Traffic shaping

Traffic-Shaping ist ein Telekommunikations-Verfahren bei dem beim Senden der Datenfluss von IP-Paketen, ATM-Zellen, Ethernet-Frames oder anderen Transfereinheiten nach definierten Kriterien gesteuert wird. Es ist unidirektional, das heißt, es arbeitet im Gegensatz zur Datenflusskontrolle ohne Steuerinformationen der Gegenseite. Kriterien können z. B. Prioritäten sein oder auch der Zell-Jitter. Eine Komponente, welche Traffic-Shaping implementiert wird als Traffic-Shaper bezeichnet.

Mit Traffic-Shaping kann der Netzwerkverkehr in verschiedene Bereiche eingeteilt werden. Diese Einteilungen sind beispielsweise Applikationen und Protokolle, Übertragungsrichtungen zwischen Client und Host, Zeit und Art der Verbindung.

Anwendungsbeispiel

Beim TCP/IP-Datenverkehr muss der Empfang einer bestimmten Menge an Daten von der Gegenseite bestätigt werden, bevor der Sender neue Daten versenden darf. Kommen diese Empfangsbestätigungen nicht schnell genug, muss der Sender warten und es kommt zu Verzögerungen und Einbrüchen der Transferrate. Gerade bei ADSL kann es passieren, dass man einen Download ausbremst, indem man den Rückkanal (der ohnehin die kleinere Bandbreite hat) mit einem Upload verstopft, so dass nicht mehr genügend Bandbreite für die Empfangsbestätigungen des Downloads zur Verfügung steht. Verzögerungen innerhalb der DSL-Strecke tun ihr übriges, so dass durch Uploads die Transferrate der Downloads einbricht.

Um diesen Effekt zu kompensieren, erhöhen einige DSL-Treiber bzw. Tuning-Programme die TCP-Window-Size, so dass der Sender mehr Daten verschicken darf, bevor er auf eine Empfangsbestätigung warten muss. Dieser Vorteil wird aber durch eine deutliche Erhöhung der Latenz (Ping-Zeiten) erkauft, so dass das Surfen während eines Datentransfers ungewöhnlich langsam ist. (Wird der TCP-Window-Size Wert auf über 65,535 bytes eingestellt, muss gleichzeitig TCP-Window-Scaling aktiviert werden, da ansonsten kein entsprechend der TCP-Window-Size erhöhter Durchsatz erreicht werden kann. Ohne TCP-Window-Scaling liegt der maximale Durchsatz bei etwa 5 Mbps mit 100ms RTT)

Das Traffic-Shaping analysiert nun den anfallenden Datenverkehr in beide Richtungen und priorisiert die Datenpakete so, dass Uploads die DSL-Strecke nicht mehr verstopfen und Downloads sich nicht gegenseitig ausbremsen. Dies bringt folgende Vorteile:

• volle Download-Rate trotz Uploads
• volle Download-Rate bei mehreren Downloads und Uploads
• responsives Verhalten beim Surfen (bessere Ping-Zeiten, wichtig beispielsweise bei Onlinegames)

Algorithmen

Die verbreitetsten Algorithmen zum Traffic-Shaping sind der Leaky-Bucket-Algorithmus und der Token-Bucket-Algorithmus.
Zu den speziellen Algorithmen, wie sie von Anbietern produktbezogen angeboten werden, gehört TCP-Rate-Control. Hier wird ein optimales Verhältnis von TCP-Windowsize und erzielter Latenzzeit erzeugt, um den höchsten Durchsatz zu erzielen.

Verwendete Hardware/Anbieter

Die Firma AVM bietet Traffic Shaping in ihren Fritz!Box DSL-Modem Lösungen an, ebenso die Telekom mit ihren Speedport Modemroutern. Weitere Systeme stammen von der Firma Packeteer Inc. in Cupertino, USA. Diese "PacketShaper" werden als eigenständige Appliance zum Bandbreiten- und Qualitätsmanagement verwendet. Auch Systeme von Sandvine/Ellacoya Systeme oder die Cisco SCE 1000 Serie kommen zum Einsatz. Diese sind in der Lage tief in den Datenverkehr zu sniffen. Weitere Hersteller sind beispielsweise Expand, Sitara Networks, Allot Inc.

Software-Traffic-Shaper

Von der cFos Software GmbH gibt es mit dem Produkt cFosSpeed einen Software-Traffic-Shaper für Windows. Dieser kann auf den einzelnen Clients eines Netzwerkes, oder auf einem Windows-Router eingesetzt werden. Das benutzen der Software auf einzelnen Clients ist jedoch weit weniger effektiv, als auf einem Router. Dies ist jedoch selten möglich da in Privathaushalten, kaum Windows-Router eingesetzt werden. Laut dem Hersteller ist die Software effektiver als die der Heim-Router. In der Praxis ist der Unterschied jedoch kaum bemerkbar.

Siehe auch

• Quality of Service

Weblinks

• Freeware Traffic Shaper
• Dynamisches Bandbreitenmanagement im Chemnitzer StudentenNetz (Studienarbeit über die im Chemnitzer StudentenNetz eingesetzte DynShaper-Software: Anleitung)