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KommunikationstechnikFibel

Die Kommunikationstechnik-Fibel

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Die Kommunikationstechnik-Fibel ist sehr informativ und verständlich. Genau das habe ich schon seit langem gesucht. Endlich mal ein Buch, das kurz und bündig die moderne Informationstechnik beleuchtet.

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QoS - Quality of Service

Standardmäßig werden in einem Netzwerk alle Datenpakete gleich behandelt. In einem Paket-orientierten Netzwerk können die einzelnen Datenpakete unterschiedliche schnell unterwegs sein. So lange hauptsächlich Nachrichten und Dateien übertragen werden, kommt es hierbei zu keinem Problem. Werden jedoch Echtzeitanwendungen, wie Voice over IP oder Videostreaming genutzt, dann wirkt sich die Verzögerung oder Paketverlust auf die Übertragungseigenschaften zwischen den Teilnehmern negativ aus. Im Vergleich dazu fällt es kaum auf, wenn eine E-Mail ein paar Sekunden später beim Empfänger eintrifft.

Eine geringe Bandbreite, schlechte Übertragungseigenschaften und unterschiedliche Auslastung führen zum Verwerfen oder verzögerter Auslieferung der Datenpakete. In der Konsequenz kommt es zu Störungen bei der Sprach- und Videoübertragung. Die Sprache wirkt verzerrt. Kratzen und Knacken verschlechtert die Sprachqualität. Videobilder werden pixelig oder ruckelnd wiedergegeben.

Dadurch, dass TCP/IP die Anwendungsebene von der Übertragungsebene trennt und unabhängig macht, sind die Übertragungssysteme nicht in der Lage zwischen einem Sprachpaket und einem normalen Datenpaket zu unterscheiden. Viele QoS-Maßnahmen versuchen diesen Mangel auszumerzen und Datenpakete mit Diensteklassen zu kennzeichnen, die bestimmten Anwendungen zugeordnet sind.

QoS beschreibt in der TCP/IP-Welt die Güte eines Kommunikationsdienstes aus Sicht des Anwenders. Dabei wird häufig die Netzwerk-Service-Qualität anhand der Parameter Bandbreite, Verzögerung, Paketverluste und Jitter definiert.
Die Netzbelastung beeinflusst dabei die Qualität der Übertragung. Zum Beispiel, wie lange es dauert, bis ein Datenpaket beim Empfänger ankommt. Deshalb versucht man Datenpakete mit entsprechenden Diensteklassen zu kennzeichnen. Priorisierte Datenpakete werden in Routern oder Switches bevorzugt weitergeleitet. Das macht aber nur Sinn, wenn alle Netzkomponenten und Teilnetze die gleichen Verkehrsklassen und Priorisierungsregeln unterstützen. Damit QoS funktionieren kann muss auf der ganzen Übertragungsstrecke zwischen den Teilnehmern die notwendigen QoS-Mechanismen implementiert werden.

Achtung: QoS stellt keine zusätzliche Bandbreite zur Verfügung. Aus 2 MBit/s werden nicht mehr. Man kann mit QoS nur dafür sorgen, dass über die 2 MBit/s wichtige Daten bevorrechtigt übertragen werden.

Qualität der Übertragung

Es reicht nicht aus, QoS-Merkmale einzuführen. Wer QoS-Maßnahmen einleitet, der sollte die Messbarkeit berücksichtigen. QoS ist Tuning im Netzwerk. Vergleichbar mit PC- und Auto-Tuning. Qualitätsverbesserungen am Netzwerk sollten immer vorher und nachher gemessen werden. Wenn etwas verbessert werden soll, muss vor dem Tun festgestellt werden, was und wie es verbessert werden kann. Dazu muss die Qualität mit geeigneten Mess- und Monitoring-Werkzeugen überprüft werden. Zum Beispiel muss die verfügbare Bandbreite für bestimmte Anwendungen kontinuierlich überwacht werden.
Kriterien für die Qualität der Übertragung sind zum Beispiel Paket-Verzögerungen, Rate der Paketverluste und Jitter. Je nach Anwendung sind weitere Qualitätsmerkmale zu untersuchen und zu messen.

Typische QoS-Maßnahmen

Ein gutes Quality of Service ist eine Vielzahl von aufeinander abgestimmten Maßnahmen.

Überdimensionierung und damit mehr Bandbreite

In der Vergangenheit war es üblich auf Quality of Service zu verzichten und einfach viel mehr Bandbreite zur Verfügung zu stellen, als praktisch notwendig war. Doch mehr Bandbreite bringt nur dort etwas, wo zu wenige Bandbreite vorhanden ist. Dabei muss man die Engpässe auf der ganzen Übertragungsstrecke berücksichtigen.
Wenn der Bandbreiten-Bedarf mit der Zeit ansteigt, muss dem Rechnung getragen werden und noch mehr Bandbreite zur Verfügung gestellt werden.

Reservierung von Bandbreite

Um ein hohes QoS zu erreichen, ist es üblich die verfügbare Bandbreite für bestimmte Anwendungen zu reservieren. Andere Anwendungen werden dabei zurückgestellt und müssen mit weniger Bandbreite auskommen.

Priorisierung von Datenpaketen

Das Priorisieren von Datenpaketen setzt die Definition von Verkehrsklassen voraus. Die Verkehrsklasse ist nach einer Dienstgüte definiert und einer Anwendung zugeordnet. Datenpakete einer höheren Verkehrsklasse werden dann bevorzugt übertragen.
Allerdings funktioniert die Priorisierung nur dort, wo die Verkehrsklassen gelten. Verlassen priorisierte Datenpakete ein Netz, dann gelten hier unter Umständen andere Verkehrsklassen.

Verbindungsorientierte Protokolle

Mit VLAN, ATM und MPLS werden den Verkehrsquellen bestimmte Verkehrseigenschaften zugeordnet. Die Einhaltung dieser Eigenschaften werden ständig überwacht.

Jitter Buffer

Insbesondere Sprach- und Videoübertragungen (Echtzeitanwendungen) leiden an Laufzeitunterschieden der Datenpakete. Um Laufzeitunterschiede zu vermeiden, werden Jitter-Buffer eingesetzt. Ein Jitter-Buffer kann diese Unregelmäßigkeiten bis zu einem gewissen Grad ausgleichen. Er nimmt alle Echtzeit-Datenpakete auf und gibt sie in einem gleichmäßigen Fluss wieder ab.
Jitter ist die Bezeichnung für die Abweichung des Abstandes, wie die Pakete beim Empfänger ankommen.

CoS - Classes of Service

Klasse Anwendung
1 Sprache
2 Video
3 VPN
4 WWW
5 Mail
6 Sonstiges

Classes of Service definiert Klassen von Datenübertragungen, denen Datenpakete zugeordnet werden. Jede Klasse entspricht einer Priorität, anhand der entschieden wird, welche Datenpakete bevorzugt übertragen werden. Dabei muss man beachten, dass die Datenmenge in den hohen Verkehrsklassen begrenzt werden muss, sonst ist auf überlasteten Verbindungen für gering priorisierte Datenpakete keine Übertragung möglich.
Die Umsetzung von CoS scheitert in der Regel an den unterschiedlich vergebenen CoS-Regeln in den verschiedenen Netzen der Netzbetreiber. Jeder Netzbetreiber kocht hier sein eigenes Süppchen.

DiffServ - Differentiated Services

DiffServ ist ein Verfahren zur Priorisierung von Datenverkehr für Echtzeitanwendungen über IP. Jedes Datenpaket wird einer Verkehrsklasse zugewiesen. Datenpakete einer höheren Verkehrsklasse werden gegenüber einer niedrigeren Verkehrsklasse bevorzugt behandelt.

Traffic-Shaping

Bei aktiviertem Traffic-Shaping werden Quittierungspakete im Uplink bevorzugt übertragen, damit parallel laufende Downloads nicht beeinflusst werden, deren Geschwindigkeit von der Schnelligkeit der Quittierungen abhängig ist.

MPLS - Multiprotocol Label Switching

MPLS wird häufig im Zuge von Quality of Service genannt. Allerdings ist das nur bedingt richtig. Zwar kommt MPLS eine Quality of Service gleich, aber nur dann, wenn man Quality of Service bei der Einrichtung berücksichtigt.
In MPLS-Routern werden Labels definiert anhand denen Datenpakete an bestimmte Ausgänge weitergereicht werden. Auf diese Weise wird der Weg entsprechend markierter Datenpakete durch ein Netz vorgegeben.
Wenn man MPLS als QoS nutzen will, dann bietet sich die Möglichkeit an, die Labels nach Merkmalen, wie Availability, Packet Loss, Latency, etc. auszuwählen.

Fazit

Solange sich die Kommunikationspartner im gleichen Netz befinden, können über ein entsprechendes Agreement Leitungsqualität und -verfügbarkeit zugesichert werden. Wie der Provider das dann in seinem Netz in die Praxis umsetzt, kann dem Kunden egal sein. Doch sobald die Pakete über fremde Netze laufen, wird es schwer die Vereinbarung einzuhalten, weil es keine einheitlichen Standards und Abkommen für zugesicherte Leitungsqualitäten gibt.
Und trotzdem funktioniert VoIP auch ohne MPLS, RSVP oder DiffServ recht gut. Das liegt daran, dass Datenverkehr und Bandbreite sehr billig sind. Bei den meisten Netzbetreibern wird QoS ganz einfach durch eine überdimensionierte Bandbreite umgesetzt.

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