QoS

QoS ist die Abkürzung für Quality of Service, was übersetzt etwa Dienst-Qualität/Güte bedeutet. Im Zusammenhang mit Voice over IP und Routern wird mit QoS eine Methode bezeichnet, die durch die Priorisierung von entsprechenden IP-Paketen eine stabile VoIP-Anwendung (Dienst) ermöglicht.

Standardmässig werden in einem Netzwerk alle Datenpakete gleichbehandelt. In einem Paket-orientierten Netzwerk können die einzelnen Datenpakete unterschiedlich schnell unterwegs sein. So lange hauptsächlich Nachrichten und Dateien übertragen werden, kommt es hierbei zu keinem Problem. Werden jedoch Echtzeitanwendungen, wie Voice over IP oder Videostreaming genutzt, dann wirken sich Verzögerungen oder Paketverluste auf die Übertragungseigenschaften zwischen den Teilnehmern negativ aus. Im Vergleich dazu fällt es kaum auf, wenn eine E-Mail ein paar Sekunden später beim Empfänger eintrifft.

Abbildung 16 - Bandbreitenbegrenzung mit QoS

Eine geringe Bandbreite, schlechte Übertragungseigenschaften und unterschiedliche Auslastung führen zum Verwerfen oder verzögerten Ausliefern der Datenpakete. In der Konsequenz kommt es zu Störungen bei der Sprach- und Videoübertragung. Die Sprache wirkt verzerrt. Kratzen und Knacken verschlechtert die Sprachqualität. Videobilder werden pixelig oder ruckelnd wiedergegeben.

Dadurch, dass TCP/IP die Anwendungsebene von der Übertragungsebene trennt und unabhängig macht, sind die Übertragungssysteme nicht in der Lage zwischen einem Sprachpaket und einem normalen Datenpaket zu unterscheiden. Das OSI-Schichtenmodell sorgt dafür, dass die Protokolle auf den unterschiedlichen Schichten unabhängig voneinander arbeiten. Was im Prinzip sinnvoll ist, verursacht bei der Audio- und Video-Übertragung Probleme.

Viele QoS-Massnahmen versuchen diesen Mangel auszumerzen und Datenpakete mit Diensteklassen zu kennzeichnen, die bestimmten Anwendungen zugeordnet sind. Auf diese Weise wird versucht, die Informationen zu Dienstmerkmalen im OSI-Schichtenmodell nach unten durchzureichen.

QoS beschreibt in der TCP/IP-Welt die Güte eines Kommunikationsdienstes aus Sicht des Anwenders. Dabei wird häufig die Netzwerk-Service-Qualität anhand der Parameter Bandbreite, Verzögerung, Paketverluste und Jitter definiert.

Die Netzbelastung beeinflusst dabei die Qualität der Übertragung. Zum Beispiel, wie lange es dauert, bis ein Datenpaket beim Empfänger ankommt. Deshalb versucht man Datenpakete mit entsprechenden Diensteklassen zu kennzeichnen. Priorisierte Datenpakete werden in Routern oder Switches bevorzugt weitergeleitet. Das macht aber nur Sinn, wenn alle Netzkomponenten und Teilnetze die gleichen Verkehrsklassen und Priorisierungsregeln unterstützen. Damit QoS funktionieren kann muss auf der ganzen Übertragungsstrecke zwischen den Teilnehmern die notwendigen QoS-Mechanismen implementiert werde

Latenz – Delay - Verzögerung

Im Bereich der Kommunikation wird die Latenz auch als Verzögerung oder Delay bezeichnet. Sie entsteht einerseits an den Geräten selbst, die die analogen Signale zuerst einmal in digitale Signale umwandeln müssen. Üblicherweise setzt man dafür eine Latenz von fünf Millisekunden an. Beim Empfänger müssen diese Signale wieder zurückverwandelt werden. Auch dadurch einsteht eine minimale zeitliche Verzögerung. Für den Transport der VoIP Daten werden die vorbereiteten Signale in kleine Pakete zerlegt, die dann wiederum mit Hilfe von speziellen Transportprotokollen komprimiert werden. Dazu und den eigentlichen Transport durch das Leitungsnetz setzt der Fachmann eine durchschnittliche Latenz von fünfzehn Millisekunden an, so dass allein mit diesen beiden Punkten eine Gesamtverzögerung von 25 Millisekunden zusammenkommt. Diese macht sich bei der Echtzeittelefonie jedoch kaum bemerkbar. Erst Verzögerungen ab 125 Millisekunden werden vom Menschen beim Telefonieren als Hemmnis wahrgenommen.

Jitter

Allgemeiner ist Jitter in der Übertragungstechnik ein abrupter und unerwünschter Wechsel der Signalcharakteristik. Dies kann sowohl Amplitude als auch Frequenz und Phasenlage betreffen. Der Jitter ist die erste Ableitung einer Verzögerung (engl. Delay). Die spektrale Darstellung der zeitlichen Abweichungen wird als Phasenrauschen bezeichnet.

Packet Loss – Packetverluste

Paketverlust ist einer der am häufigsten auftretende Fehler in der digitalen Kommunikation. Dies kann spürbare Verluste bei der Leistung, oder wackelnde Übertragungen bei Streaming-Technologien, VoIP, Videokonferenzen zur Folge haben.

Lack of Bandwith – Mangelnde Bandbreite

Es ist für genügend Bandbreite zu sorgen für Telefon- und Video-Anwendungen, damit diese nicht plötzlich wegen mangelnder Bandbreite unterbrochen werden. Je nach verwendetem Codec. Hier kommt QoS wieder zum Einsatz, damit für VoIP-Verbindungen immer genügende Bandbreite vorhanden ist.