The increasing number of delay and loss critical services in packet networks require differentiated packet handling in the forwarding plane. Quality of Service (QoS) guarantees can be given for networks using resource reservation and admission control. However, such strategies require complex control plane extensions and might lead to higher operation expenditures. Network operators therefore often use over-provisioning and traffic differentiation to offer cheaper Class of Service (CoS) quality in their internet protocol (IP) packet networks. The number of differentiated classes and their autonomous system (AS) internal implementation is at the operator’s choice. This paper proposes a signalling concept for inter-AS layer three Class Set signalling, supported classes, their encoding and packet rate limitations. It makes use of the Border Gateway Protocol (BGP) as the predominantly used routing protocol for AS peering communication. The paper specifies two new nontransitive attributes, which enable adjacent peers to signal Class of Service capabilities and admission control limitations. The new "CoS Capability Attribute" and the “CoS Parameter Attribute" are simple data structures, which signal the classes, their per hop behaviour (PHB) ID code and the token bucket control performed at the ingress AS border router for rate limitation purposes. The denoted Class of Service forwarding support is meant as the AS externally available (transit) Class of Service support. The approach is now work in progress at the IETF.

This document focuses on Class of Service Interconnection at inter- domain peering points. It specifies two new non-transitive attributes, which enable adjacent peers to signal Class of Service Capabilities and certain Class of Service admission control Parameters. The new "CoS Capability Attribute" is deliberately kept simple and denotes the general EF, AF Group and BE forwarding support across the advertising AS. The second "CoS Parameter Attribute" is of variable length and contains a more detailed description of available forwarding behaviours using the PHB id Code encoding. Each PHB id Code is associated with rate and size based traffic parameters, which will be applied in the ingress AS Border Router for admission control purposes to a given forwarding behaviour. The denoted Class of Service forwarding support is meant as the AS externally available (transit) Class of Service support.

Mit der zunehmenden Popularität des Internets steigt die Anzahl der Nutzer und vor allem die Anzahl zeit- und verlustkritische Dienste – wie zum Beispiel „Voice over IP“, Videoübertragungen und netzbasierte Spiele. Das Internet ist dabei der Zusammenschluss von ca. 30.000 Betreibernetzen, die mit Hilfe des „Internet Protocol (IP)“ derzeit ohne jede Dienstgüteunterstützung den Datenverkehraustausch realisieren. Massive Überdimensionierung der Netzkapazitäten führen zu einer Netzauslastung von nur ca. 10% und entsprechend guter Übertragungsqualität. Mit steigendem Verkehrsaufkommen wird in dieser Dissertation erwartet, das die Netzbetreiber infolge des Kostendrucks nicht schritthaltend den überhöhten Netzausbau aufrechterhalten können und somit Qualitätseinbußen zu erwarten sind. Innerhalb der Betreiber wird bereits jetzt Verkehrstrennung betrieben, jedoch am Übergabepunkt verworfen und im besten Fall im Nachbarnetz durch aufwendige Analyse erneut vorgenommen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb ein domänen- und schichtenübergreifendes Konzept zur Realisierung grob-granularer Dienstgüte in IP-Netzen entworfen, zur Standardisierung bei der „Internet Engineering Task Force (IETF)“ vorgeschlagen, implementiert und in Auszügen simuliert und getestet. Dabei werden die Verkehrsklasseninformationen mehrere Netzschichten in transitiven Nachrichtenelementen des „Border Gateway Protocol (BGP)“ signalisiert und schichtenübergreifend assoziiert. Die vorliegende Dissertation beinhaltet im wesentlichen drei Teile: 1. Eine umfassende Zusammenstellung von vorhandenen Dienstgütekonzepten einschließlich der bereits existierenden QoS-Funktionselemente in verfügbaren Netzelementen, 2. Die detaillierte Spezifikation des neuen Konzeptes und 3. den Ergebnissen der Simulations- und Implementierungsaktivitäten zum Nachweis der Funktion und Skalierbarkeit des Entwurfes. Zwei wesentliche Erkenntnisse und Forderungen sind durch die Bearbeitung des Themas erwachsen. Die Einfachheit der Konzeptstruktur und die Einfachheit der angestrebten Dienstgüteunterstützung. Die angestrebte Dienstgüte beschränkt sich deshalb auf die primitive Verkehrstrennung in mehrere Klassen, die in den Weiterleitungsknoten getrennt abgelegt und mit verschiedenem Vorrang behandelt werden.

Data stream systems have to deal with massive data volumes. To perform several queries in parallel or to perform even a single query, resources must be planned carefully and the resulting quality-of-service (QoS) is lower than the best one. Typical QoS measures are the output delay and the amount of data in the stream used for the processing. In this paper, we introduce a model which allows to describe stream operators and the streams between the operators of an operator graph belonging to a stream query. The model allows us to calculate the resources consumed by a query graph given a certain result quality. Furthermore, it can be used to determine in advance if the quality-of-service requirement of a given query can be met with the actual available system resources. This model is the basis for building QoS-guaranteeing systems.

Quality of service is commonly used to shape network traffic to meet specified criteria. The various scenarios include limiting and reserving bandwidth for a particular application, host or user, prioritizing latency sensitive traffic or equal distribution of unreserved bandwidth. The DynShaper software distributes and controls a traffic quota by more sophisticated means than fixed per user limits and simple disconnection after the user reaches the limit. It distributes the quota on a daily basis, where each day receives the same share. The users are sorted into predefined groups with different bandwidths depending on their recent consumption. This classification is periodically updated to ensure the sorting order is maintained. The bandwidths of these groups is dynamically adjusted depending on the actual consumption to provide an efficient utilization. This thesis presents another distribution model using a case-based reasoning approach, a method for machine learning which is classified as conventional artificial intelligence. Case-based reasoning tries to solve new problems based on the solutions of similar problems from the past. Controlling the network traffic to remain within a fixed quota can be modeled as such a problem if the traffic patterns are recurring. Possible solutions can be derived from statistical data and altered to suit the new problems. When an untested solution is applied, the software supervises the execution and revises the solution accordingly, if the actual results deviate from the precalculated schedule.

Das Anbieten, die Vermittlung und der Konsum von Softwarekomponenten nach dem Paradigma „Software-as-a-Service“ über das Internet wird zunehmend populärer. Diese so genannten elektronischen Dienstleistungen unterschiedlicher Komplexität werden auf Netzwerkservern zur Verfügung gestellt und können von anderen Anwendungen eingebunden werden. Damit können Ressourcen für die Entwicklung und das Betreiben eigener Dienste eingespart werden. Traditionelle Beispiele solcher Dienste sind Währungsumrechnungen oder Wettervorhersagen , aber auch komplexere Geschäftsprozesse, wie z.B. Rechnungsprüfdienste , werden vermehrt als elektronische Dienste bereitgestellt. Voraussetzung für die Akzeptanz der elektronischen Dienstleistungen ist die Absicherung deren Dienstgüte (engl. Quality of Service). Die Dienstgüte gibt Auskunft darüber, wie gut ein Dienst seine Funktion erbringt. Klassische Parameter sind Antwortzeit oder Verfügbarkeit. Die Betrachtung der Dienstgüte hat für den Dienstnutzer als auch für den Dienstanbieter Vorteile: Durch die Angabe der Dienstgüte kann sich der Dienstanbieter von seiner Konkurrenz abgrenzen, während der zukünftige Dienstnutzer in der Lage ist, die Performanz seiner Systeme, welche den Dienst integrieren, abzuschätzen. Beide Parteien streben eine möglichst hohe Dienstgüte an. Die Bestimmung der Dienstgüte in zusammengesetzten Dienstleistungen wurde in den letzten Jahren viel diskutiert. In diesem Zusammenhang ist besonders die Dienstgütezuverlässigkeit eines Dienstes wichtig. Die Dienstgütezuverlässigkeit gibt an, wie sicher es einem Dienst gelingt, seine Qualitätsversprechen einzuhalten. Je nach Kontext spricht man von relativer oder absoluter Dienstgütezuverlässigkeit. Die relative Dienstgütezuverlässigkeit bezieht sich auf die Fähigkeit eines Dienstes seine Dienstgütegarantien während der nächsten Interaktion einzuhalten, während sich die absolute Dienstgütezuverlässigkeit auf den Zeitraum der nächsten n Interaktionen bezieht. Verletzt ein Dienst eine Dienstgütegarantie, weil er beispielsweise nicht in der vorgegebenen Zeit antwortet, so gefährdet der Dienstnutzer die Performanz seiner Systeme, während der Dienstanbieter mit Strafzahlungen zu rechnen hat. Die Bestimmung der Dienstgütezuverlässigkeit einer zusammengesetzten Dienstleistung hat verschiedene Vorteile. Sie gestattet dem Dienstanbieter z.B. drohende Qualitätsverschlechterungen vorherzusagen und auf diese geeignet zu reagieren. Auch der Dienstnutzer profitiert von der Existenz der Dienstgütezuverlässigkeit. Er kann z.B. das Risiko für seine Systeme besser kalkulieren. Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der Dienstgütezuverlässigkeit in zusammengesetzten Dienstleistungen. Zu diesem Zweck wird die Dienstgütezuverlässigkeit von Teildiensten auf Basis ihrer Monitoring-Historie vorhergesagt. Die Monitoring-Historie protokolliert für jeden Dienst und jede Dienstgütegarantie, ob in vergangenen Interaktionen Dienstgüteverletzungen stattgefundenen haben. Die Dienstgütezuverlässigkeit eines Teildienstes wird als Verletzungswahrscheinlichkeit gemessen, die angibt, wie wahrscheinlich eine Dienstgüteverletzung durch den Teildienst ist. Für die Vorhersage der relativen Verletzungswahrscheinlichkeit kommt eine Markov-Kette erster Ordnung zum Einsatz. Die Bestimmung der absoluten Verletzungswahrscheinlichkeit beruht auf den Prinzipien der allgemeinen Stochastik. Die Berechnungszeit beträgt in beiden Fällen wenige Millisekunden. Beide Verfahren liefern äußerst zuverlässige Vorhersagewerte. Auf Basis der Verletzungswahrscheinlichkeiten der Teildienste wird die Dienstgütezuverlässigkeit der zusammengesetzten Dienstleistung bestimmt. Sie kann detailliert in Form der Verletzungsmatrix oder als einfacher numerischer Wert in Form der Verletzungszahl angegeben werden. Die Verletzungsmatrix einer Dienstgütegarantie enthält die Eintrittswahrscheinlichkeit für jede mögliche Anzahl von Dienstgüteverletzungen. Ihre Aufstellung erfordert exponentiellen Aufwand. Demgegenüber besitzt die Verletzungszahl eine lineare Berechnungszeit. Sie gibt die Belastung einer Dienstleistung mit Dienstgüteverletzungen an. Die Dienstgütezuverlässig ist dabei umso geringer je kleiner die Werte der Verletzungsmatrix und Verletzungszahl sind.

Das Chemnitzer StudentenNetz (CSN) setzt seit mehreren Jahren ein System zur automatischen Regelung der Bandbreite ("DynShaper") basierend auf den Grundlagen der Diplomarbeit von Jan Horbach "Dynamische Bandbreitenbeschränkung mit QoS" ein. Aufgrund der weiterhin bestehenden Notwendigkeit zum Einsatz dieses Systems, ist es nötig die DynShaper-Software zu überarbeiten, um ihre Implementierung an die Standards des CSN anzupassen und die unvollständige Dokumentation zu ergänzen. Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Integration des Systems in die bestehende Softwarearchitektur des CSN und der Schaffung einer modularen Implementierung zur Evaluierung anderer Berechnungsverfahren.

This document specifies a simple signalling mechanism for inter-domain QoS marking using a BGP Extended Community QoS Attribute. Class based packet forwarding for delay and loss critical services is currently performed in an individual AS internal manner. The new QoS marking attribute makes the QoS class setup within the IP prefix advertising AS known to all access and transit ASes. This enables individual (re-)marking and forwarding treatment adaptation to the original QoS class setup of the respective IP prefix. The attribute provides the means to signal QoS markings on different layers, which are linked together in QoS class sets. It provides inter-domain and cross-layer insight into the QoS class mapping of the source AS with minimal signalling traffic.

Mit der zunehmenden Popularität des Internets steigt die Anzahl der Nutzer und vor allem die Anzahl zeit- und verlustkritische Dienste – wie zum Beispiel „Voice over IP“, Videoübertragungen und netzbasierte Spiele. Das Internet ist dabei der Zusammenschluss von ca. 30.000 Betreibernetzen, die mit Hilfe des „Internet Protocol (IP)“ derzeit ohne jede Dienstgüteunterstützung den Datenverkehraustausch realisieren. Massive Überdimensionierung der Netzkapazitäten führen zu einer Netzauslastung von nur ca. 10% und entsprechend guter Übertragungsqualität. Mit steigendem Verkehrsaufkommen wird in dieser Dissertation erwartet, das die Netzbetreiber infolge des Kostendrucks nicht schritthaltend den überhöhten Netzausbau aufrechterhalten können und somit Qualitätseinbußen zu erwarten sind. Innerhalb der Betreiber wird bereits jetzt Verkehrstrennung betrieben, jedoch am Übergabepunkt verworfen und im besten Fall im Nachbarnetz durch aufwendige Analyse erneut vorgenommen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb ein domänen- und schichtenübergreifendes Konzept zur Realisierung grob-granularer Dienstgüte in IP-Netzen entworfen, zur Standardisierung bei der „Internet Engineering Task Force (IETF)“ vorgeschlagen, implementiert und in Auszügen simuliert und getestet. Dabei werden die Verkehrsklasseninformationen mehrere Netzschichten in transitiven Nachrichtenelementen des „Border Gateway Protocol (BGP)“ signalisiert und schichtenübergreifend assoziiert. Die vorliegende Dissertation beinhaltet im wesentlichen drei Teile: 1. Eine umfassende Zusammenstellung von vorhandenen Dienstgütekonzepten einschließlich der bereits existierenden QoS-Funktionselemente in verfügbaren Netzelementen, 2. Die detaillierte Spezifikation des neuen Konzeptes und 3. den Ergebnissen der Simulations- und Implementierungsaktivitäten zum Nachweis der Funktion und Skalierbarkeit des Entwurfes. Zwei wesentliche Erkenntnisse und Forderungen sind durch die Bearbeitung des Themas erwachsen. Die Einfachheit der Konzeptstruktur und die Einfachheit der angestrebten Dienstgüteunterstützung. Die angestrebte Dienstgüte beschränkt sich deshalb auf die primitive Verkehrstrennung in mehrere Klassen, die in den Weiterleitungsknoten getrennt abgelegt und mit verschiedenem Vorrang behandelt werden.

Das Anbieten, die Vermittlung und der Konsum von Softwarekomponenten nach dem Paradigma „Software-as-a-Service“ über das Internet wird zunehmend populärer. Diese so genannten elektronischen Dienstleistungen unterschiedlicher Komplexität werden auf Netzwerkservern zur Verfügung gestellt und können von anderen Anwendungen eingebunden werden. Damit können Ressourcen für die Entwicklung und das Betreiben eigener Dienste eingespart werden. Traditionelle Beispiele solcher Dienste sind Währungsumrechnungen oder Wettervorhersagen , aber auch komplexere Geschäftsprozesse, wie z.B. Rechnungsprüfdienste , werden vermehrt als elektronische Dienste bereitgestellt. Voraussetzung für die Akzeptanz der elektronischen Dienstleistungen ist die Absicherung deren Dienstgüte (engl. Quality of Service). Die Dienstgüte gibt Auskunft darüber, wie gut ein Dienst seine Funktion erbringt. Klassische Parameter sind Antwortzeit oder Verfügbarkeit. Die Betrachtung der Dienstgüte hat für den Dienstnutzer als auch für den Dienstanbieter Vorteile: Durch die Angabe der Dienstgüte kann sich der Dienstanbieter von seiner Konkurrenz abgrenzen, während der zukünftige Dienstnutzer in der Lage ist, die Performanz seiner Systeme, welche den Dienst integrieren, abzuschätzen. Beide Parteien streben eine möglichst hohe Dienstgüte an. Die Bestimmung der Dienstgüte in zusammengesetzten Dienstleistungen wurde in den letzten Jahren viel diskutiert. In diesem Zusammenhang ist besonders die Dienstgütezuverlässigkeit eines Dienstes wichtig. Die Dienstgütezuverlässigkeit gibt an, wie sicher es einem Dienst gelingt, seine Qualitätsversprechen einzuhalten. Je nach Kontext spricht man von relativer oder absoluter Dienstgütezuverlässigkeit. Die relative Dienstgütezuverlässigkeit bezieht sich auf die Fähigkeit eines Dienstes seine Dienstgütegarantien während der nächsten Interaktion einzuhalten, während sich die absolute Dienstgütezuverlässigkeit auf den Zeitraum der nächsten n Interaktionen bezieht. Verletzt ein Dienst eine Dienstgütegarantie, weil er beispielsweise nicht in der vorgegebenen Zeit antwortet, so gefährdet der Dienstnutzer die Performanz seiner Systeme, während der Dienstanbieter mit Strafzahlungen zu rechnen hat. Die Bestimmung der Dienstgütezuverlässigkeit einer zusammengesetzten Dienstleistung hat verschiedene Vorteile. Sie gestattet dem Dienstanbieter z.B. drohende Qualitätsverschlechterungen vorherzusagen und auf diese geeignet zu reagieren. Auch der Dienstnutzer profitiert von der Existenz der Dienstgütezuverlässigkeit. Er kann z.B. das Risiko für seine Systeme besser kalkulieren. Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der Dienstgütezuverlässigkeit in zusammengesetzten Dienstleistungen. Zu diesem Zweck wird die Dienstgütezuverlässigkeit von Teildiensten auf Basis ihrer Monitoring-Historie vorhergesagt. Die Monitoring-Historie protokolliert für jeden Dienst und jede Dienstgütegarantie, ob in vergangenen Interaktionen Dienstgüteverletzungen stattgefundenen haben. Die Dienstgütezuverlässigkeit eines Teildienstes wird als Verletzungswahrscheinlichkeit gemessen, die angibt, wie wahrscheinlich eine Dienstgüteverletzung durch den Teildienst ist. Für die Vorhersage der relativen Verletzungswahrscheinlichkeit kommt eine Markov-Kette erster Ordnung zum Einsatz. Die Bestimmung der absoluten Verletzungswahrscheinlichkeit beruht auf den Prinzipien der allgemeinen Stochastik. Die Berechnungszeit beträgt in beiden Fällen wenige Millisekunden. Beide Verfahren liefern äußerst zuverlässige Vorhersagewerte. Auf Basis der Verletzungswahrscheinlichkeiten der Teildienste wird die Dienstgütezuverlässigkeit der zusammengesetzten Dienstleistung bestimmt. Sie kann detailliert in Form der Verletzungsmatrix oder als einfacher numerischer Wert in Form der Verletzungszahl angegeben werden. Die Verletzungsmatrix einer Dienstgütegarantie enthält die Eintrittswahrscheinlichkeit für jede mögliche Anzahl von Dienstgüteverletzungen. Ihre Aufstellung erfordert exponentiellen Aufwand. Demgegenüber besitzt die Verletzungszahl eine lineare Berechnungszeit. Sie gibt die Belastung einer Dienstleistung mit Dienstgüteverletzungen an. Die Dienstgütezuverlässig ist dabei umso geringer je kleiner die Werte der Verletzungsmatrix und Verletzungszahl sind.