zur qualitätsgesicherten Klassenbehandlung die
"Per-Hop-Behaviours" (PHB). Sie beschreiben eine Art Regelmenge, die der QoSBehandlung dienen und erweitern die "best-effort" Unterstützung des Internets durch folgende
Klassen:

Expedited Forwarding (EF): wird für Datenverkehr mit strikten Prioritäten gegenüber
allen anderen verwendet. Es existiert ein geringer Paketverlust, geringes Jitter und eine
geringe Verzögerung. Jeder Router reserviert einen bestimmten Prozentsatz seiner
Kapazität für diesen Verkehr. Daher ist er besonders gut geeignet für VoIP.

Assured Forwarding (AF): unterteilt sich in 4 weitere Qualitätsklassen, die wiederum
in 3 verschiedene Klassen des Paketverwurfs unterteilt werden. Der Vorteil besteht
darin, dass Verkehr mit höherer Priorität vollkommen unberührt bleibt von Verkehr
niederer Priorität. Hier ergibt sich jedoch ein Nachteil: Ist die Queue einer Klasse voll,
werden die Pakete verworfen und nicht in eine Queue niederer Klasse einsortiert,
obwohl freie Kapazitäten existieren.
DiffServ besitzt gegenüber IntServ aufgrund seiner Einfachheit klare Vorteile, sowohl in der
Skalierbarkeit für größere Netze als auch Interoperabilität mit anderen Netzarchitekturen, wie
MPLS, ATM oder eine Mischung mit IntServ. Von Nachteil ist, dass alle Router DiffServ
verstehen müssen und Datenverkehr sich nur relativ bevorzugen lässt. Ist der Verkehr einer
Dienstklasse zu hoch, fällt DiffServ zurück in die "best-effort"-Behandlung. Eine
Zugangskontrolle (Admission Control), die den prioritisierten Verkehr limitiert, ist daher
unumgänglich.
[6; S 192-197], [7]
4.2 ATM
Der Asynchronous Transfer Mode (ATM) ist ein skalierbares Hochgeschwindigkeitsnetzwerk
und wird aus diesem Grund vor allem in Backbone-Anbindungen von
Telekommunikationsanbietern eingesetzt. Es ist ein paketvermitteltes Verfahren, wobei jedes
Paket (bei ATM Zelle genannt) 53 Byte umfasst und die Übertragung nicht an einen festen
Zeittakt gebunden ist. Bevor die Datenübertragung beginnt, stellt ATM mittels virtueller
Kanäle eine Ende-zu-Ende Verbindung her.
ATM ist aus den oben genannten Gründen bestens geeignet zur Übertragung von Sprachdaten
und anderer Echtzeitanwendungen.
Die Ursachen liegen darin, dass das ATM durch die Eigenschaft der
Verbindungsorientiertheit geringe Verzögerungen bereitstellen kann. Hinzu kommt durch die
feste Größe der ATM Zellen, dass die im Netz befindlichen Switch- und Routingeinheiten im
Gegensatz zu TCP/IP keine komplizierte Auswertung der Zellen vornehmen müssen. Da
Daten- und Sprachpakete dieselbe geringe Zellgröße besitzen, verringert sich das Jitter
zwischen den Zellen, was allgemein in einer verkürzten Übertragung der Sprachpakete
resultiert.
Wird eine Verbindung im ATM Netz hergestellt, handeln Teilnehmer und ATM-Switch eine
Art Vertrag aus, welche Bedingungen während der Verbindungsdauer bestehen sollen. Sie
beschreiben das Verkehrsprofil, maximale Zeitverzögerung, zulässige Zellenverlustrate und
die Dienstgüte.
Hier hat das ATM-Forum fünf Serviceklassen definiert:

Constant Bit Rate (CBR): überträgt die Daten mit konstanter Bitrate. Diese
Serviceklasse ist vergleichbar mit einer Telefonverbindung, bei dem den Teilnehmern
exklusiv ein Kanal mit fester Bandbreite zur Verfügung steht.
Daher ist sie neben der Eignung für Sprachverkehr auch für Anwendungen mit harten
Echtzeitanforderungen einsetzbar, die strenge Bedingungen an die maximale
Zellverzögerung und die gesamte Übertragungsverzögerung haben.

Available Bit Rate (ABR): erlaubt es, eine dynamische Anpassung der zur Verfügung
stehenden Netzkapazitäten dem Endsystem mitzuteilen und darauf einzustellen. Zu
Beginn eines Datentransfers werden Vereinbarungen der minimalen und maximalen
Zellrate getroffen. Durch Austausch von Ressource-Management Zellen an die
Endsysteme können die Sender ihre Zellrate dem unter Last stehenden System
anpassen und bekommen im Gegenzug einen fairen Anteil an Bandbreite, sowie eine
geringe Verlustrate an Zellen zugesichert.
Diese Art der Serviceklasse ist gänzlich ungeeignet für Echtzeitanwendungen, da hier
starke zeitliche Schwankungen der Zellübertragung stattfinden.

Real-Time Variable Bit Rate (RT-VBR): wurde speziell für Echtzeitanwendungen
konzipiert. Es wird eine Schwankung in der Zellrate erlaubt, jedoch werden Zellen, die
einen bestimmten, vorher festgelegten Verzögerungsgrenzwert überschreiten vom
Netz entfernt.
Diese Art der Datenbehandlung kommt der von Sprache am nächsten, da hier
Schwankungen auftreten können, wenn ein oder mehrere Gesprächsteilnehmer
telefonieren.

Non-Real-Time Variable Bit Rate (NRT-VBR): wird für Anwendungen eingesetzt, die
variable Datenraten benötigen mit gleichzeitigen Bedingungen an eine geringe
Zellverlustrate. Zeitliche Parameter sind nicht relevant.
Daher ist die Klasse nicht geeignet für Echtzeitapplikationen.

Unspecified Bit Rate (UBR): entspricht im Wesentlichen der "best-effort" Dienstgüte.
Für Anwendungen mit harten Zeitgrenzen ist sie ungeeignet, da hier die Gefahr des
Datenverlusts bei Überlast des Netzes besteht. Im Vergleich zu allen anderen Klassen
ist sie jedoch die günstigste.
[4; S.119 & S. 124], [6; S. 348 & S. 353]
Abbildung 3: ATM-Dienstklassen [4; S. 121]
4.3 MPLS
Das Multi Protocol Label Switching (MPLS) Verfahren wurde entworfen, um den
aufwendigen Routing Mechanismus mittels Longest Prefix Match, wie er in klassischen IPNetzen eingesetzt wird, abzulösen. Bisher analysiert jeder Router den IP Header eines
Paketes, trifft eine Wegewahl und leitet es dann an den nächsten weiter. Dies geht so lange,
bis das Datenpaket bei dem Empfänger angelangt ist, was zu hohen Bearbeitungszeiten und
unnötigem Ressourcenbedarf innerhalb der Router führt.
Der Grundgedanke bei MPLS ist es, jedem Datenpaket ein einfach auszuwertendes Label zu
verpassen. Da MPLS Schicht 3 Header nicht auswertet, wird ein MPLS Shim Header
eingeführt, der neben der Label Informationen auch 3 Experimental Bits (Exp-Bits) enthält.
Dieser Header wird zwischen Schicht 2 und Schicht 3 gelegt. Aufgrund der begrenzten
Anzahl von Labels werden die Pakete vorher in Forwarding Equivalence Classes (FEC)
gepackt. Eigenschaften wie Ziel oder Metrik beeinflussen die FEC, in der das Paket landet.
Anschließend wird ein Label einer FEC zugewiesen. Wenn die Pakete die Label Switched
Domain (LS-Domain) betreten, übernehmen Label Switched Router (LSR) die Weiterleitung.
Mit Hilfe derer ist es den Administratoren eines Netzwerkes möglich, Label Switched Path
(LSP) sowie alternative LSPs einzurichten. Dabei verhält sich ein LSP wie eine virtuelle
Verbindung von einem Ingress zu einem Egress Router und aus dem verbindungslosen Netz
ist ein verbindungsorientiertes geschaffen worden.
Dadurch ist es möglich, einen schnellen und effektiven Transport von Daten bereit zu stellen,
auf den Echtzeitanwendungen wie VoIP oder Online-Games aufsetzen können.
Anstatt der manuellen Einrichtung von LSPs können diese auch automatisch mit Hilfe von IPRouting-Protokollen, wie OSPF, erstellt werden. Genutzt wird diese Möglichkeit vor allem in
großen Netzen, in denen eine manuelle Konfiguration zu kostenintensiv wäre. Hier besteht
das Problem, dass ein Hop-by-Hop Routing stattfindet und keine Aussagen über QoS gemacht
werden können. Es herrscht also das "best-effort" Prinzip wieder vor.
Da MPLS dem Routing mittels IP ähnelt, sind die QoS-Mechanismen IntServ und DiffServ
mit einigen Änderungen adaptiv einsetzbar:
Abbildung 4: RSVP-TE Signalisierung [4; S. 264]

Ressource Reservation Protocol & Traffic Engineering (RSVP-TE): wurde entwickelt,
um die Unterstützung des IntServ Modells, welches auf RSVP aufsetzt, zu realisieren.
Da MPLS mit Labels arbeitet, wurden neue RSVP-Objekte definiert. Die
Reservierung verläuft, wie bereits vorgestellt, der von RSVP bekannten ab. Der
Sender schickt eine PATH Nachricht an den Empfänger, der seinerseits mit einer
RESV-Nachricht antwortet. Diese RESV-Nachricht transportiert nun zusätzlich ein
Label Object, das den Flow entlang der LSRs kennzeichnet, der in gewisser Weise
eine neue FEC darstellt. Durch das Label Object wurde es den LSRs möglich, den
Flow kenntlich zu machen und über die reservierten Ressourcen zu routen.

Differentiated Services (DiffServ): wurde bereits im Kapitel 4.1.3 näher erläutert.
Jedoch liest MPLS nicht den Schicht 3 Header aus, womit eine Anpassung nötig ist.
Bei der Standardisierung des MPLS Shim Headers wurden 3 Exp-Bits definiert, die
genutzt werden können, um Pakete in 8 Qualitätsklassen zu unterteilen. Die dieses
Verfahren unterstützenden LSPs werden E-LSP genannt.
Das zweite Verfahren benutzt den Labelwert, um mit Hilfe dessen eine Assoziation
der PHB und der FEC zu erhalten. Dazu ist eine Modifikation in der Label Distributen
(LD) erforderlich. Unterstützende LSPs werden als L-LSP bezeichnet.
Der Vorteil der E-LSP liegt darin, dass eine (maximal) achtfache Reduzierung der
LSPs erreicht werden kann und keine Anpassung des LD-Protocols erforderlich ist.
Hingegen bietet L-LSP die Möglichkeit, in mehr als 8 Qualitätsklassen zu
unterscheiden und für jede PHB separate Routen zum Ziel zu definieren (zum Beispiel
nur Verwendung von Low-Delay Strecken).
[4; S. 224 & S. 265], [8]
4.4 WLAN
Die bisher betrachteten Verfahren der Dienstgüte haben sich auf drahtgebundene Netze
konzentriert. Drahtlose Netze bekommen eine immer stärker werdende Bedeutung, da dies für
den Kunden Flexibilität bedeutet. Die in aktuellen WLAN-Routern zum Einsatz kommenden
Standards der IEEE 802.11a/b/g unterstützen kaum Quality of Service. Daher wurde Ende
2005 von der IEEE der Standard 802.11e fertiggestellt. 802.11e baut auf seinen Vorgängern
auf. Jedoch wurden entscheidende Veränderungen vorgenommen, sodass unter seinem
Einsatz Dienstgüte, die speziell auf Steigerung der Bandbreite und Minimierung der Latenzen
abzielt, gesichert werden kann.
Das ursprüngliche Medium Access Control (MAC) des 802.11 nutzt die Distributed
Coordination Function (DCF) und greift dabei auf CSMA/CA bzw. RTS/CTS zurück. Dies
hat den Nachteil, dass zwischen den Teilnehmern (und ihren Daten) ein Wettbewerb auf den
Zugriff zum Medium stattfindet. Durch die Benutzung des nichtdeterministischen
Zugriffsverfahrens CSMA/CA werden die Daten gleich behandelt. Wenn jedoch QoS
gefordert wird, darf das Prinzip der Fairness nicht immer angewandt werden, da hier Daten
nach Wichtigkeit geordnet und gegebenenfalls prioritisiert werden müssen bzw. eine strikte
Einhaltung von Richtlinien gefordert wird.
Als weitere Möglichkeit des Medienzugriffs im klassischen 802.11 soll die Point
Coordination Function (PCF) erwähnt sein, die die vorübergehende Kontrolle des
Medienzugriffs von einem Access Point (AP) aus gestattet und CSMA/CA vorübergehend
außer Kraft setzt. Dieses Verfahren findet aber weitestgehend keinen Einsatz.
Mit 802.11e wurde eine neue Zugriffskoordinierungsfunktion eingeführt, die Hybrid
Coordination Function (HCF). Diese ist aufgeteilt in zwei Möglichkeiten des Kanalzugriffs:

Enhanced Distributed Channel Access (EDCA): ist ein wettbewerbsorientiertes
Verfahren und baut auf DCF auf. Die Idee bei DCF ist, dass Stationen, die etwas zu
senden haben, auf den Kanal lauschen. Sofern dieser unbenutzt ist, müssen sie eine
gewisse Zeit ("backoff time") warten, bevor sie den Zugriff auf das Medium erlangen
und mit dem Senden beginnen dürfen. Die backoff time wird dabei zufällig bestimmt,
mit Hilfe des contention windows (cw). Aufgrund der Fairness besitzen bei DCF alle
Stationen dasselbe cw.
EDCA erweitert DCF, sodass das cw variabel ist und Dienstgütebehandlung erreicht
wird. Stationen mit höherer Priorität erhalten dabei ein cw mit einer kleineren
maximalen Größe, sodass sie im Mittel den Wettbewerb um das Senderecht öfter
gewinnen. Hinzu kommt die Möglichkeit, dass Stationen mit höherer Priorität eine
längere Transmit Opportunity (TXOP) erhalten können, um ihre Daten zu senden.
Damit eine Station nicht die ganze Zeit mit der selben Priorität arbeitet, zum Beispiel
zur Bereitstellung verschiedener Dienste, wird in den Stationen eine Unterteilung in
mehrere access categories vorgenommen. Die zu versendenden Pakete werden in
Warteschlangen eingeteilt. Abhängig vom Datenpaket wird das cw gewählt und die
Station bewirbt sich um die TXOP.
Da sich jede Station ihre Priorität selbst zuweisen kann, funktioniert dieses Verfahren
auch in ad-hoc Netzen.

HCF Controlled Channel Access (HCCA): hingegen ist ein wettbewerbsfreies
Zugriffsverfahren und funktioniert ähnlich der PCF. Am Datenaustausch beteiligte
Stationen bewerben sich mit ihren Anforderungen, die in der traffic specification
(TSPEC) transportiert werden, bei dem Hybrid Coordinator (HC). Dieser kann die
TSPECs annehmen oder ablehnen und hat somit die Kontrolle über den Datenverkehr.
Der HC erstellt nach Maßgabe der TSPECs einen Ablaufplan und weist so jeder
Station die TXOP zu.
Aufgrund der Notwendigkeit eines zentralen APs funktioniert dieses Verfahren
ausschließlich in Infrastruktur Netzwerken.
HCCA bietet als einzige Funktion echte Quality of Service, da mit der Annahme und
Bestätigung der TSPEC von dem HC die Dienstgüteanforderungen für die Station bereit
gestellt werden. EDCA ist nichtdeterministisch, daher kann es keine Aussagen über
Zusicherung bestimmter Parameter machen. Weiterhin wird das Medium nicht effizient genug
ausgenutzt, da es aufgrund seiner Konzeption Wartezeiten zulässt. HCCA hingegen kann
einen nahezu beständige Nutzung des Mediums garantieren.
EDCA zeichnet sich dadurch aus, dass es relativ unkompliziert ist und in ad-hoc Netzen
Verwendung finden kann.
802.11e unterstützt die Möglichkeit, Pakete mit dem Wert "QoSNoAck" zu kennzeichnen und
verhindert dadurch das wiederholte Senden zeitkritischer Daten.
Weiterhin wurde das Direct Link Setup (DLS) eingeführt, um ein Datenaustausch zwischen
zwei Stationen ohne Zuhilfenahme des AP zu ermöglichen, wenn diese einen geringen
Abstand zueinander besitzen. Somit wird eine erhöhte Datenrate ermöglicht.
Für VoIP Endgeräte ist der Dienst der Automatic Power Save Delivery (APSD) interessant,
da durch ihn ermöglicht wird, Geräte in den idle-Zustand zu schicken, um so Strom zu sparen.
Dabei puffert der AP die Daten zwischen und sendet sie entweder auf Anfrage der Station
(unscheduled APSD) oder in festgelegten, zwischen AP und Station ausgemachten Intervallen
(scheduled APSD).
[9], [10], [11]
5. Portierung auf VoIP
Kapitel 4 diskutierte Quality of Service Verfahren vor allem für das traditionelle
Transportnetz. Einige QoS-Mechanismen sind VoIP geeignet, da sie die Anforderungen
unterstützen, die harte Echtzeitapplikationen mitbringen.
5.1 Aktuelle Möglichkeiten
Internet Service Provider (ISP) haben somit die Möglichkeit drei
Verkehrsmanagementverfahren zu unterscheiden, um Dienstgüte innerhalb ihrer Netze zu
unterstützen:
1.Überdimensionierung der Netzinfrastruktur
2.Priorisierung von Datenpaketen
3.Reservierung von Kapazitäten im Netzinneren
Derzeit setzen die meisten ISPs auf die Überdimensionierung ihrer Netze, da dies die derzeit
einfachste und qualitativ sicherste Lösung ist, um QoS zu garantieren. Nach [18] nutzen die
Provider ohnehin nur ca. 75% ihrer Kapazitäten aus, um das schnelle und schwer
vorherzusehende Verkehrswachstum aus den Internetdiensten, wie im Kapitel 3 erwähnt,
aufzufangen. Die Menge der Daten, die durch Echtzeitsysteme hervorgerufen werden, bildet
derzeit nur einen geringen Bruchteil des gesamten Best-Effort Datenverkehrs.
Überdimensionierung birgt aber auch Nachteile, da durch die reine Zuschaltung von
redundanten Kapazitäten keine Identifikation nach QoS-Dienstklassen möglich ist. Somit
kommt auch der Best-Effort Verkehr in den Genuss der Überdimensionierung, was sich
wiederum weniger positiv als erhofft auf eine Verbesserung der Delayzeiten der VoIP-Daten
auswirkt. Damit dieses Verfahren Wirkung zeigt, muss ein sinnvoller Einsatz der Hardware
dort geschehen, wo aufgrund von Überlastsituationen häufig lange Wartezeiten oder hohe
Paketverlustraten entstehen.
Da auf lange Sicht gesehen die reine Überdimensionierung des Netzes nicht ausreichen wird,
setzen einige ISPs bereits auf die Möglichkeit Pakete in Klassen einzuteilen und
dementsprechend nach Prioritäten zu behandeln. Wenn eine Klasseneinteilung nach Tabelle 1
erfolgt, besteht jedoch das Problem, dass Verkehr mit höherer Priorität Verkehr niederer
verdrängt, was bis zur vollständigen Verdrängung führen kann. Um dies zu verhindern, kann
im einfachsten Fall die Länge der einzelnen Warteschlangen für die Dienstklassen und damit
das Drop-Verhalten der Router variieren, so dass sichergestellt ist auch den niederen Klassen
ein Mindestmaß an Bandbreite zur Verfügung zu stellen.
Bei der Klassenbehandlung von Paketen werden die mit höherer Priorität doppelt begünstigt,
da sie zum einen von den hohen Datenraten der Best-Effort Dienste profitieren und zum
anderen aufgrund der prioritätsgesteuerten Warteschlangen geringere Wartezeiten (im
Überlastfall) auf Kosten der Best-Effort Dienste haben, was insgesamt zu einer schnelleren
Übertragung der VoIP-Pakete führt.
Drahtgebundene Verfahren, die auf Basis von Prioritäten arbeiten, sind, wie bereits im Kapitel
4 vorgestellt: TCP/IP mit der DiffServ Erweiterung, ATM mit der Möglichkeit der
Aushandlung von Bit-Raten und MPLS zum einen durch die FEC und zum anderen durch die
hier auch integrierbare DiffServ Erweiterung. Im drahtlosen Bereich unterstützt 802.11e mit
der EDCA access categories und mit der HCCA aufgrund der Bildung eines Schedules die
Möglichkeit Daten klassenorientiert zu behandeln.
Die letzte Art des Verkehrsmanagements im Rahmen von QoS-Behandlungen durchzuführen
ist die Reservierung von Kapazitäten innerhalb des Netzes bzw. die Einordnung der
differenzierten Verkehrsströme in Tunneln. Dabei beschreibt der in Kapitel 4.1.1 vorgestellte
IntServ-Ansatz eine Möglichkeit. Eine weitere wäre es, den Verkehr in Tunnel zu packen, wie
dies durch das Weighted-Fair-Queuing (WFQ) Verfahren beschrieben wird. WFQ ist eine
abgeänderte Form des Fair-Queuing (FQ), in der das Verkehrsaufkommen nach den Quellen
in Warteschlangen einsortiert und im Round-Robin-Verfahren abgearbeitet wird. FQ erlaubt
dabei eine, wie der Name sagt, faire Behandlung der Verkehrsströme, unterscheidet aber nicht
nach QoS-Klassen. Dies wurde im WFQ erweitert, da manche Datenströme mehr Bandbreite
benötigen als andere.
Verkehrsseparierung grenzt die Dienstklassen gegenüber den anderen am sichersten ab und
erlaubt somit eine gezielte QoS-Betrachtung. Jedoch gestattet die Trennung der Dienstklassen
keine kurzfristige Nutzung von Bandbreite anderer Klassen bei Überlastsituationen, was zu
erheblichen Kosten und hoher Unflexibilität führt.
5.2 Call Admission Control
Neben den in 5.1 vorgestellten Konzepten der Umsetzung der Dienstgüterealisierung haben
die ISPs die Möglichkeit administrativ auf den Datenverkehr einzuwirken - vor dem
eigentlichen Eintritt in das Netzinnere. Call Admission Control (CAC) wird dabei mit Hilfe
von Session Border Controllern (SBC) realisiert und zwar an den Zugängen und Ausgängen
zum eigentlichen Netz. Dabei schützt eine Behandlung mit CAC bereits existierenden
Sprachverkehr vor den negativen Auswirkungen neuer Sprachflüsse und erweitert die
üblichen QoS-Mechanismen. CAC ist eine präventive Maßnahme, um vorhandene Gespräche
vor Überlastsituationen zu schützen. [19]
Eine neue Verbindung wird nur dann zugelassen, wenn die erforderlichen Kapazitäten (z.B.
Bandbreite, CPU Auslastung der Router) vorhanden sind.
Die SBCs bieten dabei eine Art „Rund-um-glücklich-Paket“ an, denn sie vereinen neben der
CAC auch Queuing, Marking, Traffic Shaping und Policing der Daten.
Eine Form dieser Anwendung findet sich im Subnet Bandwidth Management (SBM)
Verfahren wieder. Es stellt dabei eine Art Vorschaltung zum RSVP dar. Der Bandwidth
Allocater (BA) übernimmt dabei die Aufsicht über das Netzwerk und kann aufgrund der
TSPECs den Zugang, der vom Requestor Module (RM) gestellt wurde, gestatten oder
zurückweisen, je nachdem wie die derzeitige Belastung der Infrastruktur es zulässt. Das RM
bildet dabei die „QoS-Anfragen“ der Applikationen ab auf implementierte Layer 2
Prioritätslevel.
5.3 Quality of Service Unterstützung der Internet Service Provider
Die Bundesnetzagentur hat 2006 [18] eine Studie in Auftrag gegeben, in der sie einen
Fragenkatalog an 26 Telekommunikationsdienstleister und ISPs gerichtet hat und darin
Themen rund um VoIP und wie deren Integration in das bestehende IP-Netz zu realisieren sei,
behandelten. Ein Fragenkomplex beschäftigte sich dabei mit der derzeitigen Umsetzung der
Dienstgüte innerhalb der Netzinfrastruktur. Auf Basis der Studie und der frei zugänglichen
(nicht geschwärzten) Antworten und Präsentationen der ISPs, wird hier ein kurzer Überblick
dargestellt.
[18] fasst zusammen, dass „...die Mehrheit der Netzbetreiber...“ Maßnahmen ergreift „...um
QoS-Parameterwerte auf ihren Verbindungen einzuhalten. Nur ein Betreiber gibt an, keine
solche Maßnahmen zu implementieren.“ Dabei kann folgendermaßen unterteilt werden:



Verkehrspriorisierung: 4 Betreiber
Überdimensionierung: 3 Betreiber
Verkehrsseparierung: 3 Betreiber
Weiterhin haben zwei Anbieter angegeben eine Kontrolle der Verbindungsannahme mittels
Call Admission Control Verfahren zu vollziehen.
Die Arcor AG & Co KG schreibt dazu: „...der Ansatz der Überdimensionierung [stellt] kein
adäquates Mittel dar. [...] Bei reiner Überdimensionierung von Kapazitäten binden
bandbreitenintensive Anwendungen Kapazitäten, so dass insbesondere bei gleichzeitiger
Dienstebenutzung keine gesicherte Quality of Service für den Sprachtelefoniedienst mehr
gewährleistet werden kann. In IP-basierten NGN–Netzen werden daher durch feste
Kapazitäten je Dienst oder durch Priorisierung PSTN vergleichbare Qualitäten garantiert
dauerhaft sichergestellt.“ [20]
Die Téléfonica Deutschland GmbH setzt auf SBC und somit neben einer Call Admission
Control, auf eine Priorisierung der Pakete und auf ein Policing, d.h. bei der Aushandlung der
Verbindung wird anhand des verwendeten Codecs eine Datenrate bestimmt, die einzuhalten
ist. Wird dieser „Vertrag“ verletzt, werden Pakete verworfen. [21]
Die Deutsche Telekom AG - Abteilung T-COM und QSC AG favorisieren die Lösung der
Téléfonica Deutschland GmbH. [22]
5.4 Fazit
Es wird ersichtlich, dass Überdimensionierung nur eine kurzfristig Lösung darstellt, um die
Sprachdienste in das bestehende Transportnetz zu integrieren. Auf längere Sicht gesehen ist
dieses Verfahren nicht umsetzbar, da neben den hohen Kosten für die Provider auch keine
zukünftige Aussage getroffen werden kann, inwieweit Dienstgüte sichergestellt ist. Deswegen
befindet sich das Internet derzeit in einer Art „Umbau- und Anpassungsphase“ für die neuen
Dienste, die neben VoIP zum Beispiel auch IP-TV heißen. Es folgt, dass die Einteilung der
Datenpakete in verschiedene Dienstgüteklassen und somit die Priorisierung derer der logische
Schluss ist, in dessen Richtung sich die ISPs orientieren werden. Eine Separierung in Tunneln
und Reservierung der Kapazitäten skaliert für größere Netze nicht und ist daher nicht als
sinnvolle Alternative anzusehen.
Aufgrund der großen Anzahl verschiedener Provider auf dem deutschen und internationalen
Markt ist eine Abstimmung untereinander unerlässlich, um so auch dem Kunden bei der
netzübergreifenden Verbindung eine Aufrechterhaltung der QoS-Dienstleitungen zu
garantieren.
6. Ausblick
Aufgrund der Sensibilität der Daten, die aus Echtzeitanwendungen stammen, wie VoIP oder
Streamen multimedialer Inhalte, wächst die Notwendigkeit, dass bereits an den Eingängen zu
den Kommunikationsnetzen eine Zugangskontrolle (Call Admission Control (CAC))
stattfinden muss.
In den vergangen Jahren hat sich der relativ junge Zweig der neuronalen Forschung etabliert
und die hier kurz vorgestellte Arbeit nutzt die entwickelten Konzepte, um Dienstgüte zu
gewährleisten. Dazu bedienten sich die Autoren diverser frei verfügbarer Bibliotheken und
Applikationen, um mit Hilfe eines Multilayer Perceptron (MLP)-Netzes bzw. mittels NeuroFuzzy eine Schätzung der Dienstgüte zu erhalten. Das zur Messung entwickelte Modell
umfasst mehrere Clients, die Datenströme mit VoIP, Streaming und Bulk-Daten aufgebaut
haben. Dadurch ist es möglich, Eingangsvektoren aus diversen statistische Messungen, die im
weiterem Verlauf durch Principal Component Analysis (PCA) drastisch reduziert wurden, an
den Netzwerkkomponenten abzugreifen und in das Neuronale Netzwerk zu geben. Das
Ergebnis umfasst eine Schätzung der Verkehrsentwicklung und erlaubt somit einen
Rückschluss auf Auswirkungen der Quality of Service. Diese Ergebnisse dienen als
Grundlage für eine weitere Bearbeitung durch Self-Organizing Maps (SOM), die den
aktuellen Status des Netzes darstellen und administrative Bewertungen erlauben. Somit ist
eine CAC realisierbar. [12]
7. Zusammenfassung
Die hier vorgestellten Mechanismen der Quality of Service Sicherung entwickelten sich
zumeist aus der Notwendigkeit heraus, neue Applikationen mit harten Echtzeitanforderungen
auf vorhandener Technologie zu unterstützen. Aus diesem Grund stellen sie kein Optimum
dar. Die Übertragung von Sprachdaten über das Internet stellt für die Anbieter eines VoIPServices eine besondere Herausforderung dar, da der Verbraucher gleich bleibende Qualität
erwartet. Diese Zielstellung kann im besten Fall durch Reservierungen von Ressourcen
gewährleistet werden. Jedoch ist dies eine der kostenintensivsten Möglichkeiten, sodass
versucht werden kann, den wichtigen Datenverkehr von weniger wichtigen zu trennen und
eine prioritätsbasierte Behandlung vorzunehmen. MPLS, als eines der flexibelsten Verfahren,
bietet sich an, um drahtgebundene Dienstgüte zu garantieren. Es kommt ohne die Auswertung
des Schicht 3 Protokollkopfes aus, somit wird ein schnelles Weiterleiten und durch Traffic
Engeneering ein gezieltes Eingreifen in die Routenwahl möglich. Mit der Einführung des
IEEE 802.11e Standards Ende 2005 wurde auch im Bereich der drahtlosen Kommunikation
nachgebessert. Es entstand ein von Grund auf eigens entwickeltes Protokoll, das die
Einhaltung von Qualitätsrichtlinien erlaubt.
Da das Internet aus einer Vielzahl von autonomen Systemen besteht, die sich ständig
vergrößern, ist es fraglich, ob es eine Lösung gibt, mit deren Hilfe immer und überall gezielte
QoS für VoIP betrieben werden kann. Eine partikuläre Betrachtung der Dienstgüte ist somit
notwendigerweise vorzunehmen.
8. Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Erwartetes Datum der vollständigen Migration zu
VoIP in Europa
Abbildung 2: Modell der Benutzerzufriedenheit nach ITU-T Rec.
G114
Abbildung 3: Schematische Darstellung der Abhängigkeit der QoS
Parameter zu den Verkehrflüssen nach [17] und [18]
Abbildung 4: RSVP Reservierungsvorgang
Abbildung 5: ATM-Dienstklassen
Abbildung 6: RSVP-TE Signalisierung
8. Abkürzungsverzeichnis
ABR
Available Bit Rate
AF
Assured Forwarding
ASPD
Automatic Power Save Delivery
ATM
Asynchronous Transfer Mode
CAC
Call Admission Control
CBR
Contant Bit Rate
CoS
Class of Service
CSMA/CA
Carrier Sense Multiple Access/Collision
Avoidance
DCF
Distributed Coordination Function
DLS
Direct Link Setup
DSCP
Differentiated-Service-Codepoint
EDCA
Enhanced Distributed Channel Access
EF
Expedited Forwarding
FEC
Forwarding Equivalence Class
FQ
Fair Queuing
HCCA
HCF Controlled Channel Access
HCF
Hybrid Coordination Function
IETF
Internet Engineering Task Force
IPDV
IP delay variation - beschreibt die Variation im
Delay fortlaufender Pakete innerhalb einer
unidirektionalen IP Verbindung. Sie wird auch
als Jitter bezeichnet
IPER
IP packet error ratio - gibt das Verhältnis von
fehlerhaften Paketen zu erfolgreich und
fehlerhaft übertragenen Paketen an
IPLR
IP packet loss ratio - ist das Verhältnis von
verloren gegangen Paketen zu übertragenen
Paketen. Ursachen für den Verlust können sein:
abgelaufenes TTL-Feld, conquestion control an
der Router usw.
IPTD
IP packet transfer delay - bezeichnet das Endezu-Ende Delay einer Verbindung
ISDN
Integrated Services Digital Network
ITU-T
International Telecommunication Union Telecommunication
LSP
Label Switched Path
LSR
Label Switched Router
MAC
Medium Access Control
MAC
Medium Access Control
MLP
Multilayer Perceptron
MPLS
Multiprotocol Label Switching
NGN
Next Generation Networks
OSPF
Open Shortest Path First
PCA
Principal Component Analysis
PCF
Point Coordination Function
PCR
Peak Cell Rate
PHB
Per-Hop-Behaviour
PSTN
Public Switched Telephone Network
QoS
Quality of Service
RESV
Reservation Request
RSPEC
Request Specification
RSVP
Ressource Reservation Protocol
RTS/CTS
Request To Send/Clear To Send
SBC
Session Border Control
SOM
Self-Organizing Maps
TCP/IP
Transmission Control Protocol/Internet
Protocol
TOS
Type of Service
TSPEC
Traffic Specification
TXOP
Transmit Opportunity
VBR
Variable Bit Rate
VoIP
Voice over Internet Protocol
VoIP
Voice over Internet Protocol
VTC
Video Telefone Conference
WFQ
Weighted Fair Queuing
WLAN
Wireless Local Area Network
9. Literaturverzeichnis
[1]
T-Systems Enterprise Services GmbH. White Paper Voice over Internet Protocol (VoIP). Stand: Novem
[2]
ITU-T. Recommendation E.800. 8/94.
[3]
ITU-T. Recommendation E.600. 3/93.
[4]
K.O. Detken. Echtzeitplatformen für das Internet: Grundlagen, Lösungsansätze der sicheren Kommuni
München : Addison-Wesley, 2002. - ISBN 3-8273-1914-5
[5]
P. Ferguson, G. Huston. Quality of Service: delivering QoS on the Internet and in corporate networks.
ISBN 0-471-24358-2
[6]
M. Hein, M. Reisner, A. Voß. Voice over IP: Sprach-Daten-Konvergenz richtig nutzen. Poing : Franzis
4
[7]
G. Schäfer. Telematics 2 - Chapter 3. TU-Ilmenau, WS06/07.
[8]
G. Schäfer. Telematics 2 - Chapter 4. TU-Ilmenau, WS06/07.
[9]
T. Senner. QoS Support in 802.11 Wireless LANs. BTU Cottbus, Stand: Dezember 2007.
[10] A. M. Thiel. Wireless Internet - IEEE 802.11. TU-Ilmenau, SS07.
[11] Wikipedia. IEEE 802.11e. URL http://de.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11e, Stand: Dezember 2007
[12] R. del-Hoyo-Alonso, P. F. -de-Alarcon, J. J. Navamuel-Castillo, u.a. Neural Networks for QoS Network
(Spain), 2007
[13] Forrester, Enterprise IP Telephone Plans in 2006. 2006
[14] Nemertes. The Internet Singularity, Delayed: Why Limits in Internet Capacity Will Stifle Innovation on
http://www.nemertes.com/internet_singularity_delayed_why_limits_internet_capacity_will_stifle_inno
Stand: November 2007
[15] ITU-T. Recommendation G.114. 5/03
[16] ITU-T. Recommendation G.107. 3/05.
[17] Quality of Service: An Operational View, www.pnsol.com
[18] K.D. Hackbarth, G. Kulenkampff, Studie der Bundesnetzagentur: Technische
Aspakte der Zusammenschaltung in IP-basierten Netzen unter besonderer
Berücksichtigung von VoIP. Santander/Bad Honnef, 26.07.2006
[19] Intertex, Call Admission Control. URL http://www.bytbredbandsdelare.nu/cac.pdf,
Stand: 2004
[20] Arcor AG & Co KG, Stellungnahme zu: Abschlussbericht der Projektgruppe
„Rahmenbedingungen der Zusammenschaltung IP-basierter Netze“. Eschborn, 21.02.2007
[21] Dr. A. Mahler, Vortrag: Interconnection Tarifierung – Konzeptionelle Überlegungen aus dem Blickwin
Leitungserstellung. Bonn, 15.12.2005
[22] A. Berg, Vortrag: Bill&Keep – ein optimales Regime für die Zusammenschaktung IP-basierter Sprachn