Quality of Service (QoS)

Messbar werden Quality of Service-Maßnahmen durch unterschiedliche Parameter:

• Bandbreite: Damit die gesamte Bandbreite optimal genutzt werden kann, muss sie auch verwaltet werden. Mit QoS wird den Anwendungen, die mehr Ressourcen benötigen, auch mehr Bandbreite zugeteilt.
• Paketverluste: Verluste treten auf, wenn das System überlastet ist und Datenpakete nicht verarbeitet werden können. Dies führt zu Jitter (Störungen) oder Abbrüchen.
• Latenz: Mit dem sogenannten Ping wird die Verzögerung gemessen, in der ein Datenpaket an seinem Bestimmungsort ankommt.
• MOS: Der Mean Opinion Score bewertet die Sprachqualität. Hier wird mittels einer Fünf-Punkte-Skala die Qualität gemessen. Fünf steht für die beste Qualität.

Quality of Service steht für die Kontrolle und Verwaltung von Netzressourcen. Es ist ein Bündel an Maßnahmen und Parametern, die helfen Echtzeitanwendungen störungsfrei zu halten. Mit QoS wird daher die Qualität eines Kommunikationsdienstes aus Sicht des Nutzers bemessen. Quality of Service wird häufig mit QoS abgekürzt. Im Deutschen entspricht es dem selten gewordenen Begriff der „Dienstgüte“.

Es gibt unterschiedliche QoS-Systeme:

Netzwerke nutzen das Best-Effort-Prinzip, das alle Datenpakete gleichberechtigt behandelt. Hier wird nicht zwischen zeitkritischen Anwendungen und solchen, bei denen die Übertragungsgeschwindigkeit eine geringere Rolle spielt unterschieden. Best Effort wird angewendet, wenn Netzwerke keine QoS-Richtlinien konfiguriert haben oder wenn die Infrastruktur QoS nicht unterstützt.

IntServ ist ein QoS-System, das Resource Reservation Protocol (RSVP) für die Reservierung von Netzwerkressourcen nutzt. Dabei wird eine bestimmte Bandbreite für eine Anwendung reserviert. Dadurch haben diese integrierte Dienste einen hohen Verbrauch an Netzwerkressourcen.

DiffServ ist ein QoS-System, das den Netzwerkverkehr in unterschiedliche Klassen einteilt. Dafür müssen Router und Switches passend konfiguriert sein und unterschiedliche Prioritäten vergeben werden.

QoS ist ein vielfältiges System, mit unterschiedlichsten Qualitätsanforderungen. Als besonders wichtig gelten dabei:

• schneller und zuverlässiger Verbindungsaufbau
• stabile Verbindung
• hohe Übertragungsqualität
• keine oder nur geringe Fehler und Störungen
• geringe Latenz

Speziell Echtzeitanwendungen wie IP Telefonie oder Streaming sind zeitkritisch. Das heißt, wenn die Übertragung nicht permanent erfolgt, weil Datenpakete verzögert ankommen, kommt es zu Paketverlusten. Diese führen zu Jitter, Fehlern in der Übertragung, oder sogar zu Abbrüchen. Damit zeitkritische Anwendungen funktionieren, benötigen sie daher eine Bevorzugung. Dies gelingt durch QoS-Verfahren, die den Datenverkehr gezielt manipulieren. Sie können unterscheiden, ob ein Datenpaket Priorität hat oder nicht.

Anwendungen werden in zeitkritisch und nicht-zeitkritisch unterschieden. Dabei ist gemeint, ob die Übertragung der Daten in Echtzeit erfolgen muss. Die Daten für Anwendungen werden über das Internet übertragen. Ist dieses zu langsam, können bei zeitkritischen Anwendungen Probleme entstehen. Nicht-zeitkritische Anwendungen hingegen benötigen nur etwas länger.

Ein Kriterium für die Geschwindigkeit des Internets ist die sogenannte Latenz, auch Ping genannt. Diese entspricht der Reaktionszeit, in der der Server auf Anfragen antwortet. Je niedriger die Latenz, desto rascher reagiert das System.

Das bedeutet auch, wenn die Übertragung für Echtzeit-Anwendungen nicht permanent erfolgt, weil Datenpakete verzögert ankommen, kommt es zu Paketverlusten. Diese führen zu Jitter, Fehlern in der Übertragung, oder sogar zu Abbrüchen.

Für Anwendungen in Echtzeit ist relevant, dass bestimmte Daten zuverlässig innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne übertragen werden. Dabei arbeiten die meisten zeitkritischen Anwendung ohne eine spürbare Verzögerung.

Übrigens gibt es nicht nur bei Computersystemen zeitkritische Anwendungen: Auch Motoren arbeiten ihre Schritte (wie z. B. einzuspritzende Kraftstoffmenge, Zündzeitpunkt) zeitkritisch ab. Airbags müssen ständig die Messwerte der Sensoren verarbeiten und entscheiden, ob und wie stark der Airbag ausgelöst wird.

Kommen die Daten nicht in der gewünschten Reihenfolge oder verzögert an, gehen sie verloren. Dabei kommt es zu Abbrüchen und Ausfällen. Bei Videokonferenzen und beim Video-Streaming kommt es zum Beispiel zu Ton- und Bildverzerrungen. Beim Gaming spricht man oft von einem „Lag“, wenn die Verzögerung dazu führt, dass etwa ein Spieler an einer Stelle gezeigt wird, an der sich dieser nicht mehr befindet, weil die Daten über ihn noch nicht angekommen sind.

Bei nicht-zeitkritischen Anwendungen sind die Auswirkungen weit weniger dramatisch. Hier laden beispielsweise E-Mails nur etwas länger. Daten gehen hier aber nicht verloren.