QoS - Quality of Serviceuheuert/pdf/Anwendung Rechnernetze... · 11.01.2008 QoS - Jörg Mühle 3 Einführung QoS – Quality of Service Dienstgüte Verschiedene Sichtweisen Zusammenfassung

QoS – Quality of Service

Jörg Mühle (04INF)Anwendung RechnernetzeHochschule Merseburg (FH)

QoS - Jörg Mühle 211.01.2008

Gliederung

� Einführung� QoS in der Vermittlungsschicht� QoS in der Sicherungsschicht� Beispiel� Fazit� Quellen


Einführung

� QoS – Quality of Service� Dienstgüte� Verschiedene Sichtweisen

�Zusammenfassung verschiedener Kriterien

�Bereitstellung garantierter Netzwerkparameter�Fähigkeit des Netzwerks, Anwendungen

Netzwerkparameter zu garantieren


Einsatzgebiete

� Telekommunikationsnetze� IP-Netze� ATM-Netze� Mobilfunk


QoS - Kriterien

� Verzögerung (engl.: Delay)� Varianz der Verzögerung (engl.: Jitter)� Fehlerraten

� Bitfehlerraten� Paketverlustraten

� Kapazität� Antwortzeit� Aufbauzeit� Haltezeit


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


Realisierung

� Mehr Bandbreite� Nutzung verschiedener Reservierungs-

und Spezifizierungsverfahren� Integrierte Dienste (Integrated Services,

IntServ)�Differenzierte Dienste (Differentiated

Services, DiffServ)


Bandbreite allein macht glücklich?

� Ja� Solange Netzwerkauslastung <= 70%� „Best Effort“ - Netzwerk


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


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


IPv4 - Header

Quelle: http://www.rvs.uni-bielefeld.de/~heiko/tcpip/tcpip_html_alt/kap_2_3.html


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


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


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)

� Bits 0 – 5 im TOS-Feld


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)





� 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


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)


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


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


CoS Prioritätsstufen

Layer 2 Network Control Reserved Traffic [Lowest latency and jitter]

7

Layer 3 Network Control Reserved Traffic [Less than 10ms latency and jitter]

6

Voice and Video (Interactive Media and Voice)

[Less than 100ms latency and jitter]5

Controlled Load(Streaming Multimedia)

4

Excellent Load (Business Critical)

3

Standard (Spare)2

Background1

Best Effort0

Traffic TypePriority Level


QoS Implementierung am Beispiel von fli4l


QoS Beispiel – fli4l

� fli4l ist ein Linux-basierender ISDN-, DSL-und Ethernet-Router

� Paketbasierend� QoS Unterstützung durch OPT_QOS

nachrüstbar� QoS-Policies werden als Bäume definiert


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_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_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'


Beispiel 1

� Verteilung der Bandbreite auf 3 Rechner

� Interface ins Netz ist DSL� 4 Klassen werden benötigt

� 3 Filter werden benötigt


Beispiel 1OPT_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


Beispiel 1QOS_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


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


Beispiel 2OPT_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'


Analog QOS_CLASS_2


Beispiel 2QOS_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


Analog QOS_CLASS_6


Beispiel 2QOS_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


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'


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=''


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'


Fazit


Fazit

� QoS brauchbar, wenn Netzwerkressourcen begrenzt/ nicht ausbaubar

� Begrenzt auch für Privatpersonen sinnvoll � fli4l

� Netzwerkausbau ist der Nutzung von QoSvorzuziehen

� QoS ist im World Wide Web kaum verbreitet, da einheitliche Absprachen fehlen und Netzausbau günstiger


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.uni-

bielefeld.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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