Quality of Service oder QoS ist ein komplexes Thema. Aber seine Verwendung ist heutzutage so verbreitet, dass jeder Netzwerkadministrator davon wissen sollte. QoS wurde populär, da immer mehr Netzwerke begannen, Daten zu übertragen, die priorisiert werden mussten, während gleichzeitig die Nutzung von Freizeitnetzwerken immer alltäglicher wurde.
Unsere Absicht ist es nicht, Sie zu QoS-Experten zu machen, sondern möchten das Thema so weit wie möglich auf nicht-technischem Weg beleuchten.
Vereinfacht gesagt wollen wir damit folgende Frage beantworten: Was bedeutet QoS im Netzwerk und wozu ist es gut?
Dies ist kein Kurs über QoS-Theorie und -Implementierung. Wir zeigen Ihnen keinen einzigen Switch- oder Router-Befehl. Unser Ziel ist es, Ihnen zu ermöglichen, die Essenz von QoS einfach zu erfassen.
Wir beginnen damit, zu klären, was QoS ist – und was nicht. Danach machen wir eine kurze Pause, um einige Tools von SolarWinds zu besprechen, die Sie vielleicht ausprobieren möchten. Anschließend besprechen wir die verschiedenen Faktoren, die sich auf die Netzwerkleistung auswirken können. Dies führt uns zum Kern unserer Angelegenheit: wie QoS funktioniert. Wie Sie sehen werden, ist es viel einfacher, als es scheint. Und bevor wir zum Schluss kommen, besprechen wir, was passiert, wenn Sie QoS nicht verwenden, und wo QoS Ihnen nicht helfen kann.
Was ist QoS?
Da die Netzwerknutzung immer mehr Datenverkehr unterschiedlicher Art umfasste und Netzwerküberlastungen immer häufiger und wichtiger wurden, erkannten Ingenieure bald, dass sie eine Möglichkeit brauchten, um den Datenverkehr zu organisieren und zu priorisieren. QoS ist nicht eine Sache, sondern eine Kombination von Funktionen und Technologien, die zusammenarbeiten, um dies zu erreichen.
Durch viel Ausprobieren haben wir jetzt ein relativ universelles QoS-System, mit dem zuverlässig sichergestellt werden kann, dass wichtigem Verkehr die Aufmerksamkeit gewidmet wird, die er benötigt.
Ein wichtiger Aspekt von QoS ist, dass es von Ende zu Ende implementiert werden muss, um von Nutzen zu sein. QoS wird auf den Geräten – wie Switches und Routern – eingerichtet, die den Datenverkehr verarbeiten. Jedes solche Gerät im Datenpfad muss die richtige QoS-Konfiguration haben, sonst hat es nicht die erwartete Wirkung.
Außerdem muss jedes Gerät über eine QoS-Konfiguration verfügen, die mit den anderen kompatibel ist. QoS verwendet Prioritätsmarkierungen, um seine Magie zu vollbringen. Sie können sich leicht vorstellen, was passieren würde, wenn ein Gerät eine höhere Priorität als wichtiger einstufen würde, während ein anderes das Gegenteil täte.
QoS-Bedeutung im Netzwerk
Wir vergleichen oft Netzwerk mit Fahrzeugverkehr, wobei Autobahnen Netzwerkverbindungen und Fahrzeuge Datenpakete darstellen. Es ist eine ziemlich gute Analogie, da es viele Ähnlichkeiten zwischen den beiden Verkehrsarten gibt. Wahrscheinlich mehr als es Unterschiede gibt. Wir verwenden dieselbe Analogie, um konkret zu erklären, was QoS ist.
Stellen wir uns also eine stark befahrene Autobahn vor. Es ist Freitagnachmittag zur Hauptverkehrszeit und es gibt viele Autos und Lastwagen. Der Verkehr bewegt sich bereits ziemlich langsam, aber zu allem Überfluss nähern wir uns einer Kreuzung, und auf der anderen Seite dieser Kreuzung laufen Straßenarbeiten, die das Problem nur noch verstärken. Die meisten von Ihnen waren wahrscheinlich schon einmal in einer solchen Situation.
Um zu versuchen, den Verkehr etwas besser zu gestalten, gibt es an der kommenden Kreuzung einen Verkehrspolizisten. Er tut sein Bestes, um jedem Autofahrer seinen gerechten Anteil an der Straße zu geben. Aber auch mit seiner Hilfe bewegt sich nicht viel und man steckt, ob man will oder nicht, im Stau fest.
Dann hört man in der Ferne die Sirene eines Krankenwagens hinter sich. Dann schaltet der Verkehrspolizist an der Kreuzung auf Hochtouren.
Er erkennt, dass der Rettungswagen wirklich durchfahren muss, und achtet darauf, den Verkehr vor dem Rettungswagen passieren zu lassen und den Gegenverkehr so zu stoppen, dass dieser seine Route möglichst verzögerungsfrei fortsetzen kann. Währenddessen müssen andere Autofahrer warten, bis sie an der Reihe sind, bevor sie ihre Route fortsetzen können, nachdem das vorrangige Fahrzeug vorbeigefahren ist.
SolarWinds QoS: Die besten Tools!
Bevor wir fortfahren, möchte ich einige Tools von SolarWinds besprechen. Obwohl sie nicht direkt mit QoS in Verbindung stehen, sind beide sehr nützlich, um Engpässe in Ihren Netzwerken zu identifizieren und deren Ursachen zu erkennen.
Sie helfen Ihnen, die aktuelle Situation zu beurteilen, was der erste Schritt zur Behebung von Problemen im Allgemeinen und zur Implementierung von QoS ist.
1. Netzwerkleistungsmonitor ( KOSTENLOSE Testversion )
Das Flaggschiffprodukt von SolarWinds, der Network Performance Monitor, ist möglicherweise eines der besten Tools zur Überwachung der SNMP-Bandbreite. Dies ist ein Tool, das das Simple Network Management Protocol verwendet, um die Entwicklung der Bandbreitennutzung von Netzwerkschaltungen im Zeitverlauf grafisch darzustellen. Das Dashboard, die Ansichten und Diagramme der Software sind vollständig anpassbar. Das Tool lässt sich mit minimalem Aufwand einrichten und kann fast sofort nach der Installation mit der Überwachung beginnen. NPM kann von kleinsten Netzwerken bis hin zu riesigen Netzwerken mit Hunderten von Geräten skaliert werden, die über mehrere Standorte verteilt sind.
Der SolarWinds Network Performance Monitor verwendet SNMP, um Geräte in regelmäßigen Abständen – normalerweise fünf Minuten – abzufragen und deren Schnittstellenzähler auszulesen.
Es berechnet dann die Bandbreitennutzung, speichert sie in einer Datenbank für zukünftige Referenzen und zeigt Grafiken an, die die Entwicklung der Bandbreitennutzung im Laufe der Zeit zeigen. NPM ist ein riesiges Tool mit mehreren zusätzlichen Funktionen. Es kann beispielsweise Netzwerkkarten erstellen und den kritischen Pfad zwischen zwei Geräten anzeigen.
Die Preise für den Network Performance Monitor beginnen bei etwa 3.000 US-Dollar. Eine 30-tägige KOSTENLOSE Testversion ist verfügbar, falls Sie das Produkt vor dem Kauf lieber ausprobieren möchten.
2. NetFlow Traffic Analyzer ( KOSTENLOSE Testversion )
Der SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer bietet dem Administrator eine detailliertere Ansicht des Netzwerkverkehrs. Es zeigt nicht nur die Bandbreitennutzung in Bits pro Sekunde an.
Das Tool liefert detaillierte Informationen zum beobachteten Verkehr. Es wird Ihnen sagen, welche Art von Datenverkehr am häufigsten vorkommt oder welcher Benutzer mehr Bandbreite verwendet. Es liefert auch unschätzbare Informationen über die verschiedenen Arten von Datenverkehr – wie Webbrowsing, Business-Apps, Telefonie oder Videostreaming –, die in Ihrem Netzwerk übertragen werden.
Der NetFlow Traffic Analyzer verwendet das NetFlow-Protokoll, um detaillierte Nutzungsinformationen von Ihren Netzwerkgeräten zu sammeln. Das NetFlow-Protokoll ist in viele Netzwerkgeräte verschiedener Hersteller integriert. Wenn konfiguriert, senden Netzwerkgeräte detaillierte Informationen über jede Netzwerk-„Konversation“ oder jeden Fluss an einen NetFlow-Kollektor und -Analyzer. Der SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer ist ein solcher Kollektor und Analysator.
Wenn Sie das Produkt testen möchten, bevor Sie es kaufen, können Sie eine kostenlose 30-Tage-Testversion von SolarWinds herunterladen. Dies ist eine voll funktionsfähige Version, die keine Beschränkung hat, aber Zeit.
Faktoren, die die Netzwerkleistung beeinflussen
In einem typischen Netzwerk kann die Datenbereitstellung von mehreren Faktoren beeinflusst werden. Wir haben eine Liste der wichtigsten Faktoren zusammengestellt, die sich auf die Netzwerkleistung auswirken können.
Niedriger Durchsatz
Dies hat mit der Kapazität einer Netzwerkverbindung zu tun. Einige können mehr Verkehr verarbeiten als andere. Es wird normalerweise in Bits – oder oft Kilo oder Megabit – pro Sekunde gemessen. Wenn Sie die Kapazität der Verbindung überschreiten, kommt es zu Überlastungen und Leistungseinbußen.
Verworfene Pakete
Pakete können aus verschiedenen Gründen von Netzwerkgeräten verworfen werden. Vielleicht wurden sie beim Transport beschädigt und sind nicht mehr zu erkennen. Aber häufiger werden Pakete verworfen, wenn sie auf einem Gerät ankommen, dessen Puffer bereits voll sind. Die empfangende Anwendung erkennt normalerweise, dass einige Daten fehlen und fordert ihre erneute Übertragung an, was zusätzliche Verzögerungen und Leistungseinbußen verursacht.
Fehler
Rauschen und Interferenzen können Daten beschädigen. Dies gilt insbesondere bei drahtloser Kommunikation und über lange Kupferdrähte. Wenn Fehler erkannt werden, fordert die empfangende Anwendung die erneute Übertragung der fehlenden Daten an, was wiederum die Leistung beeinträchtigt.
Latenz
Die Latenz hat damit zu tun, dass Netzwerkgeräte Daten in eine Warteschlange stellen, bevor sie gesendet werden. Es kann auch passieren, wenn längere Strecken verwendet werden, um Staus zu vermeiden. Es sollte nicht mit Durchsatz verwechselt werden. Bei Latenz kann sich die Verzögerung mit der Zeit aufbauen, auch wenn der Durchsatz ausreichend ist.
Jitter
Jitter ist definiert als eine Variation der Verzögerung, die jedes Datenpaket benötigt, um sein Ziel zu erreichen. Es passiert aus verschiedenen Gründen. Zum Beispiel können zwei Pakete unterschiedliche Routen nehmen. Die Folge ist, dass bei zu hohem Jitter Pakete außerhalb der Reihenfolge an ihrem Ziel ankommen können. Wenn die Pakete Teil eines Word-Dokuments sind, werden sie korrekt neu geordnet und niemand wird betroffen sein, aber wenn wir über Sprach- oder Streaming-Videodaten sprechen, kann dies alle möglichen Probleme verursachen.
Wie wir gerade gesehen haben, werden einige Arten von Datenverkehr – beispielsweise Sprache oder Videostreaming – stärker von Leistungsproblemen beeinflusst. Aus diesem Grund erfordert unterschiedlicher Verkehr eine unterschiedliche Handhabung und warum gibt es QoS.
So funktioniert QoS
Bevor wir beginnen, möchte ich ein paar Dinge sagen. Erstens bin ich kein Netzwerkingenieur. Zweitens besteht das Ziel dieser Erklärung nicht darin, absolut genau zu sein. Ich vereinfache bewusst die Dinge und verdrehe vielleicht sogar die Realität bis zu einem gewissen Grad, um diesen Abschnitt leichter verdaulich zu machen. Mein Ziel ist es, Ihnen eine allgemeine Vorstellung davon zu geben, wie es funktioniert, und nicht, Sie in der QoS-Konfiguration zu schulen.
QoS funktioniert, indem es identifiziert, welcher Datenverkehr „wichtiger“ ist, und diesen Datenverkehr im gesamten Netzwerk priorisiert. Es gibt keine „goldene Regel“, welcher Verkehr wichtiger ist als anderer. Offensichtlich wird ein gewisser Datenverkehr – wie Sprach- oder Streaming-Video – normalerweise als wichtig angesehen, einfach weil er nicht richtig funktioniert, wenn er unter Leistungseinbußen leidet. Ein Teil des Datenverkehrs – wie das Surfen im Internet in vielen Organisationen – wird als unwichtig angesehen und wird daher nicht priorisiert.
QoS besteht aus zwei Komponenten. Zunächst muss der Verkehr klassifiziert und gekennzeichnet werden. Obwohl es mehrere Möglichkeiten gibt, den Verkehr zu markieren, sind heute differenzierte Dienste am weitesten verbreitet. Dies ist diejenige, die wir in Kürze näher erläutern werden. Die zweite Komponente ist das Queuing, das dafür sorgt, dass Prioritätsdaten mit möglichst geringen Verzögerungen übertragen werden. Die Warteschlangen werden an den Netzwerkgeräten gemäß den Markierungen der differenzierten Dienste durchgeführt.
Differentiated Services oder DiffServ verwenden einen Sechs-Bit-Code im Header jedes gepackten Pakets, um entsprechend mehreren Klassen mit zunehmender Priorität zu markieren. Diese Markierung wird als Differentiating Services Code Point oder DSCP bezeichnet. Typische DSCP-Werte reichen von 0, dem unwichtigsten Verkehr, bis 48, dem wichtigsten.
Klassifizierung und Kennzeichnung
Damit der Netzwerkverkehr entsprechend seiner Priorität richtig behandelt werden kann, muss er zunächst klassifiziert und entsprechend gekennzeichnet werden. Die Markierung kann direkt an der Quelle erfolgen. Zum Beispiel ist es nicht ungewöhnlich, dass IP-Telefone ihren Verkehr als DSCP 46 markieren, ein Wert mit hoher Priorität. Bei Traffic, der nicht an der Quelle markiert ist, sind die Dinge etwas komplizierter.
Unmarkierter Verkehr existiert bei DiffServ eigentlich nicht. Standardmäßig ist der gesamte Datenverkehr mit DSCP 0 gekennzeichnet, der niedrigsten Priorität. Es liegt am ersten Netzwerkgerät, das den Datenverkehr verarbeitet – normalerweise ein Switch –, um ihn zu markieren. Wie wird es gemacht? Meist über ACLs.
ACLs oder Access Control Lists sind eine Funktion der meisten Netzwerkgeräte, die zum Identifizieren des Datenverkehrs verwendet werden können. Wie der Name schon sagt, wurden sie ursprünglich zur Kontrolle des Zugriffs verwendet. ACLs identifizieren Datenverkehr basierend auf mehreren Kriterien. Darunter sind die Quell- und Ziel-IP-Adresse sowie die Quell- und Zielportnummer die gebräuchlicheren. Im Laufe der Jahre wurden ACLs immer ausgefeilter und können nun verwendet werden, um einen ganz bestimmten Verkehr präzise auszuwählen.
Im Fall von ACLs, die zum Einfügen von QoS-Markierungen verwendet werden, legen die Regeln nicht nur fest, wie Datenverkehr erkannt wird, sondern auch, mit welchem DSCP-Wert dieser markiert wird.
Warteschlangen
Nachdem der Verkehr nun markiert ist, müssen Sie ihn nur noch entsprechend seiner Markierung priorisieren. Dies wird normalerweise erreicht, indem mehrere Warteschlangen mit steigender Priorität verwendet werden. Obwohl DSCP-Werte 6 Bit breit sind und daher von 0 bis 63 reichen können, verwenden Netzwerkgeräte selten so viele Warteschlangen. Es ist typisch für die meisten Netzwerkgeräte, drei bis sieben Warteschlangen zu verwenden, wobei fünf die häufigste Zahl ist. Bei fünf Warteschlangen und über 60 Markierungen haben Sie sicher festgestellt, dass mehr als ein DSCP-Wert in jede Warteschlange passt.
Die Warteschlange mit der niedrigsten Priorität, die oft als Best-Effort- oder BE-Warteschlange bezeichnet wird, erhält die geringste Aufmerksamkeit von der Routing-Engine. Umgekehrt erhält die Warteschlange mit der höchsten Priorität, die wir oft als Echtzeit oder RT bezeichnen, die meiste Aufmerksamkeit. Dadurch wird sichergestellt, dass „wichtiger“ Verkehr vorrangig geroutet oder geschaltet wird. Dies bedeutet natürlich auch, dass sich Best-Effort stark verzögern und vielleicht sogar nie geliefert werden kann. Dies ist bei der Klassifizierung und Kennzeichnung von Best-Effort-Verkehr zu beachten
Folgen der Nichtverwendung von QoS
Die Folgen der Nichtverwendung von QoS sind sehr unterschiedlich. Wenn Ihr Netzwerk beispielsweise keinen hochsensiblen Datenverkehr wie IP-Telefonie oder Videostreaming überträgt, kann die Nichtverwendung von QoS keinen Unterschied machen. Dies gilt insbesondere, wenn Ihr aktuelles Verkehrsaufkommen gering ist. Tatsächlich bringt QoS in einer Situation mit geringem Datenverkehr fast keinen Nutzen. Wenn wir zu unserer Autobahn-Analogie zurückkehren. Wenn der Krankenwagen allein auf einer 5-spurigen Autobahn unterwegs ist, muss er nicht priorisiert werden.
In Situationen, in denen Ihr Netzwerk jedoch unter einem oder mehreren Problemen wie Überlastung und Überlastung leidet, führt das Fehlen von QoS zu allen möglichen Problemen. Bei Datenverkehr, der eine Übertragung in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit erfordert, wie beispielsweise IP-Telefonie, kann dies beispielsweise die Ursache für verstümmeltes, abgehacktes oder unverständliches Audio sein. Das Videostreaming wäre ebenfalls betroffen, was zu einer übermäßigen Pufferung während der Wiedergabe führen würde.
Aber auch andere Dienste könnten unter dem Fehlen von QoS leiden. Stellen Sie sich vor, ein Benutzer eines Unternehmensnetzwerks versucht, auf ein wichtiges webbasiertes Buchhaltungssystem zuzugreifen, während gleichzeitig Hunderte von Benutzern in ihrer Mittagspause sind und intensiv im Internet surfen. Dies könnte die Abrechnungsanwendung unbrauchbar machen, es sei denn, ihr Verkehr wird unter Verwendung von QoS korrekt priorisiert.
QoS wird nicht alles reparieren
Aber so gut es auch ist, die Implementierung von QoS ist nicht die Lösung für jedes Problem. Netzwerkadministratoren neigen dazu, zu denken, dass die Implementierung von QoS sie von der Notwendigkeit befreit, zusätzliche Bandbreite hinzuzufügen. Es stimmt zwar, dass die Implementierung von QoS eine sofortige und sehr offensichtliche Verbesserung des Betriebs von Verkehr mit hoher Priorität bewirken wird. Es wird auch eine mit niedrigerer Priorität herabsetzen.
QoS kümmert sich um vorübergehende Netzwerküberlastungen und stellt sicher, dass geschäftskritische Dienste auch während einer Überlastung ordnungsgemäß funktionieren, aber nicht gestoppt werden. Sie müssen weiterhin die Netzwerknutzung überwachen und ein Kapazitätsplanungsprogramm eingerichtet haben.
Fazit
QoS sollte Teil der Netzwerkstrategie jedes Unternehmens sein, sollte aber nicht das einzige Element sein. Vor allem aber sollte man bei der Planung und Einrichtung von QoS äußerste Sorgfalt walten lassen. Während es bei richtiger Anwendung kleine Wunder bewirken kann, könnte es die Situation für bestimmte Benutzer noch viel schlimmer machen. Und bevor Sie QoS implementieren, sollten Sie auch Monitoring-Tools einsetzen, um die Situation zu beurteilen. Dieselben Tools werden auch nach der Implementierung von unschätzbarem Wert sein.
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