QoS – Quality of Service

Abkürzung: QoS

QoS bezeichnet die Gesamtheit der Verfahren, mit denen ein Netz bestimmten Verkehr bevorzugt behandelt. Es schafft keine Bandbreite, sondern verteilt knappe Bandbreite nach Regeln — und greift deshalb nur dann, wenn es tatsächlich eng wird.

Kennzeichnen und behandeln

QoS zerfällt in zwei Schritte, die unabhängig voneinander sind und oft verwechselt werden.

Die Kennzeichnung schreibt in jedes Paket, zu welcher Klasse es gehört. Sie sagt nichts darüber, was damit geschieht.

Die Behandlung ist die Entscheidung des Geräts an der Engstelle: welche Warteschlange, welche Reihenfolge, welche Verwerfungsregel. Hier entsteht die Wirkung.

Eine Kennzeichnung ohne Behandlung ist wertlos, und eine Behandlung ohne Kennzeichnung muss die Klasse selbst erraten. Beides zusammen und auf allen Geräten des Wegs — das ist der Aufwand, den QoS tatsächlich bedeutet.

Wo die Kennzeichnung steht

Im IP-Kopf belegt sie sechs Bit und erlaubt damit 64 Werte. Davon sind einige mit festgelegtem Verhalten belegt: eine Klasse für Verkehr, der bevorzugt und mit geringer Verzögerung weiterzuleiten ist, mehrere Klassen mit gestaffelter Verwerfungswahrscheinlichkeit, und Werte für Netzsteuerungsverkehr.

Im Ethernet-Rahmen stehen drei Bit in der VLAN-Kennzeichnung, also acht Werte. Ohne VLAN-Kennzeichnung gibt es dieses Feld nicht — ein Rahmen auf einem Zugangsport ohne Kennzeichnung trägt keine Klasse.

Beide Kennzeichnungen laufen parallel und müssen aufeinander abgebildet werden, wenn Verkehr die Schichtgrenze überschreitet. Diese Abbildung ist eine der häufigsten Fehlerquellen: Ein Switch, der die IP-Kennzeichnung nicht ausliest, verwirft beim Entfernen der VLAN-Kennzeichnung die gesamte Klasseninformation.

Die Vertrauensgrenze

Jedes Endgerät kann seine Pakete beliebig kennzeichnen. Würde ein Netz diese Angaben übernehmen, würde jede Anwendung sich selbst die höchste Klasse zuweisen — und die Priorisierung wäre wirkungslos.

Deshalb gilt eine Grenze: An Zugangsports wird die Kennzeichnung eingehender Pakete verworfen und neu gesetzt, nach Regeln des Betreibers. Nur innerhalb des eigenen Netzes und gegenüber vertrauenswürdigen Nachbarn wird sie übernommen.

Die Entscheidung, wo diese Grenze liegt, ist der eigentliche Entwurf einer QoS-Umsetzung. Alles andere ist Einstellarbeit.

Was im Internet davon übrig bleibt

Hier liegt die wichtigste Einschränkung: Über Netzgrenzen hinweg trägt die Kennzeichnung nicht. Ein Übergang zu einem anderen Betreiber setzt die Werte in der Regel zurück oder ignoriert sie, weil er keinen Grund hat, fremden Angaben zu folgen — und weil er sonst Bandbreite verschenkt, für die niemand zahlt.

Daraus folgt: QoS wirkt innerhalb eines verwalteten Netzes. Für eine Verbindung über das Internet lässt sich damit nichts zusichern. Wer dort Güte braucht, kauft einen Dienst mit Zusage oder baut eigene Strecken.

Für den Heimanschluss heißt das: Die Priorisierung im Router wirkt auf dem Weg nach draußen, weil dort die Engstelle liegt und der Router sie selbst bedient. Auf dem Weg herein wirkt sie kaum, weil die Pakete schon angekommen sind, wenn der Router sie sieht.

Die Verfahren der Behandlung

Strikte Priorität bedient eine Warteschlange, solange sie nicht leer ist. Wirksam für Sprache, aber gefährlich: Eine Klasse, die zu viel Verkehr erhält, lässt die übrigen verhungern. Üblich ist daher eine Obergrenze für die bevorzugte Klasse.

Gewichtete Verteilung gibt jeder Klasse einen Anteil der Bandbreite und bedient sie abwechselnd. Fairer, aber mit höherer Verzögerung für die bevorzugte Klasse.

Begrenzung und Glättung halten eine Klasse auf einer vereinbarten Rate — die eine verwirft Überschuss sofort, die andere puffert ihn und gibt ihn verzögert ab.

Abgrenzung

AQM regelt den Füllstand einer Warteschlange, QoS die Reihenfolge zwischen mehreren. Das sind verschiedene Fragen: Ohne AQM kann auch die bevorzugte Klasse hinter einem überfüllten Puffer stehen, und ohne QoS sind alle Klassen gleich behandelt, aber die Warteschlange kurz. In Heimnetzen löst eine gute Warteschlangensteuerung die meisten Probleme, die man mit Priorisierung angehen wollte.

L4S erreicht niedrige Laufzeiten ohne Klassen — der Verkehr wird nicht bevorzugt, sondern die Warteschlange gar nicht erst aufgebaut. Das ist der entscheidende Unterschied zur Dienstgütekennzeichnung.

Bandbreitenreservierung sichert Kapazität im Voraus zu, statt bei Überlast zu entscheiden. Im Internet nie durchgesetzt, in abgegrenzten Netzen in Gebrauch.

Netzneutralität ist die rechtliche Frage dazu: welche Ungleichbehandlung ein Zugangsanbieter vornehmen darf.

Quellen

• IEEE Std 802.1Q: Bridges and Bridged Networks