Мультисервисная сеть: качество обслуживания и мультикаст. Часть 3

Часть 1, Часть 2, Часть 3

Реализация QoS

Для обеспечения стабильного функционирования этого нового сервиса, необходимо назначить приоритеты для всех важных сервисов - VoIP, предоставление услуг Internet, административных сервисов, мультикаст трафика. Необходимо также, выбрать метод обработки классифицированных пакетов.

Приоритеты и механизм ACL

Маркировку пакетов необходимо производить максимально близко к абоненту, то есть на оборудовании, к которому он непосредственно подключен. Для маркировки пакетов используется механизм ACL (Access Control List).

Стандартом IEEE 802.1d определены 8 уровней приоритетов:

• Level 7 - для трафика, связанного с управлением сетью, например, для сообщений с настройками маршрутизатора.
• Level 6 - для голосового трафика, особенно чувствительного к неустойчивой синхронизации (т.е. к изменчивости задержек).
• Level 5 - для видеоданных, требующих широкой полосы пропускания и чувствительных к неустойчивой синхронизации.
• Level 4 - для трафика с контролируемой нагрузкой на сеть, но чувствительного к задержкам – например, для транзакций SNA (системной сетевой архитектуры IBM).
  
• Level 3 - для трафика, требующего передачи при первой возможности или с преимуществом относительно других видов трафика – например, для важного рабочего трафика, допускающего некоторую задержку.
• Level 2 - для выделения резерва полосы пропускания.
• Level 1 - для некритичного “фонового” трафика, например, для неконтролируемой передачи данных, которая допускается, но не должна никоим образом сказываться на других задачах и пользователях. Level 0 - для трафика, передаваемого только при наличии возможностей.

В нашей конфигурации управление сетевым оборудованием вынесено в отдельный vlan (9-manage), поэтому необходимо определить для всего 9-manage vlan - 7 уровень приоритета (IEEE 802.1d).

В nord-mk1 строки конфигурации выглядят следующим образом:

create access_profile ip vlan profile_id 3 //Создаем правило

config access_profile profile_id 3 add access_id 1
ip vlan 9-manage port 1 permit priority 7 replace_priority
//для 9-manage vlan задаем 7 приоритет на 1 порту

...

config access_profile profile_id 3 add access_id 1
ip vlan 9-manage port 28 permit priority 7 replace_priority

Создаем для VoIP следующую конфигурацию:

create access_profile ip source_ip_mask 255.255.255.255
profile_id 4

config access_profile profile_id 4 add access_id 29
ip source_ip 192.168.0.4 port 1 permit priority 6
replace_priority

...

config access_profile profile_id 4 add access_id 29
ip source_ip 192.168.0.4 port 28 permit priority 6
replace_priority

Для всего мультикаст трафика задаем 6 приоритет:

create access_profile ip destination_ip_mask 240.0.0.0
profile_id 6

config access_profile profile_id 6 add access_id 1
ip destination_ip 224.0.0.0 port 1 permit priority 5
replace_priority

...

config access_profile profile_id 6 add access_id 1
ip destination_ip 224.0.0.0 port 28 permit priority 5
replace_priority

Здесь, на самом деле можно выделить нужный диапазон мультикаст адресов и задать приоритет именно этому диапазону. Таким образом, можно дифференцировать нужный мультикаст трафик от служебного или менее значимого для конкретной решаемой задачи.

С остальными сервисами поступаем аналогично.

Для того, чтобы nord-mk1-sw04 (DES-2108) "понимал" заданные nord-mk1 приоритеты, необходимо, чтобы uplink его был тегированный.

Текущая конфигурация не обеспечивает полноценную реализацию QoS для каждого абонента, то есть исходящий трафик от абонента маркируется только после приема его nord-mk1. Вследствие этого, может возникнуть перегрузка на nord-mk1-sw04 (рисунок 1), когда абоненты создадут исходящий поток, превышающий пропускную способность uplink-канала (100 Мбит/c) на nord-mk1 (nord-mk1).

При использовании коммутаторов серии DES-3526 (26 портов) взамен DES-2108 (8 портов) этот недостаток полностью устраняется тем, что в DES-3526 существует механизм ACL, что позволяет перенести маркирование трафика максимально близко к абонентам. Конфигурация ACL DES-3828 полностью совместима с DES-3526. В итоге, получаем схему, в которой нужный исходящий и входящий трафик абонента промаркирован на всем пути следования пакетов. Таким образом, реализуется полноценное качество обслуживания для каждого абонента.

Использование DES-2108 обусловлено двумя причинами:

• стоимость коммутатора DES-2108 в 3 раза ниже DES-3526;
• невысокая плотность клиентов в подъездах;

По мере развития сети, увеличения плотности абонентов, повышения нагрузки на каналы в «узких» местах коммутаторы DES-2108 будут заменяться.

Методы обработки классифицированых пакетов.

Для обработки классифицированных пакетов в выбранном оборудовании есть возможность выбрать один из двух методов:

1. Метод Strict.

Кратко, алгоритм работы следующий: В первую очередь обрабатываются наиболее приоритетные пакеты, остальные — отбрасываются.

2. Wighted Round Robin (Взвешенное круговое обслуживание).

Обработка приоритетов происходит в зависимости от их "веса", задаваемого в конфигурации коммутатора.

Пример:

config scheduling 0 max_packet 1
config scheduling 1 max_packet 2
config scheduling 2 max_packet 3
config scheduling 3 max_packet 4
config scheduling 4 max_packet 5
config scheduling 5 max_packet 6
config scheduling 6 max_packet 7
config scheduling 7 max_packet 8

В примере, для каждого уровня QoS задается количество пакетов, которые будут обработаны в первую очередь. То есть, при наличии в буфере устройства трафика с 8 приоритетами, сначала будут обработаны 8 пакетов 7 уровня QoS, затем 7 пакетов 6 уровня QoS, и так далее по убыванию.

Масштабируемость и модернизация сети

При увеличении количества абонентов плотность абонентов также будет расти. Масштабируемость и модернизация на уровне доступа абонента реализуется заменой свитчей DES-2108. В качестве замены выступает свитч DES-3526 (таблица 1), обладающий бОльшим количеством портов, наличием 2х комбо-портов 1000BASE-T/SFP Gigabit Ethernet, продвинутой функциональностью. Стоимость «на порт» DES 3526 равна стоимости «на порт» DES-2108.

Использование приоритетов для выбранного трафика позволит обеспечить стабильное функционирование важных сервисов без увеличения пропускной способности канала, что сэкономит и оттянет затраты на замену вышестоящего оборудования. При дальнейшем увеличении количества абонентов и загруженности каналов, управляемый коммутатор Fast Ethernet уровня 3 DES-3828 может быть заменен на аналогичный по функциональности DGS-3627G. Этот коммутатор обеспечивает высокую плотность гигабитных портов оснащенных слотами SPF для гибкого подключения по оптике, а также слотами для установки модулей расширения с портами 10 Gigabit Ethernet.

Так как все используемые коммутаторы стекируемые (за исключением DES-2108), то использование технологии виртуального стека, также позволяет масштабировать сеть, добавляя необходимое количество портов.

Итог

Для утверждения, что сеть готова к предоставлению сервисов VoIP и видеоконференций необходимо проводить полноценное тестирование. Предварительное же тестирование показало, что предоставление сервиса ТРВ возможно уже сейчас. Тестирование проводилось постепенным увеличеним нагрузки на канал различными сервисами, а также генерацией искусственного трафика, близкого по характеристикам к текущим и возможным сервисам в сети. При увеличении нагрузки на канал, искажений и заметных потерь в приоритезированном видео замечено не было. Для получения точных результатов, а также выявления зависимостей влияния параметров сети (задержки, джиттера и т.д.) на сервис ТРВ необходимо проводить полномасштабное тестирование. Но тестирование и оценка влияния параметров сети на видео- и аудиосервисы выходит далеко за рамки этой статьи.

Надеюсь, данная статья поможет разобраться с практическими основами внедрения QoS, повысить эффективность работы сети, а также поможет обеспечить стабильную работу нужных именно Вам сервисов.

Литература

1. Шринивас Вегешна «Качество обслуживания в сетях IP», Cisco, издательство «Вильямс»,2003
2. http://www.dlink.ru/technical/
3. «Как организовать сервис телерадиовещания в сети», «Системный администратор», сентябрь 2007

Опубликовано в журнале "Системный администратор", апрель 2008