10.4. Quality of Service

10.4.1. Prinzip und Mechanismus

Quality of Service (oder kurz QoS) bezeichnet eine Reihe von Techniken, die die Qualität der Dienste sicherstellen oder verbessern, die für Anwendungen bereitgestellt werden. Die populärste Technik besteht in der Einstufung des Netzverkehrs in Kategorien und der Differenzierung des Datenverkehrs nach Kategorien. Die Hauptanwendung dieses differenzierten Dienstekonzepts ist traffic shaping, das die Datenübertragungsraten für Verbindungen im Zusammenhang mit einigen Diensten oder Rechnern begrenzt, um nicht die verfügbare Bandbreite auszuschöpfen und wichtige andere Dienste auszubremsen. Traffic Shaping eignet sich besonders gut für TCP-Datenverkehr, da sich dieses Protokoll automatisch auf die verfügbare Bandbreite einstellt.

Es ist auch möglich die Prioritäten für den Datenverkehr zu ändern, wodurch Pakete interaktiver Dienste (wie ssh und telnet) oder von Diensten mit kleinen Datenblöcken bevorzugt werden.

Die Debian-Kernel enthalten die für QoS erforderlichen Funktionen und die dazugehörigen Module. Diese Module sind zahlreich, und jedes von ihnen stellt einen anderen Dienst bereit, vor allem mittels spezieller Steuerprogramme für die Warteschlangen der IP-Pakete; die große Vielfalt der Verhaltensweisen der verfügbaren Steuerprogramme deckt den gesamten Bereich möglicher Anforderungen ab.

10.4.2. Konfigurieren und Ausführen

QoS-Parameter werden mit dem Befehl tc gesetzt (vom Paket iproute bereitgestellt). Da diese Schnittstelle recht komplex ist, so ist die Verwendung von Programmen auf höherer Ebene empfehlenswert.

10.4.2.1. Latenzzeiten verringern: `wondershaper`

Die Hauptaufgabe von wondershaper (in dem Paket ähnlichen Namens) besteht darin, Latenzzeiten unabhängig von der Netzauslastung zu minimieren. Dies wird dadurch erreicht, dass der gesamte Datenverkehr auf einen Wert begrenzt wird, der gerade unterhalb des Wertes für die vollständige Auslastung der Verbindung liegt.

Once a network interface is configured, setting up this traffic limitation is achieved by running wondershaper interface download_rate upload_rate. The interface can be enp1s0, eth0 or ppp0 for example, and both rates are expressed in kilobits per second. The wondershaper remove interface command disables traffic control on the specified interface.

For an Ethernet connection, historically this script would be called right after the interface is configured. This is done by adding up and down directives to the /etc/network/interfaces file allowing declared commands to be run, respectively, after the interface is configured and before it is deconfigured. Or in the PPP case, creating a script that calls wondershaper in /etc/ppp/ip-up.d/ will enable traffic control as soon as the connection is up. Below is an example using this first method:

Beispiel 10.9. Änderungen in der Datei /etc/network/interfaces

iface eth0 inet dhcp
    up /sbin/wondershaper eth0 500 100
    down /sbin/wondershaper remove eth0

10.4.2.2. Standard-Konfiguration

Barring a specific QoS configuration, the Linux kernel uses the pfifo_fast queue scheduler, which provides a few interesting features by itself. The priority of each processed IP packet is based on the DSCP field (Differentiated Services Code Point) of this packet; modifying this 6-bit field is enough to take advantage of the scheduling features. Refer to https://en.wikipedia.org/wiki/Differentiated_services#Class_Selector for more information.

Das DSCP-Feld kann durch Anwendungen, die IP-Pakete erzeugen, erstellt oder im laufenden Betrieb mit netfilter verändert werden. Die folgenden Regeln genügen, um die Ansprechbarkeit des SSH-Dienstes eines Servers zu erhöhen; beachten Sie, dass das DSCP-Feld hexadezimal gesetzt werden muss::

nft add table ip mangle
nft add rule ip mangle PREROUTING tcp sport 22 counter ip dscp set 0x04
nft add rule ip mangle PREROUTING tcp dport 22 counter ip dscp set 0x04