Da der Netzwerkverkehr exponentiell zunimmt, muss sichergestellt werden, dass wichtige Anwendungen die erforderliche Bandbreite und Leistung erhalten. An dieser Stelle kommt Quality of Service (QoS) ins Spiel. QoS bezieht sich auf die Mechanismen, die zur Verwaltung und Priorisierung des Netzwerkverkehrs verwendet werden, um sicherzustellen, dass wichtige Anwendungen wie Voice over IP (VoIP), Videokonferenzen und Echtzeitdienste die Bandbreite erhalten, die sie für eine optimale Leistung benötigen.
Quality of Service (QoS) ist eine Reihe von Techniken, mit denen bestimmte Arten von Netzwerkverkehr priorisiert werden, um eine konsistente und vorhersehbare Leistung für Anwendungen und Dienste zu gewährleisten, die auf Verzögerungen, Jitter und Paketverluste reagieren. QoS ermöglicht es Netzwerkadministratoren, Bandbreite, Verzögerung, Jitter und Fehlerraten zu verwalten und so sicherzustellen, dass Datenverkehr mit hoher Priorität, wie z. B. Sprache oder Video, effizient übertragen wird.
QoS ist besonders wichtig in Umgebungen, in denen mehrere Anwendungen um die Bandbreite konkurrieren, wie z. B.:
QoS gewährleistet eine klare, ununterbrochene Sprachkommunikation.
QoS verhindert das Puffern von Videos und verbessert die Interaktion in Echtzeit.
Sicherstellen, dass Finanz- oder Datenbanktransaktionen Vorrang vor Aufgaben mit geringerer Priorität wie Dateidownloads haben.
Um zu verstehen, wie QoS funktioniert, ist es wichtig, es in seine Hauptkomponenten zu zerlegen:
QoS beginnt mit der Klassifizierung des Netzwerkverkehrs auf der Grundlage bestimmter Kriterien wie IP-Adresse, Protokoll oder Portnummer. So kann beispielsweise der VoIP-Verkehr als hoch priorisiert eingestuft werden.
Nach der Klassifizierung können die Pakete mit einem bestimmten QoS-Tag versehen werden, häufig mit DSCP- oder 802.1p-Tags (Differentiated Services Code Point), die Routern und Switches mitteilen, wie der Datenverkehr zu behandeln ist.
Netzwerkgeräte verwenden Warteschlangen, um Pakete zu speichern, bevor sie weitergeleitet werden. QoS definiert verschiedene Warteschlangenstrategien wie Priority Queuing (PQ) oder Weighted Fair Queuing (WFQ), um sicherzustellen, dass der Verkehr mit hoher Priorität zuerst verarbeitet wird.
QoS kann auch die Begrenzung der Bandbreitennutzung für bestimmte Arten von Datenverkehr beinhalten. Beim Policing werden Pakete, die die zugewiesene Bandbreite überschreiten, verworfen oder verzögert, während beim Shaping Datenverkehrsbursts geglättet werden, um einen gleichmäßigen Fluss aufrechtzuerhalten.
Bei einer Überlastung des Netzes sorgen QoS-Mechanismen dafür, dass der Verkehr mit geringerer Priorität verzögert oder eingestellt wird, so dass der Verkehr mit hoher Priorität ohne Unterbrechung weiterlaufen kann.
QoS stellt sicher, dass geschäftskritische Anwendungen die erforderliche Bandbreite erhalten, wodurch Latenzzeiten reduziert und die Gesamtleistung verbessert wird.
Bei Echtzeitanwendungen wie VoIP oder Videokonferenzen minimiert QoS die Auswirkungen von Jitter (Schwankungen der Paketankunftszeiten) und Paketverlusten und verbessert so die Anruf- und Videoqualität.
QoS verhindert die Überlastung der Bandbreite durch Datenverkehr mit niedriger Priorität und stellt sicher, dass alle Benutzer und Anwendungen ihren gerechten Anteil an den Netzwerkressourcen erhalten.
Durch die Priorisierung des Datenverkehrs für Hochleistungsanwendungen treten bei den Benutzern weniger Verzögerungen, Pufferungsprobleme oder Verbindungsabbrüche auf, was zu einer reibungsloseren Kommunikation und Zusammenarbeit führt.
Der erste Schritt bei QoS ist die Klassifizierung des Datenverkehrs. Dazu werden die eingehenden Pakete analysiert und je nach Art der Anwendung oder des Dienstes, zu dem sie gehören, einer Kategorie zugeordnet.
Beispiel:
Sobald der Verkehr klassifiziert ist, wird er mit DSCP-Werten oder Layer-2-Tags wie 802.1p gekennzeichnet. Diese Markierungen werden von Netzwerkgeräten verwendet, um zu bestimmen, wie Pakete auf ihrem Weg durch das Netzwerk behandelt werden.
Sobald der Verkehr klassifiziert und markiert ist, können QoS-Richtlinien angewandt werden, um zu steuern, wie viel Bandbreite jede Verkehrsklasse erhält. Traffic Policing erzwingt eine strenge Bandbreitenbegrenzung, indem es Pakete verwirft, die das Limit überschreiten, während Traffic Shaping sicherstellt, dass der Verkehr innerhalb der erlaubten Bandbreite bleibt, indem überschüssige Pakete gepuffert und später gesendet werden.
Nach der Markierung und Überwachung werden die Pakete entsprechend ihrer Priorität in Warteschlangen eingereiht. Priority Queuing (PQ) stellt sicher, dass Pakete mit hoher Priorität, wie z. B. VoIP, zuerst verarbeitet werden, während Pakete mit niedriger Priorität, wie z. B. Dateidownloads, verarbeitet werden, wenn die Bandbreite verfügbar ist.
Wenn das Netz überlastet ist, können Überlastungsmanagementmechanismen wie Weighted Fair Queuing (WFQ) eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass jede Verkehrsart den ihr zugewiesenen Anteil an Bandbreite erhält.
| QoS-Mechanismus | Funktion | Anwendungsfall |
| Klassifizierung des Verkehrs | Identifiziert und klassifiziert verschiedene Arten von Verkehr | Priorisierung von kritischen Diensten wie VoIP |
| Verkehrskontrolle und -gestaltung | Kontrolliert die Geschwindigkeit des Datenverkehrs im Netz | Durchsetzung von Bandbreitenbeschränkungen für nicht unbedingt erforderlichen Datenverkehr |
| Warteschlangen und Zeitplanung | Sorgt dafür, dass Datenverkehr mit hoher Priorität zuerst verarbeitet wird | Qualitätsgarantie für Echtzeitdienste |
| Staumanagement | Verwaltung des Datenverkehrs bei Überlastung des Netzes | Gerechte Bandbreitenverteilung sicherstellen |
In Cisco-Netzwerken wird QoS auf Geräten wie Switches und Routern konfiguriert. Hier ein Beispiel für die Konfiguration von QoS auf einem Cisco Nexus 9000-Switch:
richtlinien-karte typ qos voip-richtlinie
Klassentyp qos class-default
dscp ef einstellen
Prioritätsstufe 1
In dieser Konfiguration:
Auf Checkpoint-Firewalls können Sie über die SmartConsole QoS-Richtlinien anwenden, um zum Beispiel verschiedene Arten von Datenverkehr zu priorisieren:
In Hillstone-Firewall-Lösungen kann QoS wie folgt konfiguriert werden:
| QoS-Technik | Vorteil | Allgemeiner Anwendungsfall |
| Differenzierte Dienste (DS) | Fein abgestufte Steuerung mit QoS-Markierung pro Paket | Priorisierung des VoIP- und Videokonferenzverkehrs |
| Prioritäts-Warteschlangen (PQ) | Gewährleistet, dass Datenverkehr mit hoher Priorität immer zuerst verarbeitet wird | Echtzeitanwendungen wie Sprache oder Spiele |
| Weighted Fair Queuing (WFQ) | Gerechte Aufteilung der Bandbreite auf verschiedene Verkehrsströme | Allgemeine Unternehmensnetzumgebungen |
| Polizeiarbeit und Formgebung | Sicherstellung der Durchsetzung von Bandbreitenbeschränkungen | Verhindern von Bandbreitenbeanspruchung durch bestimmte Anwendungen |
Erkennen Sie, welche Anwendungen geschäftskritisch sind, und weisen Sie ihnen die höchste Priorität zu. Dazu gehören in der Regel VoIP, Videokonferenzen und zeitkritische Geschäftsanwendungen.
Verwenden Sie Tools zur Netzwerküberwachung, um zu ermitteln, welche Dienste die meiste Bandbreite verbrauchen, und passen Sie die QoS-Richtlinien entsprechend an.
Beginnen Sie mit der Anwendung von QoS-Richtlinien auf kritische Dienste und weiten Sie diese nach und nach auf andere Anwendungen aus. Auf diese Weise lässt sich vermeiden, dass das Netzwerk von Anfang an mit komplexen Richtlinien überlastet wird.
QoS-Konfigurationen sollten regelmäßig getestet werden, insbesondere nach Änderungen im Netz, um sicherzustellen, dass der vorrangige Verkehr weiterhin ausreichend Ressourcen erhält.
QoS ist ein unverzichtbares Tool für die Aufrechterhaltung leistungsstarker Netzwerkumgebungen, insbesondere da immer mehr Anwendungen um die begrenzte Bandbreite konkurrieren. Durch sorgfältige Priorisierung und Verwaltung des Datenverkehrs können Netzwerkadministratoren sicherstellen, dass kritische Anwendungen wie VoIP und Videokonferenzen auch bei hoher Belastung optimal funktionieren. Unabhängig davon, ob Sie ein Unternehmensnetzwerk oder eine kleinere Infrastruktur verwalten, kann die Implementierung von QoS die Benutzerfreundlichkeit erheblich verbessern und die Leistung wichtiger Dienste schützen.
Alexander Timokhin
COO
Alexander Timokhin
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