Quality of Service

• QoS beschreibt unterschiedliche Priorität von Netzwerk Traffic
• Durch IP Telephony und dem Cisco Voice VLAN sind die Voice VLAN Datenpakete wichtiger als normaler Netzwerk Traffic
  • Converged Networks - Das Netzwerk übernimmt immer mehr Aufgaben für das es eigentlich nicht vorgesehen war. IP Telephony, Storage (SAN) etc.
• Telefon und normaler IP Traffic teilen sich dadurch die Bandbreite und das Netzwerk
• QoS wird genutzt um Folgende Eigenschaften zu verwalten: Bandwith, Delay, Jitter (Jitter is delay that varies over time) und Paket Loss

Queuing

• Wenn der TCP Traffic auf einen Router zu viel wird, dann werden die Pakete in einer Queue der Reihe nach abgearbeitet (FiFo)
  • “When a network device receives traffic as a faster rate than it can forward”
• Wenn die Queue voll ist, dann werden neue ankommende Pakete gedroppt
  • Wird auch Tail drop genannt
  • Wenn das passiert kann es zu TCP Global Synchonization kommen
  • Der Sender verringert dabei seine Geschwindigkeit in der er die Pakete verschickt und steigert sie nach und nach wieder
  • Das macht jedes Gerät welches TCP Pakete verschickt
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• Lösung: RED Random Early Detection

RED Random Early Detection

• Wenn der TCP Traffic einen Schwellenwert erreicht, dann fängt das Gerät an Random Pakete zu droppen
• Problem: Jeder Traffic wird gleichermaßen gedroppt
  • Lösung WRED Weighted Random Early Detection
    • Hier wird entschieden welcher Traffic gedroppt wird anhand der Traffic Class
    • Bspw. Wenn die Queue 70% ist dann kann HTTP Traffic gedroppt werden, FTP Traffic wenn es 77% voll ist etc
    • Lower Priority wird früher gedroppt

Classification

• Um nun Traffic Prioritätsgerecht verschicken zu können, muss dieser Traffic klassifiziert werden.
  • ACL
  • NBAR: Network based Application Recognition (Deep Package Inspection)
  • PCP/CoS: Priority Code Point - Feld im 802.1q tag
    • Kann nur genutzt werden wenn VLAN Tag genutzt wird (bspw. bei Voice VLAN)
  • DSCP: Differentiate Service Code Point - Feld im IP Header
  • ToS
  • Class Selector
  • TID

PCP / CoS

• PCP wird auch CoS (Class of Service) genannt
• Im VLAN Tag ist ein 3bit PCP Feld was 8 verschiedene Werte darstellen kann
  • Die Höhe des Wertes zeigt aber nicht die Priorität an
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  • Best Effort ist normaler Traffic und wirkt sich nicht auf QoS aus
  • Initiierung (Call Signaling) eines Telefonanrufs hat den Value 3, sobald aber abgenommen und Telefoniert wird hat es den Value 5
  • Dadurch das QoS über das VLAN Tag gesteuert wird, kann es auch nur so lange gesteuert werden, solange das Tag auf dem Paket existiert.
    • Nur auf Trunk Links
    • Access Links with Voice VLAN

DSCP / ToS Byte - Layer 3 QoS

• Feld im IP Header

Managing Congestion

Scheduling

• Scheduling: Welches Paket wird als nächstes versendet?
  • Methoden für das Scheduling
    • FiFo - First In First Out
    • Strict Policy : Queues mit Lower Priority werden erst bedient wenn Queues mit Higher Priority voll sind
    • Round Robin / Priority Queuing: Queues werden in gesetzter Folge gleichmäßig bedient. Könnte Probleme bei Real Time Anwendungen geben
    • Weighted Fair: Versch. Queues werden gewichtet
    • Custom Queueing:
  • Neuere Methoden
    • CBWFQ: Mischung aus Bandbreiten Garantie und Dynamische Fairness
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    • LLQ (Low Latency Queue): Ähnlich zu CBWFQ aber mit Strict Priority Policies. Anwendbar für Mix Data und Real-Time Traffic
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• Queuing: Logik wie die Pakete geordnet werden in einer oder mehreren Queues
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Policing

• Drops Traffic wenn Policy überschritten wird
• Hard Cut für Traffic (Tail Drop)
• possible to re-mark traffic
• Does not delay traffic
• Üblich auf Service Provider Seite

Shaping

• Shapers smooths traffic outs, it never exeeds the configured rates
• Does not drop traffic
• Wenn Traffic Threshold erreicht, dann wird Pakete gebuffered und Delayed bis Traffic unter dem Schwellwert geht
• Üblich auf Customer Seite

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References