Quality of Service
Zeitkritische Anwendungen im Heimnetz stellen hohe Anforderungen an Ihren Router. Mit Priorisierungen und QoS bestimmen Sie, welche Dienste oder Clients im Heimnetz Vorfahrt haben.
Zeitkritische Anwendungen im Heimnetz stellen hohe Anforderungen an Ihren Router. Mit Priorisierungen und QoS bestimmen Sie, welche Dienste oder Clients im Heimnetz Vorfahrt erhalten sollen.
Ein Heimnetz-Router sorgt in seiner ursprünglichen Funktion dafür, dass eine Internetverbindung (DSL-/Kabel-/Glasfaser-Anschluss) von mehreren Heimnetzgeräten gleichzeitig genutzt werden kann. Dabei soll der Router alle ausgehenden Datenpakete möglichst schnell an die gewünschte Adresse im Internet senden, während er alle eingehenden Datenpakete an den dafür vorgesehenen Heimnetz-Client leitet – oder verwirft.
Solange in einem Heimnetz nur gesurft, gemailt und heruntergeladen wird, kann der Router alle Datenpakete einfach nach der sogenannten FIFO-Methode (First In, First Out) behandeln. Dabei werden alle Datenpakete, die im Zwischenspeicher (dem Puffer) des Routers aufschlagen, der Reihe nach verarbeitet und weitergeleitet – und zwar in derselben Reihenfolge, in der sie eintreffen. Landet beispielsweise ein großes Datenpaket vor einem kleineren im Speicher, dann wird das große Paket auch zuerst weitergegeben – First In, First Out.
Was passiert, wenn der Daten-Traffic bis zur Auslastung ansteigt?
Das Routing über FIFO funktioniert weitgehend reibungslos, solange der Router alle ankommenden Daten schnell genug verarbeiten kann und keine Engpässe auftreten. Einen vorübergehenden Datenüberschuss kann er durch seinen Pufferspeicher abfedern. Erst wenn dieser Puffer voll ist, werden alle zusätzlich eintreffenden Datenpakete abgewiesen oder verworfen. Solch ein verworfenes Datenpaket geht – abhängig vom verwendeten Übertragungsprotokoll – entweder verloren oder muss erneut gesendet werden.
Bei Echtzeitübertragungen wie IPTV oder VoIP, die auf das schnelle, verbindungslose Protokoll UDP (User Datagram Protocol) setzen, führen verlorene oder verworfene Datenpakete zu Qualitätseinbußen im Videobild oder beim Telefonieren. Nicht zeitkritische Übertragungen, beispielsweise der Upoder Download von Bildern, Dokumenten, E-Mail-Anhängen und Ähnlichem, werden über das verbindungsorientierte Protokoll TCP (Transmission Control Protocol) durchgeführt. Bei TCP lassen sich vom Router zurückgewiesene Datenpakete noch einmal senden, allerdings wird die Übertragungsgeschwindigkeit dadurch automatisch herabgesetzt.
Wie Engpässe entstehen können
Da die meisten Haushalte ihre Daten vorwiegend vom Internet aus ins Heimnetz (Downstream) übertragen, sind die Bandbreiten für Heimnetzanschlüsse asynchron ausgelegt – also beispielsweise 50 Mbit/s für den Downstream, aber nur 5 Mbit/s für den Upstream. Die deutlich schwächere Upstream-Verbindung wird somit sehr schnell zum Engpass. Bereits das Versenden einer EMail mit größerem Anhang oder ein Foto-Upload in die Cloud kann die
Upstream-Bandbreite komplett belegen – was sich wiederum auf die Internetaktionen aller Heimnetzteilnehmer auswirkt, die ebenfalls gerade Daten in dieselbe Richtung schicken.
Weniger zeitkritische TCP-Übertragungen werden dadurch zwar etwas langsamer; doch diese Verzögerung ist nicht weiter dramatisch, da der übertragene Inhalt vollständig und ohne Qualitätsverlust am Ziel ankommen wird.
Erheblich problematischer sind zeitkritische Transfers. Kommt es hier durch mehrere parallele Transaktionen zu einer Auslastung der Bandbreite und der Router arbeitet einfach alle eintreffenden Pakete nach dem FIFO-Prinzip ab, sind zeitkritische Verbindungen sofort spürbar in ihrer Qualität beeinträchtigt. Bei länger anhaltender oder häufiger Auslastung lassen sich zeitkritische Dienste so nur noch eingeschränkt oder gar nicht mehr nutzen.
Aus diesem Grund muss ein moderner Router die Fähigkeit besitzen, zwischen zeitkritischen und weniger zeitkritischen Anwendungen zu unterscheiden. So kann er Datenpakete, die im Puffer des Routers auf die Weiterleitung warten, zuordnen und entsprechend priorisieren. Statt einer Warteschlange, in der sich alle eintreffenden Pakete entsprechend der Reihenfolge ihres Eingangs anstellen müssen (FIFO), teilt der Router die Pakete im Puffer auf mehrere Warteschlangen auf, in denen sie mit unterschiedlicher „Weiterleitungspriorität“versehen werden.
QoS setzt Prioritäten
Diese Art von intelligentem Verbindungsmanagement wird mit dem Begriff „Quality of Service“(QoS) oder „Dienstgüte“umschrieben. Als Paradebeispiel für QoS im Router steht die (Echtzeit-)Übertragung eines Gesprächs über die Internetverbindung, das als Voice over IP (VoIP) bezeichnet wird. Ein Telefongespräch über VoIP benötigt zwar von Haus aus keine große Bandbreite. Doch würde diese Mindestbandbreite durch den Down- oder Upload eines anderen Clients im Heimnetz komplett in Anspruch genommen, hätte das sofort massive Auswirkungen auf die Gesprächsqualität.
In einem All-in-One-Router mit integrierter VoIP-Telefonie und Schnittstellen für Analog-, DECT- oder ISDNTelefone werden deshalb von Haus aus alle VoIP-Datenpakete priorisiert. Wenn mehrere Datenpakete am Router eintreffen, sorgt das Router-QoS dafür, dass die VoIP-Pakete vorrangig verarbeitet und weitergeleitet werden. >>
QoS-Einstellungen im Heimnetz-Router
In aktuellen Heimnetz-Routern gibt es meist zwei Möglichkeiten, mit denen Sie eigenständig Datenströme zwischen Internet (WAN) und Heimnetz (LAN/ WLAN) priorisieren oder regeln können. Die erste Möglichkeit ist anwendungsorientiert: Dabei bestimmen Sie, welchen Dienst Ihr Router grundsätzlich bevorzugt abarbeiten soll – ganz egal, welcher Ihrer Clients im Heimnetz diesen Service nutzt.
Die zweite Möglichkeit ist die Clientbasierte Methode: Hier können Sie einen oder mehrere Clients im Heimnetz bestimmen, deren Datenpakete der Router grundsätzlich bevorzugen soll.
Bitte beachten Sie, dass sich QoS ausschließlich auf Verbindungen bezieht, die zwischen Heimnetz und WANSchnittstelle (beziehungsweise dem integrierten Modem) des Routers laufen. Alle Verbindungen zwischen Ihren Geräten innerhalb des Heimnetzes, also beispielsweise von Ihrem PC zur NAS oder vom Notebook zur IP-Kamera, lassen sich mit dem QoS des Routers nicht beeinflussen.
QoS in der Fritzbox
In einem Fritzbox-Router sind die QoSEinstellungen etwas versteckt unter „Internet/Filter/Priorisierung“zu finden. AVM kombiniert die anwendungs- und clientbasierte Priorisierung, wobei die grundlegende Einteilung anwendungsbasiert ist. In den drei Rubriken „Echtzeitanwendungen“, „Priorisierte Anwendungen“und „Hintergrundanwendungen“lassen sich einzelne Regeln
erstellen, die ein bestimmtes Netzwerkgerät, eine bestimmte Netzwerkanwendung oder eine Kombination aus beiden Eigenschaften definieren. Die Regeln werden dabei in absteigender Reihenfolge befolgt. Je höher die Regel steht, desto höher ist die Priorität.
Achtung: Sollte eine unter Echtzeitanwendungen eingetragene Netzwerkanwendung die komplette Bandbreite Ihres Internetzugangs belegen, werden für diesen Zeitraum keine Datenpakete anderer Netzwerkanwendungen übertragen.
Wenn Sie die Fritzbox auch für Internettelefonie verwenden, sollten Sie die bereits voreingestellte Regel zur Netzwerkanwendung Internettelefonie in der Rubrik „Echtzeitanwendungen“unbedingt belassen – und möglichst keine weiteren Regeln unter dieser Rubrik eintragen. Nutzen Sie stattdessen die Rubrik „Priorisierte Anwendungen“, wenn Sie bestimmte Geräte oder Dienste im Heimnetz bevorzugen möchten.
Netzwerkanwendungen definieren
Falls Ihnen die voreingestellten Netzwerkanwendungen für die Erstellung von QoS-Regeln nicht genügen, können Sie einfach Ihre eigenen definieren. Dazu gehen Sie im Routermenü der Fritzbox auf „Internet/Filter/Listen“und erstellen im Bereich „Netzwerkanwendungen“mit einem Klick auf die Schaltfläche „Netzwerkanwendung hinzufügen“das gewünschte Verbindungsprofil. Dabei vergeben Sie einen passenden
Namen für das Profil, bestimmen das verwendete Protokoll (TCP, UDP etc.) und geben den Quell- und/oder Zielport (-bereich) an.
Sobald Sie den neuen Service gespeichert haben, steht Ihnen dieser auch im Drop-down-Menü für Netzwerkanwendungen zur Verfügung, wenn Sie unter „Internet/Filter/Priorisierung“eine „Neue Regel“anlegen.
Pingzeiten bei Online-Games
Ein Problem, das vor allem Online-Gamer betrifft, sind Verzögerungen im Spielfluss, wenn spielerelevante Datenpakete zu langsam durch die Leitung tröpfeln. Zwar beanspruchen die Datenpakete, die zwischen dem Gaming-Client im Heimnetz (PC, Spielkonsole) und dem Gaming-Server im Internet hin- und herwechseln, nur wenig Bandbreite. Dennoch können sie durch konkurrierende Netzwerkanwendungen wie einen plötzlich startenden Up- oder Download erheblich abgebremst werden. Diese Abnahme der Verbindungsgeschwindigkeit lässt sich über die Pingzeit darstellen. Das ist die Zeitspanne, die ein kleines Datenpaket für die Strecke vom Sender zum Empfänger und zurück benötigt. Diese Pingzeit erhöht sich, wenn die kleinen Datenpakete im vollgelaufenen Puffer des Routers abgebremst werden (siehe Kasten oben). Spezielle Gaming-Router können diese Verzögerungen umgehen. Netgears XR500 etwa besitzt eine AntiBufferbloating-Funktion, mit der sich die maximal verfügbare (Up- und Downstream-)Bandbreite künstlich verkleinern lässt. Gaming-relevante Datenpakete und Pings werden dann über die so geschaffene Überholspur geleitet.
Der Gaming-Router im Heimnetz
Allerdings besitzen Gaming-Router in der Regel kein integriertes Modem, sondern nur eine WAN-Schnittstelle. Wer einen Gaming-Router mit dessen WANPort an den LAN-Port eines All-in-OneRouters (AOI) anschließt, sollte an diesem keine LAN- oder WLAN-Clients mehr betreiben und den Access Point des AIO-Routers am besten komplett abschalten. Stattdessen verwendet man fortan den nachgeschalteten GamingRouter als (WLAN-/LAN-)Zentrale im Heimnetz. Nur Telefon- und SmartHome-Dienste können weiterhin über den AIO-Router laufen. Auch dürfen im AIO-Router (außer VoIP) keine weiteren Priorisierungen eingetragen sein. Und prüfen Sie über die Webseite Speedtest.net, ob der AIO-Router auch tatsächlich die volle Bandbreite Ihres Internetzugangs an den nachgeschalteten Gaming-Router weiterreicht.