Qualitätsmanagement versus Bandbreite

Queuing-Mechanismen

Der Oberbegriff für die Zusicherung verschiedener Dienstgüten heißt Quality of Service (QoS). Diese bietet zum Beispiel die Möglichkeit, bestimmten Anwendungen eine vom Administrator definierte Bandbreite zuzuweisen.

Um die vorhandene Bandbreite besser zu verwalten, bietet QoS zwei Lösungsansätze: Zum einen lassen sich Ressourcen vom Sender zum Empfänger reservieren, wobei Sender und Empfänger sowohl Endgeräte als auch Router sein können. Zum anderen besteht die Möglichkeit, Datenpakete im Netzwerk zu priorisieren. Eine QoS-Zusage ist dabei nur so gut, wie das schwächste Element in der langen Kette der Datenübertragung zwischen Sender und Empfänger. Darum sollten die verschiedenen Komponenten von Layer 1 bis 7 zusammenarbeiten, um eine effiziente End-to-End- Kommunikation zu ermöglichen. Sie müssen zum Beispiel in der Lage sein, Layer-3-Verkehr auf Layer 2 umsetzen, damit auch die Switches in den Unternehmen den wichtigen Verkehr bevorzugt zum Endanwender weiterleiten. Router sorgen dafür, das IP-Pakete den richtigen Weg zum Empfänger finden. Sie vergleichen die Zieladresse mit der integrierten Weiterleitungstabelle (Routing Table) und bestimmen so den nächsten Knotenpunkt.

Wenn IP-Pakete einen Router passieren, entstehen Verzögerungszeiten durch Warteschlangen (Queues), Auslesen der Pakete und durch die Wegwahl. Um die Gesamtverzögerungszeit vom Sender bis zum Empfänger zu minimieren, sollten die Geräte die Queues bestmöglich verwalten. Router arbeiten nach dem Fifo-Prinzip (First in, first out). Das heißt, Daten, die aufgrund der Zieladresse das Gerät auf einem bestimmten Port verlassen, müssen so lange warten, bis alle zuvor eingetroffenen Pakete verschickt sind, die auch über diese Schnittstelle gesendet werden sollen, versendet sind. Ist der Speicher überfüllt, beginnt der Router damit, Pakete zu verwerfen. Die Technik Random Early Discard (RED), wirkt dem entgegen, indem sie die Auslastung der Eingangs-Queues effizient steuert. Dies verbessert den Durchsatz bei Überlastung. Wirft der Router dennoch Daten aus dem Speicher, lassen sich mit Weighted Random Early Discard (WRED) Prioritäten beim Löschen festlegen.

Eine andere Möglichkeit, Datenströme über die Warteschlangen zu priorisieren, sind die beiden Verfahren Strict Priority Queuing und Weighted Fair Queuing. Ersteres sammelt Daten entsprechend ihren Prioritäten und leitet sie in definierte Ausgangsspeicher. Bei der zweiten Technik versendet der Router die Traffic-Flows gewichtet. Jeder Ausgang bekommt einen bestimmten Prozentsatz der verfügbaren Bandbreite. Dadurch lassen sich auch Daten mit der niedrigsten Priorität fortlaufend versenden. Je nach Auslastung der Ausgänge ist es möglich, die gerade verfügbare Bandbreite dynamisch zuzuweisen.