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, 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.

Sobald eine Netzwerkschnittstelle konfiguriert ist, wird das Einstellen der Datenverkehrsbegrenzung durch das Ausführen von wondershaper schnittstelle download_rate upload_rate erreicht. Die Schnittstelle kann zum Beispiel eth0 oder ppp0 sein, und beide Raten werden in Kilobits pro Sekunde ausgedrückt. Der Befehl wondershaper remove schnittstelle unterbindet die Datenverkehrskontrolle an der genannten Schnittstelle.

Für eine Ethernetverbindung wird dieses Skript am besten unmittelbar nach der Konfiguration der Schnittstelle aufgerufen. Dies geschieht, indem up- und down-Anweisungen zur Datei /etc/network/interfaces hinzugefügt werden, die es den angegebenen Befehlen erlauben zu laufen, nachdem die Schnittstelle konfiguriert beziehungsweise bevor sie dekonfiguriert wird. Zum Beispiel:

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

Im Falle von PPP aktiviert ein Skript, das wondershaper in /etc/ppp/ip-up.d/ aufruft, die Datenverkehrskontrolle, sobald die Verbindung steht.

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 of 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.

The DSCP field can be set by applications that generate IP packets, or modified on the fly by netfilter. The following rules are sufficient to increase responsiveness for a server's SSH service, note that the DSCP field must be set in hexadecimal:

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