Was ist QoS? So nutzen Sie QoS für schnellere Internetgeschwindigkeiten, wenn Sie es am meisten brauchen

WebTech360 – Im folgenden Artikel stellen wir Ihnen das Konzept von QoS (Quality of Service) auf Routergeräten vor und führen Sie durch das Erlernen dieses Konzepts.

Was ist QoS?

QoS (Quality of Service) ist eine Möglichkeit, die Verkehrspriorität eines Netzwerksystems zu steuern. Diese Funktion wirkt auf allen Ebenen des Systems. In diesem Test konzentrieren wir uns jedoch auf Router, die in Heim- oder Privatmodellen eingesetzt werden. Genauer gesagt zeigt QoS seine Wirkung an Orten, an denen häufig Engpässe auftreten (oder allgemein als Engpässe bezeichnet werden), und entscheidet gleichzeitig, welcher Teil des Verkehrs wichtiger ist als der Rest, basierend auf den vom Benutzer festgelegten Regeln für IP-Adressen, MAC-Adressen, aktive Dienste usw.

QoS-Anwendungsfälle in der Praxis

Um es besser zu verstehen, betrachten wir einen Stau auf der Autobahn zur Hauptverkehrszeit. Alle Autofahrer haben ein Ziel: ihr Ziel zu erreichen. Deshalb müssen sie in Bewegung bleiben, auch wenn es nur im Schneckentempo geht.

Dann machte sie das Sirenengeräusch eines Krankenwagens auf ein Fahrzeug aufmerksam, das dringend an sein Ziel musste und vor ihnen fahren musste. Also gingen die Fahrer zur Seite – nun hatte der Krankenwagen Vorfahrt – und ließ ihn passieren.

Auch bei der Datenübertragung in einem Netzwerk werden bestimmte Datentypen bevorzugt behandelt. Wichtige Datenpakete müssen ihr Ziel deutlich schneller erreichen als die übrigen, da sie zeitkritisch sind und verfallen, wenn sie nicht rechtzeitig ankommen.

Warum ist QoS wichtig?

Früher waren Informationsnetzwerke und Unternehmensnetzwerke getrennte Einheiten. Telefongespräche und Fernkommunikation wurden typischerweise über ein RJ11-Netzwerk abgewickelt. Die Anrufe wurden von einer Nebenstellenanlage überwacht. Diese lief getrennt vom RJ45-IP-Netzwerk, das Laptops, Desktops und Server verband. Die beiden Netzwerktypen überschnitten sich selten, es sei denn, ein Computer benötigte beispielsweise eine Telefonleitung für die Verbindung zum Internet. Ein Beispiel für ein solches Netzwerk sähe so aus:

Als Netzwerke nur Daten übertrugen, war Geschwindigkeit weniger wichtig. Heute müssen interaktive Anwendungen, die Audio und Video übertragen, mit hoher Geschwindigkeit über Netzwerke bereitgestellt werden, ohne dass Paketverluste oder Schwankungen in der Übertragungsgeschwindigkeit auftreten.

Heutzutage nutzen viele Unternehmen Online-Meeting-Anwendungen wie Skype, Zoom und GoToMeeting, die IP-Transportprotokolle zum Senden und Empfangen von Video- und Audionachrichten verwenden. Aus Gründen der Geschwindigkeit können diese wichtigen Anwendungen die Aufgaben ohne die Verwaltungsprozesse erledigen, die bei herkömmlichen Datenübertragungen normalerweise erforderlich sind.

Wo kommt es normalerweise zu Engpässen?

Der Hauptbetriebsmechanismus von QoS wird normalerweise angewendet, wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt oder an einer bestimmten Stelle im System ein Engpass auftritt. Der Hauptfaktor hierbei sind die Parameter, die Sie in Bezug auf die Bandbreite festlegen :

Angenommen, Ihre QoS -Einstellungen überschreiten die Bandbreite , die Ihnen Ihr ISP zuweist . Was passiert, wenn Ihr Router-Verkehr nicht priorisiert wird , weil das System die Bandbreite für angemessen hält ? Wenn Sie das Limit Ihres ISPs erreicht haben, entscheidet dieser, was weiterlaufen darf und was nicht.

Wenn Sie die QoS-Bandbreitenstufe niedriger als den Standard des ISP einstellen, bedeutet dies außerdem, dass Sie einen „künstlichen“ Engpass erzeugen, den wir über den Router steuern, überwachen und beobachten können.

Um die Stabilität des Systems zu gewährleisten, sind einige Punkte zu beachten, einschließlich der Uplink- und Downlink -Einstellungen :

Beginnen wir mit der Überprüfung der durchschnittlichen Verbindungsgeschwindigkeit, die wir von unserem ISP verwenden. Dazu können Sie einige verfügbare Online-Supportdienste wie Speakeasy Speed ​​​​Test und SpeedTest nutzen :

Experten und erfahrene Anwender empfehlen, die QoS auf etwa 85 % des im Test ermittelten Werts einzustellen, um einen effektiven Systembetrieb zu gewährleisten. Nach der Ermittlung der Uplink- und Downlink- Geschwindigkeit sollten diese schrittweise um jeweils etwa 1–2 % erhöht werden . In Sonderfällen kann die QoS auf bis zu 95 % erhöht werden , ohne dass die Systemleistung beeinträchtigt wird.

Was passiert, wenn QoS im Netzwerk nicht verwendet wird?

Eine nicht korrekte QoS-Konfiguration kann zu einem (oder allen) der folgenden Probleme führen:

Verzögerung

Wenn RTP-Paketen keine Priorität zugewiesen wird, werden sie mit der Standardrate des Geräts übermittelt. In einem überlasteten Netzwerk müssen die Pakete zusammen mit den übrigen, nicht dringenden Paketen übertragen werden. Die Netzwerklatenz selbst beeinträchtigt zwar nicht die Qualität der übermittelten audiovisuellen Daten, beeinträchtigt jedoch die Kommunikation zwischen Endbenutzern. Bei einer Latenz von 100 ms beginnt eine Person, die anderen ins Wort zu fallen, da die Pakete nicht synchron ankommen, und bei 300 ms wird das Gespräch unverständlich.

Jitter

Echtzeitanwendungen verzichten auf die standardmäßige Pufferung auf Transportebene, sodass es keinen Mechanismus gibt, um eingehende Pakete in der richtigen Reihenfolge wiederherzustellen. Jitter bezeichnet die unregelmäßige Rate, mit der Pakete im Netzwerk ankommen. Dies kann dazu führen, dass Pakete verspätet und in der falschen Reihenfolge eintreffen. Da die Anwendung nicht wartet, bis der Stream die richtige Reihenfolge erreicht hat, werden Pakete, die nicht in der richtigen Reihenfolge sind, verworfen, was zu Verzerrungen oder Lücken in der Audio- oder Videoübertragung führt.

Paketverlust

Dies ist der schlimmste Fall, bei dem einige (oder ein Teil) der Pakete aufgrund einer zu starken Überlastung der Netzwerkgeräte verloren gehen. Wenn die Ausgabewarteschlange eines Switches oder Routers voll ist, kommt es zu einem Tail Drop, bei dem das Gerät alle neuen Pakete verwirft, bis wieder Kapazität verfügbar ist.

In allen Fällen, die Sie gerade gesehen haben, kann QoS durch die Planung von Daten, die Verwaltung von Warteschlangen und die Verhinderung von Datenverlusten hilfreich sein.

Es ist nicht schwer, sich vorzustellen, wie stark Kommunikation und Medien-Streaming ohne QoS beeinträchtigt werden könnten – insbesondere in Netzwerken, die das RTP-Protokoll verwenden. Selbst bei perfekter Konzeption wird die Kommunikation zunächst schwierig, verschlechtert sich dann mit zunehmendem Netzwerkverkehr und wird schließlich unmöglich.

Die drei oben genannten Fehler sind tatsächlich sehr wichtig für die Bestimmung der Qualität des RTP-basierten Datenverkehrs, den QoS- und Netzwerküberwachungssoftwareunternehmen wie SolarWinds als Maßstab verwenden.

Netzwerktools zur QoS-Überwachung

SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer (Kostenlose Testversion)

Es wäre ziemlich unfair, fortzufahren, ohne etwas mehr über eines der besten Netzwerküberwachungstools auf dem Markt zu erwähnen: SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer.

Diese Netzwerküberwachungssuite hilft bei der Lösung von Problemen, die durch Folgendes verursacht werden können:

- Langsames Netzwerk : Ein langsames Netzwerk kann sich negativ auf das Unternehmen auswirken, da es die Datenübertragungsgeschwindigkeit kontinuierlich verlangsamt. Wenn Netzwerkengpässe nicht beseitigt werden, leidet das gesamte Unternehmen unter schlechter Konnektivität.

- Langsame Kommunikation : Ein Unternehmen, das keinen klaren Kommunikationskanal innerhalb seines Netzwerks etabliert, wird gelähmt sein. Schlimmer noch: Eine unzureichende Kommunikation mit den Kunden bringt das Unternehmen mit ziemlicher Sicherheit in Schwierigkeiten.

- Unüberwachtes Netzwerk : Administratoren, die ihre Netzwerke nicht ordnungsgemäß überwachen können, kennen weder den aktuellen Zustand noch wissen sie, wie sie zukünftige Netzwerkerweiterungen planen sollen. Ohne Überwachung des Netzwerks und Verfolgung der Leistung jedes einzelnen Geräts können Netzwerkmanager keine fundierten Entscheidungen treffen und verschärfen wahrscheinlich die Netzwerkleistungsprobleme.

Ausgestattet mit dem Netflow Traffic Analyzer können Netzwerkadministratoren häufig auftretende Probleme lösen, da das Tool hilft:

• Hilft bei der Implementierung und Optimierung von QoS – durch Datenfluss-Feedback
• Überprüfen und berichten Sie über die aktuelle QoS-Richtlinienkonfiguration, um Designentscheidungen zu treffen.
• Überwachen Sie die Bandbreitennutzung, um festzustellen, welche Anwendungen und Geräte Netzwerkressourcen beanspruchen – diese können isoliert, neu geplant oder deaktiviert werden.

Ein typisches Netflow Traffic Analyzer-Dashboard enthält wichtige Informationen, die Administratoren benötigen, um Status zu überwachen und schnelle Einstellungsanpassungen vorzunehmen. Ein Beispiel:

Diese Berichte und Analysen umfassen: Latenz, Jitter und Paketverlust.

Paessler PRTG

Eine weitere Option zur Überwachung der QoS ist Paessler PRTG. Dieses Netzwerküberwachungs-Toolkit verfügt über einen eigenen Bereich zur Überwachung der QoS-Leistung. Diese Funktion zeigt Ihnen getaggte Verkehrsströme in Echtzeit an und speichert die Daten für Leistungsanalysen und Kapazitätsplanung.

Die PRTG-Software umfasst vier Überwachungssensoren, die drei verschiedene QoS-Methoden abdecken. Ergänzt werden sie durch einen Ping-Jitter-Sensor, der die Regelmäßigkeit der Paketübermittlung innerhalb eines Datenflusses überwacht.

PRTG kann drei QoS-Typen überwachen: Standard-QoS, Cisco IP-SLA und Cisco CBQoS. Standard-QoS-Monitore werden als Einwegsensoren oder Round-Trip-Sensoren implementiert. Diese Monitore können Verbindungen über das Internet überwachen.

Der Cisco IP-SLA Sensor wurde speziell für die Überwachung des getaggten VoIP-Verkehrs in Ihrem Netzwerk entwickelt. Er zeichnet verschiedene Messdaten für den Sprachverkehr auf, darunter Roundtrip-Verzögerung, Latenz, Jitter und Mean Opinion Score (MOS).

Der Cisco CBQoS Sensor folgt einer klassenbasierten Quality of Service-Implementierung. CBQoS ist ein Warteschlangenverfahren. Wenn Sie es implementieren möchten, müssen Sie mehrere Einstiegspunkte an Ihren Routern und Switches überwachen. Sie erstellen mindestens drei virtuelle Warteschlangen für jedes Gerät, sodass mehr zu überwachen ist.

PRTG kann Ihre gesamte Netzwerkinfrastruktur automatisch einrichten und abbilden. Die Implementierung von QoS erfordert jedoch Entscheidungen. Sie müssen die Methode daher selbst einrichten und entscheiden, welche Arten von Netzwerkverkehr priorisiert werden sollen.

Bei Paessler ist die Nutzung von PRTG kostenlos, wenn Sie nur bis zu 100 Sensoren aktivieren. Sollten Sie mehr benötigen, können Sie das System 30 Tage lang kostenlos testen, inklusive QoS-Monitoring.

Wie konfiguriere ich QoS?

Kabelrouter und -switches können so konfiguriert werden, dass Protokolle priorisiert werden, auf die normalerweise die Router-Management-Software zugreift. Die Konfiguration der QoS-Optionen ist relativ einfach und umfasst:

• Melden Sie sich bei der App an und stellen Sie eine Verbindung zum Hub her oder wechseln Sie darüber
• Navigieren Sie zum QoS-Konfigurationsmenü
• Paketprioritätsoptionen festlegen

Dadurch können Medienpakete reibungslos über das Netzwerk fließen. Erfahrene Netzwerktechniker können alle oben aufgeführten Aufgaben über die Befehlszeilen-Konfigurationsschnittstelle ausführen.

Wie werden RTP-Pakete priorisiert?

Die Priorisierung von QoS-Paketen kann mit zwei Hauptmethoden erfolgen:

- Klassifizierung : Diese effiziente Methode identifiziert Pakettypen und weist ihnen durch Markierung Priorität zu. Die Identifizierung kann über ACLs (Access Control Lists), die Implementierung von LANs mittels CoS (Class of Service) oder mithilfe von Switches mit hardwarebasierter QoS-Markierung erfolgen.

- Warteschlangen : Warteschlangen sind Hochleistungsspeicherpuffer in Routern und Switches. Pakete, die sie durchlaufen, werden in dedizierten Speicherbereichen gehalten, bis sie gesendet werden. Wenn Protokollen wie RTP eine höhere Priorität zugewiesen wird, werden sie in eine dedizierte Warteschlange verschoben, die die Daten schneller weiterleitet und so das Risiko eines Datenverlusts verringert. Warteschlangen mit niedrigerer Priorität werden nicht behandelt.

Wichtig ist hierbei, dass die Prioritätskennzeichnung eines Pakets nur innerhalb des Netzwerks gültig ist, in dem es erstellt wurde. Sobald es das Netzwerk verlässt, bestimmt der Eigentümer des empfangenden Netzwerks seine neue Priorität.

Was bei der Priorisierung von Paketen zu beachten ist

Einige Dinge und Tipps, die bei der Entscheidung über die Priorisierung von Paketen hilfreich sein können, sind:

- Es ist generell sinnvoll, Prioritätsmarkierungen von den Geräten zuweisen zu lassen, die der Datenquelle am nächsten sind. Dadurch wird sichergestellt, dass Pakete mit der richtigen Priorität durch das gesamte Netzwerk übertragen werden.

- Das zum Markieren eingehender Pakete ausgewählte Gerät sollte immer ein Switch sein. Dies liegt daran, dass diese Geräte den Datenverkehr im Netzwerk ausgleichen und die Last mit anderen Switches teilen können, wodurch die Belastung ihrer CPUs reduziert wird.

- Der eingehende Datenverkehr ist fast immer größer als der ausgehende. ISPs weisen dem ausgehenden Datenverkehr ihrer Kunden in der Regel weniger Bandbreite zu, und genau dort (auf dem ausgehenden Netzwerkpfad) muss QoS hauptsächlich angewendet werden.

Cisco hat eine Empfehlung zur Markierung von Paketen, wie in diesem Diagramm dargestellt:

Der Erfolg einer QoS-Implementierung hängt letztlich immer von der Qualität der Richtlinie ab, die die Klassifizierung, Kennzeichnung und Warteschlangeneinteilung von Paketen regelt. Für eine erfolgreiche QoS-Implementierung muss die Richtlinie sorgfältig ausgearbeitet werden.

Wofür sollte QoS nicht verwendet werden?

Nachdem Sie über QoS gelesen haben, denken Sie vielleicht, es sei ein Allheilmittel gegen Netzwerküberlastung. Bis zu einem gewissen Grad kann QoS die meisten RTP-Kommunikationen reibungsloser gestalten und den Netzwerkverkehr scheinbar rationalisieren. Leider ist QoS keine universelle Lösung für alle Netzwerkprobleme.

Verwenden Sie QoS niemals für die folgenden Zwecke:

Erhöhen Sie die Bandbreite

Obwohl QoS dabei hilft, RTP-Pakete zu priorisieren und den Eindruck erweckt, dass das Netzwerk plötzlich die Bandbreite erhöht, sollte es niemals so verstanden werden. QoS sollte niemals als Werkzeug zur „Erhöhung der Bandbreite“ verwendet werden, wenn es lediglich dazu dient, vorhandene Ressourcen etwas effizienter (und zugunsten von RTP-Paketen) zu nutzen.

Erwägen Sie stattdessen das Zwischenspeichern von Dateien, um die Datenmenge zu reduzieren. Wenn das nicht funktioniert, ist die Bandbreitengrenze erreicht. Wenn ein Unternehmen diese Grenze erreicht, besteht die einzige praktikable Option darin, zusätzliche Netzwerkausrüstung zu kaufen, anstatt QoS zu verwenden.

Verhindern Sie eine Überlastung des Netzwerks

Wenn einige Anwendungen weiterhin ausgeführt werden und langsam die Netzwerkbandbreite verbrauchen, ist die Implementierung von QoS nicht die Lösung. Zwar werden Skype-Anrufe möglicherweise endlich durchgestellt, aber QoS löst das Problem nicht. Letztendlich „verschlucken“ die Anwendungen alle verfügbaren Ressourcen und machen die Vorteile von QoS zunichte.

Eine Lösung, die hier funktionieren könnte, besteht darin, nach ressourcenhungrigen Apps zu suchen und diese zu deaktivieren oder ihre Ausführung so zu planen, dass sie außerhalb der Geschäftszeiten ausgeführt wird.

Der Zweck der QoS-Konfiguration in Ihrem Netzwerk besteht darin, sicherzustellen, dass Ihre Streaming-Audio- und Videoanrufe nicht aufgrund von Netzwerküberlastung verzögert (oder gar abstürzen) werden. QoS ist kein Tool, das die Bandbreite tatsächlich erhöhen kann. Es kann auch kein überlastetes Netzwerk durchdringen.

Eine gute QoS-Implementierung verbessert die Qualität und Geschwindigkeit kritischer Daten durch Optimierung der zugewiesenen Bandbreite, erleichtert die Kennzeichnung von Paketen zur Identifizierung und die Zuweisung bestimmter Prioritäten. QoS nutzt die verfügbare Bandbreite, erweitert sie jedoch nicht.

Häufig gestellte Fragen zu QoS in Netzwerken

Was ist der Unterschied zwischen QoS und Netzwerkdrosselung?

Drosselung, auch als „Policing“ bezeichnet, bedeutet, den Datendurchsatz insgesamt zu begrenzen und übermäßigen Datenverkehr zu reduzieren. QoS ist eine Methode, bei der bestimmter Datenverkehr gegenüber anderem priorisiert und durch Warteschlangenbildung die Bandbreite für einen Teil des Datenverkehrs auf Kosten des anderen Datenverkehrs maximiert wird.

Was ist die Hauptrolle von DSCP bei QoS?

Der Differentiated Services Code Point (DSCP) erscheint im Paketheader. Dies ist eine Möglichkeit auf Paketebene, Priorität von der QoS-Verwaltungssoftware auf den Netzwerkgeräten anzufordern. Der Netzwerkmanager kann die DSCP-Erkennung auf dem Gerät aktivieren oder deaktivieren, sodass dieser Wert zugunsten einer anderen QoS-Warteschlangenmethode ignoriert werden kann.

Können Sie Traffic Shaping in QoS erklären?

Traffic Shaping ist eine QoS-Methode, um die Netzwerkkapazität optimal zu nutzen. Alle Netzwerke unterliegen Spitzenlasten, und die traditionelle Kapazitätsplanung erfordert die Bereitstellung von Bandbreite auf Spitzenniveau zuzüglich einer Sicherheitsmarge. QoS Traffic Shaping führt bei bestimmten Datenverkehren kleine Verzögerungen ein, damit ein Netzwerk mit geringerer Kapazität als bei Spitzenlast den gesamten Datenverkehr bewältigen kann.

Viel Glück!