DiffServ-QoS-Modelle wirken Wunder für VoIP-Netzwerke

VoIP-Technologie (Voice over IP) hat sich in der Zwischenzeit so weit entwickelt, dass sich Unternehmen darauf verlassen können. Allerdings müssen Firmen auch wissen, dass es gewisse Nachteile gibt. Auf diese sollte man achten, wenn eine VoIP-Installation erfolgreich sein soll.

Echtzeitbasierte Daten wie VoIP Traffic und Sprachanwendungen tolerieren nur minimale Schwankungen bei den Verzögerungen, mit denen die Sprachpakete ausgeliefert werden. VoIP Traffic duldet keine Paketverluste oder sogenanntes Jitter. Diese Umstände können die Qualität der Sprachübertragung, die an den Endanwender ausgeliefert wird, deutlich negativ beeinträchtigen.

Um Sprach-Traffic effizient via IP übertragen zu können, muss man diverse Mechanismen implementieren, die garantieren, dass  VoIP eine gewisse Priorität genießt. Die IETF (Internet Engineering Task Force) hat diverse QoS-Modelle definiert. Sie sollen eine Implementierung von QoS in ein IP-Netzwerk vereinfachen, also von einem Ende zum anderen.

Man setzt hauptsächlich auf drei Modelle, um QoS in einer Netzwerkinfrastruktur zu implementieren:

• Best-Effort
• IntServ (Integrated Services)
• DiffServ (Differentiated Services)

Nach dem Best-Effort-Modell funktioniert das Internet. Bei Business-Netzwerken gilt dieses Modell auch, wenn keine QoS-Richtlinien konfiguriert wurden oder die Infrastruktur QoS ganz einfach nicht unterstützt.

Beim Best-Effort-Modell gibt es keine Garantie für die Auslieferung der Pakete. Außerdem haben alle Pakete die gleiche Priorität und werden somit gleich behandelt. Pakete aus einem VoIP Stream werden also mit der gleichen Priorität verarbeitet wie solche aus einer E-Mail-Sitzung, die möglicherweise reiner Spam sind.

Leider verwenden viele Firmen, die auf VoIP setzen, immer noch das Best-Effort-Modell. Das liegt daran, dass die Infrastruktur nicht angemessen konfiguriert ist oder QoS ganz einfach nicht unterstützt wird.

Das IntServ-Modell reserviert im relevanten Pfad des Netzwerks Bandbreite. Somit ist von einem Ende zum anderen die notwendige Bandbreite für unternehmenskritische Anwendungen wie zum Beispiel VoIP garantiert.

IntServ verwendet Signale für das QoS-Modell. Der End-Host signalisiert dem Netzwerk die Anforderungen für QoS. Jeder individuelle Kommunikations-Stream muss Ressourcen vom Netzwerk anfordern. Sogenannte Edge Router benutzen das RSVP (Resource Reservation Protocol), um zu signalisieren, dass die entsprechende Bandbreite für jeden Fluss im Netzwerk reserviert werden soll.

Ein großer Nachteil beim InteServ-Modell ist, dass jedes Gerät im Pfad des Pakets komplett mit RSVP kompatibel sein muss. Es muss also das angeforderte QoS verarbeiten können. Das betrifft Router, Server, PCs und andere Ausrüstung.

Ein weiterer Nachteil ist, dass die Reservierungen bei jedem Gerät im Pfad von Zeit zu Zeit aufgefrischt werden müssen. Somit wird das Netzwerk mit zusätzlichem Traffic und Overhead belastet. Diese Arten an Reservierungen nennt man auch Soft-States. Muss man sie zusammen mit den Zugriffskontrollen in jedem Router vorhalten und das bei jedem Hop, steigen Verbrauch des Arbeitsspeichers und die Anforderungen an die CPU bei einer großen Anzahl an Reservierungen. Das belastet die Netzwerkinfrastruktur durch unnötige Komplexität und die Wartung wird außerdem erschwert.

Das DiffServ-QoS-Modell für Unternehmensnetzwerke

Das DiffServ-Modell ist das beliebteste für Unternehmensnetzwerke. Es wurde konzipiert, um die Einschränkungen der Modelle Best-Effort und IntServ zu bezwingen. Gleichzeitig will man in der Lage sein, fast garantierten QoS bereit zu stellen.

DiffServ funktioniert mit einem vorgehaltenen QoS-Modell. Dabei werden Router und Switches so konfiguriert, dass mehrere Klassen an Services mit verschiedenen Prioritäten behandelt werden. QoS-Charakteristiken wie zum Beispiel Bandbreite, Verzögerung und Priorisierung werden auf einer Hop-zu-Hop-Basis in der Netzwerk-Infrastruktur konfiguriert. Somit ist DiffServ sowohl kosteneffizient als auch skalierbar.

Damit das DiffServ-Modell funktioniert, muss man den Netzwerk-Traffic in Klassen unterteilen, die wiederum auf den Anforderungen der Firma basieren. Im Anschluss weist man den verschiedenen Klassen mit verschiedenen Richtlinien unterschiedliche Niveaus an Services zu. Die Netzwerkgeräte identifizieren den Traffic, der durch sie fließt. Gleichzeitig setzt man die konfigurierten Richtlinien durch. Somit wird jede Klasse oder jeder Service so bedient, wie das eingerichtet wurde.

Sprach-Traffic von IP-Telefonen weist man verglichen mit anderem Netzwerkverkehr fast immer höhere Priorität zu. Auch wenn DiffServ die Service-Qualität nicht garantieren kann, wirkt eine umsichtige Konfiguration oft Wunder.

Die Funktionalität des DiffServ-QoS-Modells lässt sich mit drei Begriffen beschreiben:

DSCP: Man markiert ein Paket, um das entsprechende QoS-Merkmal zu kennzeichnen. DiffServ verwendet sechs Bits des ursprünglichen ToS-Feldes (Type-of-Service, weiter unten mehr dazu) innerhalb des IP-Headers, um die Pakete zu markieren.

BA (Behavior Aggregate): Ansammlung von Paketen mit dem gleichen DSCP-Wert.

PHB (Per-Hop-Behavior): PHB bezieht sich auf die QoS-Technik, die auf ein Paket angewendet wird. Dazu gehören verschiedene Techniken wie zum Beispiel Queuing, Priorisierung, Traffic Shaping, EF (Expedited Forwarding), AF (Assured Forwarding) und so weiter.

DiffServ verwendet das ToS-Feld innerhalb des IP Headers, um den Traffic in Klassen einzuteilen und ihn zu markieren.

Im Anschluss finden Sie eine Darstellung des ursprünglichen ToS-Feldes, das sich innerhalb des IP Headers befindet, wie es in RFC 1122 und RFC 1349 definiert ist.

Das ursprüngliche ToS-Feld wurde nun ersetzt und wird vom DiffServ-QoS-Modell wie unten visualisiert benutzt. So ist es in RFC 2474 definiert.

Wie zu sehen ist, verwendet das DiffServ-Modell das Feld DSCP, um die Pakete zu markieren. Es verwendet von den acht verfügbaren Bits sechs.

VoIP-Technologie ist stark auf angemessene QoS-Mechanismen im Netzwerk angewiesen. Unternehmen geben sehr viel Geld für neue Technologien wie zum Beispiel VoIP aus. Dabei vergessen sie aber, QoS im Netzwerk einzusetzen. Deswegen haben viele Unternehmen mit Problemen zu kämpfen, weil die QoS-Implementierung schlecht oder nicht existent ist. Das wirkt sich wiederum negativ auf die VoIP-Erfahrung aus.

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