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Traffic Shaping

Traffic Shaping, auch bekannt als Packet Shaping, ist eine Überlastungsmanagement-Methode (Congestion Management). Traffic Shaping reguliert den Datentransfer im Netzwerk, indem es den Fluss weniger wichtiger oder weniger erwünschter Pakete verzögert. Es dient dazu, die Netzwerkleistung zu optimieren, indem es bestimmte Verkehrsströme priorisiert und sichergestellt, dass die Verkehrsrate die Bandbreitengrenze nicht überschreitet.

Die Regulierung des Paketflusses in das Netzwerk wird als Datenübertragungsdrosselung (Data Transfer Throttling) bezeichnet. Die Regulierung des Flusses von Paketen aus einem Netzwerk heraus ist als Ratenbegrenzung (Rate Limiting) bekannt.

Zusätzlich zur Bandbreite beeinflussen drei Hauptfaktoren die Qualität eines Netzwerks: Latenz, Jitter und Verlust.

Beim Traffic Shaping wird versucht, Latenz, Jitter und Verlust zu vermeiden, indem die Burst-Größe gesteuert und ein Leaky-Bucket-Algorithmus verwendet wird, um die Ausgaberate über mindestens acht Zeitintervalle zu glätten. Wenn der Verkehr mit einer Rate ankommt, die niedriger ist als die konfigurierte Rate, erfolgt die Weiterleitung normal. Trifft der Verkehr schneller als die konfigurierte Rate ein, dann muss er verzögert und in einem Puffer gehalten werden, bis er gesendet werden kann, ohne das Limit zu überschreiten.

Wozu wird Traffic Shaping verwendet?

Traffic Shaping ist eine QoS-Technik (Quality of Service), die an Netzwerkschnittstellen so konfiguriert sein muss, dass Verkehr mit höherer Priorität auf optimalen Ebenen fließen kann, selbst wenn die Verbindung überlastet ist. Durch die Schaffung einer Bandbreitenbegrenzung für weniger kritische Pakete verringert Traffic Shaping die Möglichkeit, dass wichtigere Pakete verzögert oder fallen gelassen werden, wenn sie die Schnittstelle verlassen.

Häufige Anwendungen von Traffic Shaping sind unter anderem:

  • Zeitempfindliche Daten haben möglicherweise Vorrang vor Verkehr, der kurzzeitig verzögert werden kann, oft mit wenig bis gar keinen negativen Auswirkungen.
  • In einer Unternehmensumgebung kann geschäftsrelevanter Datenverkehr Vorrang vor anderem Datenverkehr erhalten.
  • Ein großer Internet Service Provider (ISP) kann den Datenverkehr auf der Grundlage der Kundenpriorität gestalten.
  • Ein ISP kann den maximalen Bandbreitenverbrauch für bestimmte Anwendungen begrenzen, um Kosten zu senken und die Kapazität für die Aufnahme zusätzlicher Teilnehmer zu schaffen. Diese Praxis kann die unbegrenzte Verbindung eines Teilnehmers wirksam einschränken und wird oft ohne Benachrichtigung auferlegt.
  • Traffic Shaping ist ein integraler Bestandteil des vorgeschlagenen zweistufigen Internets, in dem bestimmte Kunden oder Dienste gegen eine Premium-Gebühr Verkehrspriorität erhalten.

Die Bedeutung von Traffic Shaping

Traffic Shaping ist wichtig, wenn Netzwerk-Uplinks mit Daten überlastet sind, die aus einer Schnittstelle gesendet werden. Ohne Traffic Shaping wird überschüssiger Datenverkehr, der nicht von einer Schnittstelle aus gesendet werden kann, entweder verworfen oder in eine Warteschlange gestellt, was möglicherweise zu Verzögerungen bei allen Paketen führt. Dies führt eventuell zu einer schlechten Leistung von unternehmenskritischen Anwendungen. Die Aktivierung von Traffic Shaping ermöglicht es Administratoren, bestimmte Anwendungen zu spezifizieren, die als weniger wichtig eingestuft sind – und schafft so Informationen darüber, welche Pakete zuerst verworfen oder verzögert werden.

Insgesamt ist das Traffic Shaping eine der wichtigsten Verkehrsmanagementtechniken zur Gewährleistung einer hohen Netzwerkleistung.

Traffic-Shaping-Verfahren

Shaping kann nur bei Paketen erfolgen, die eine Schnittstelle verlassen, nicht aber in die Schnittstelle zu gelangen. Das Netzwerkgerät kann mehrere verschiedene Methoden verwenden, um die Anwendung zu identifizieren, zu der ein IP-Paket gehört, das eine Schnittstelle verlässt. Auf der Grundlage solcher Informationen kann die Schnittstelle diese spezifischen Pakete innerhalb einer temporären Warteschlange fallen lassen oder halten, bis eine bestimmte Bandbreitengrenze erreicht ist. Die Formgebung verwendet einen Leaky-Bucket-Algorithmus, um die verzögerten Pakete schließlich zur Zustellung freizugeben. Dies kann zwar die Latenzzeit erhöhen, ist aber in der Regel effizienter als das Verwerfen der Pakete.

Traffic-Shaping-Methoden umfassen:

Generic Traffic Shaping (GTS): Diese Methode unterstützt Traffic Shaping der meisten Medien- und Kapselungsdatentypen auf einem Router. GTS wird:

  • Traffic Shaping auf einer Pro-Schnittstellen-Basis durchführen und Zugriffskontrolllisten (ACL) verwenden, um auszuwählen, welcher Verkehr geformt werden soll;
  • sich dynamisch an die verfügbare Bandbreite anpassen, indem Shaping und rückwärts gerichtete explizite Staumeldungen (Backward Explicit Congestion Notifications, BECN) mit einer definierten Rate integriert werden; und
  • auf Funktionen des Ressourcen-Reservierungsprotokolls (RSVP) reagieren, die über statisch konfigurierte permanente virtuelle Leitungen (PVC) des asynchronen Übertragungsmodus (ATM) signalisiert werden.

Frame Relay Traffic Shaping (FRTS): Ähnlich wie GTS beseitigt FRTS Engpässe, die in Frame-Relay-Netzwerken mit Hochgeschwindigkeitsverbindungen am zentralen Standort und niedrigen Geschwindigkeiten an den Zweigstellen auftreten.

Class-based Traffic Shaping: Diese Methode ermöglicht es Benutzern, das Traffic Shaping auf einer Pro-Verkehrsklassen-Basis zu konfigurieren. Das heißt, das Shaping lässt sich auf eine oder mehrere Datenkategorien spezifizieren. Das klassenbasierte Shaping ermöglicht es Anwendern auch, die verfügbare Bandbreite zu optimieren, indem eine Durchschnitts- oder Spitzenrate für das Shaping festgelegt wird. Dadurch lassen sich mehr Daten als die konfigurierte Rate senden, wenn Bandbreite verfügbar ist. Schließlich ermöglicht das klassenbasierte Shaping-Verfahren den Benutzern das Erstellen einer hierarchischen Policy-Map-Struktur. Dies bedeutet, dass das Traffic Shaping in einer primären Policy Map platziert werden kann, während andere QoS-Funktionen in einer sekundären Policy Map definiert sind.

Traffic Shaping vs. Traffic Policing

Traffic Shaping wirkt sich auf Pakete aus, die eine Schnittstelle verlassen. Pakete, die als weniger wichtig eingestuft sind, werden in einer Pufferwarteschlange zwischengespeichert und mit Hilfe einer Leaky-Bucket-Technik langsamer gesendet. Traffic Policing hingegen lässt sich sowohl für den aus einer Schnittstelle austretenden als auch für den in eine Schnittstelle eintretenden Verkehr konfigurieren. Beim Policing werden Pakete einfach fallen gelassen, anstatt sie in einer temporären Warteschlange zu speichern. Daher gilt Policing in den meisten Fällen als weniger effizient.

Traffic Shaping und Netzneutralität

Traffic Shaping ist ein häufiges Thema in der Debatte zwischen Verfechtern der Netzneutralität und Befürwortern eines zweistufigen Systems. Befürworter der Netzneutralität argumentieren, dass Internet-Datenpakete unparteiisch behandelt werden sollten, ohne Rücksicht auf ihren Inhalt, ihr Ziel oder ihre Quelle. Es sei schwierig, bestimmte Arten des Datenverkehrs zu verzögern, ohne andere unbeabsichtigt zu behindern. Andererseits argumentieren die Befürworter eines zweistufigen Systems, dass es schon immer verschiedene Ebenen von Internet-Diensten gegeben habe und dass ein zweistufiges System mehr Wahlfreiheit ermöglichen und den internetbasierten Handel fördern würde.

Diese Definition wurde zuletzt im November 2020 aktualisiert
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