Application Notes: Quality of Service - QoS

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1 Application Notes: Quality of Service - QoS

2 Application Notes: Quality of Service - QoS. Data 25/03/2010, Revisão 1.1 Introdução Parecer Métodos de Classificação Weighted Round Robin (WRR) Round Robin (RR) Weighted Fair Queueing (WFQ) Strict Priority (SP) Differentiated Services (DiffServ) Differentiated Services Code Point (DSCP) IP Precedence Weighted random early detection (WRED) CoS-map Meter Counter Filter Action Match QoS & Port-channel Desenvolvimento Dm ETHGX Weighted Round Robin (WRR) Weighted Fair Queueing (WFQ) Round Robin (RR) Differentiated Services Code Point (DSCP) WEIGHTED RANDOM EARLY DETECTION (WRED) Referências Introdução Normalmente a Internet trabalha com a filosofia do melhor esforço: cada usuário compartilha largura de banda com outros e, portanto, a transmissão de seus dados concorre com as transmissões dos demais usuários. Os dados são encaminhados da melhor forma possível, conforme as rotas e banda disponíveis. Quando ocorre um congestionamento, os pacotes são descartados sem distinção. Não há garantia de que o serviço será concluído com sucesso. Entretanto, algumas aplicações necessitam de tais garantias. DATACOM 1

3 Com a utilização de qualidade de serviço (quality of service QoS), é possível oferecer maior garantia e segurança para aplicações avançadas, uma vez que o tráfego destas aplicações passa a ter prioridade em relação a outras. Com uso de QoS os pacotes são marcados para distiguir os tipos de serviços e os switches são configurados para criar filas distintas para cada aplicação, de acordo com as prioridades das mesmas. Assim, uma fatia da largura de banda, dentro do canal de comunicação, é reservada para que, no caso de congestionamento, determinados tipos de fluxos de dados ou aplicações tenham prioridade na entrega. Associado a cada porta de saída do DmSwitch, existe um conjunto de 8 filas CoS. Para prover um serviço diferenciado, através destas 8 filas de CoS, existe o escalonamento, que utiliza alguns métodos de classificação. Cada método é responsável por averiguar o pacote segundo algum critério. O maior aspecto dos mecanismos arbitrados, é a capacidade de garantir uma banda mínima ou máxima. Parecer Este documento tem a finalidade de demonstrar a utilização das técnicas de QoS nos switches Datacom. Faremos uma breve explicação sobre os modos de escalonamento/enfileiramento e controle de fluxo, como: WRR, RR, WFQ, SP, DiffServ, WRED, CoS, Meter, Counter e Filtros. Também demonstraremos os resultados de testes realizados utilizando estas aplicações. Para realização dos testes, utilizamos um gerador de tráfego de alta confiabilidade e flexibilidade. Com este gerador podemos gerar tráfego de até 1G por porta, demosntrando os resultados como pacotes perdidos, latência, pacotes enviados e pacotes recebidos. Métodos de Classificação Weighted Round Robin (WRR) Neste modo, o escalonamento é configurado para associar um peso a cada fila. O escalonamento serve cada fila despachando os pacotes proporcionalmente ao peso associado as mesmas, o peso corresponde a quantidade de pacotes que serão servidos a cada ciclo. A desvantagem na utilização do algoritmo WRR, é que ele não faz uso adequado da banda, pois o mesmo não considera o tamanho do pacote no processo de escalonamento.o WRR é utilizado como configuração default dos switches. Feature Dm3000 ETHGX ETHGT WRR disponível disponível disponível Comandos no CLI: Dm4001(config-if-eth-1/2)#queue sched-mode wrr queue-weights 1-15 Weight for queue 0 sp Queue 0 in strict priority Dm4001(config-if-eth-1/2)#queue sched-mode wrr queue-weights <enter> no further known parameters Dm4001(config-if-eth-1/2)# DATACOM 2

4 Dm4001(config-if-eth-1/2)#show queue config ethernet 1/ Port Queue Mode Max-Bw Min-Bw Weight SP-Queue / 9 0 WRR unlimit NO 1/ 9 1 WRR unlimit NO 1/ 9 2 WRR unlimit NO 1/ 9 3 WRR unlimit NO 1/ 9 4 WRR unlimit NO 1/ 9 5 WRR unlimit NO 1/ 9 6 WRR unlimit NO 1/ 9 7 WRR unlimit NO Round Robin (RR) Neste modo, o escalonamento é configurado para suportar um simples "Round Robin" disciplinado atráves das 8 filas CoS. Somente o mecanismo de medição da banda máxima é utilizado para limitar a banda utilizada por uma específica fila CoS. O mecanismo de medição da banda mínima, não é utilizada neste modo. Feature Dm3000 ETHGX ETHGT RR disponível disponível disponível Comandos no CLI: Dm4001(config-if-eth-1/2)#queue sched-mode rr <?> <enter> no further known parameters Dm4001(config-if-eth-1/2)# Dm4001(config-if-eth-1/2)#show queue config ethernet 1/ Port Queue Mode Max-Bw Min-Bw Weight SP-Queue / 9 0 RR unlimit NO 1/ 9 1 RR unlimit NO 1/ 9 2 RR unlimit NO 1/ 9 3 RR unlimit NO 1/ 9 4 RR unlimit NO 1/ 9 5 RR unlimit NO 1/ 9 6 RR unlimit NO 1/ 9 7 RR unlimit NO Weighted Fair Queueing (WFQ) Neste modo, o escalonamento é configurado para assegurar uma banda mínima para cada uma das filas em condições de congestionamento com priorização. O restante a banda é distribuído numa fração round-robin. Quando da banda máxima é ajustada, o tráfego da fila é modelado(shapping) conforme a banda máxima configurada. O WFQ garante justiça no tratamento das filas, assegurando que as filas de menor prioridade não sejam negligenciadas em condições de congestionamento. DATACOM 3

5 Feature Dm3000 ETHGX ETHGT WFQ disponível disponível não Comandos no CLI: Dm4001(config-if-eth-1/2)#queue sched-mode wfq min-bw <?> Min bw for queue 0 in kbit/s (64 kbit/s granularity) sp Queue 0 in strict priority Dm4001(config-if-eth-1/2)#queue sched-mode wfq min-bw sp Dm4001(config-if-eth-1/2)# Dm4001(config-if-eth-1/2)#show queue config ethernet 1/ Port Queue Mode Max-Bw Min-Bw Weight SP-Queue / 9 0 WFQ unlimit NO 1/ 9 1 WFQ unlimit 0 -- NO 1/ 9 2 WFQ unlimit 0 -- NO 1/ 9 3 WFQ unlimit NO 1/ 9 4 WFQ unlimit NO 1/ 9 5 WFQ unlimit YES 1/ 9 6 WFQ unlimit NO 1/ 9 7 WFQ unlimit NO Strict Priority (SP) No SP, filas de maior prioridade são sempre servidas primeiro. Somente quando a fila de maior prioridade estiver vazia é as próximas filas serão servidas, de acordo com o método de WRR. A desvantagem do algorítmo SP, é que quando utilizado juntamente com aplicações de alta prioridade, cujo fluxo é contínuo e ininterrupto, pode negligenciar outras aplicações de menor prioridade. Feature Dm3000 ETHGX ETHGT SP disponível disponível disponível Comandos no CLI: o SP pode ser utilizado tanto no modo WRR, quanto no WFQ. Dm4001(config-if-eth-1/2)#queue sched-mode wfq min-bw <?> Min bw for queue 0 in kbit/s (64 kbit/s granularity) sp Queue 0 in strict priority Dm4001(config-if-eth-1/2)#queue sched-mode wrr queue-weights 1-15 Weight for queue 0 sp Queue 0 in strict priority Differentiated Services (DiffServ) DiffServ é uma arquitetura de rede que específica escalabilidade e mecânismos para classificar, gerenciar tráfego e garantir qualidade de serviço nas topologias de redes modernas. O Diffserv utiliza o campo Type of Service (TOS) do cabeçalho IPv4 para marcar os pacotes com algum grau de importância. Este campo é composto por oito bits, onde os seis primeiros bits dão origem ao Differentiated Services Code Point DATACOM 4

6 (DSCP), e os outros dois não são utilizados, e estão fora do escopo deste documento. Dentro do campo TOS, também encontramos o IP precedence, que utiliza os três primeiros bits do DSCP. O Diffserv opera com o princípio de classificação de tráfego, onde em cada pacote é colocado um número limitado de classificação de serviços. Cada roteador da rede é configurado para diferenciar o tráfego, baseado na sua classe. Cada classe pode ser gerenciada de forma diferente, assegurando tratamento preferencial para o tráfego com alta prioridade na rede. Differentiated Services Code Point (DSCP) O DSCP, serve para tomar decisões sobre classificação de pacotes e tráfego por salto, mais conhecido como per-hop behavior (PHB). Os routers devem selecionar um PHB utilizando os seis bits do campo DSCP, tratando o valor do campo como uma tabela, que é usada para selecionar um mecanismo particular para o tratamento dos pacotes. Uma rede pode ter até 64 (2^6) tipos de tráfego diferentes, utilizando diferentes marcações de DSCP. Isto permite uma grande flexibilidade na definição da classificação do tráfego. Na prática, os seguintes per-hop behaviors são utilizados: Feature Dm3000 ETHGX ETHGT DSCP disponível disponível disponível DATACOM 5

7 Default PHB - Tipicamente o tráfego best-effort. Qualquer tráfego que não se enquadrar em nenhuma das condições de qualquer classe definida, é encaminhado para default PHB. Expedited Forwarding (EF) - Provê o maior nível de qualidade de serviço. O EF tem característica de baixo delay, poucas perdas e baixo jitter. Tais características, são adequadas para serviços como voz, vídeo e outros serviços em tempo real. O tráfego EF muitas vezes é configurado com strict priority sobre todas as outras classes de tráfego. o EF utiliza somente o DSCP 46. Assured Forwarding (AF) - Garantia de entrega. O AF permite ao operador oferecer segurança na entrega dos pacotes, contanto que o tráfego não exceda as taxas definidas. O tráfego que exceder os limites pré-definidos, terá uma grande probabilidade de ser dropado, caso ocorra um congestionamento. O comportamento do AF, define quatro classes distintas. Em cada classe o pacote recebe um drop precedence, que irá indicar a probabilidade de descarte. Probabilidade de Descarte Class 1 Class 2 Class 3 Class 4 Baixa AF11 (DSCP 10) AF21 (DSCP 18) AF31 (DSCP 26) AF41 (DSCP 34) Média AF12 (DSCP 12) AF22 (DSCP 20) AF32 (DSCP 28) AF42 (DSCP 36) Alta AF13 (DSCP 14) AF23 (DSCP 22) AF33 (DSCP 30) AF43 (DSCP 38) Algumas medidas de prioridade e favorecimento, são definidas entre o tráfego das diferentes classes. Pode ocorrer um congestionamento entre as classes, então o tráfego que estiver na maior classe, receberá maior prioridade. Se ocorrer congestionamento entre as classes, os pacotes com a maior probabilidade de descarte serão descartados primeiro. Class Selector (CS) - Definido para manter a compatibilidade com o campo IP Precedence. Como o IP Precedence somente utiliza os três primeiros bits do campo TOS, o IETF definiu o Class Selector PHB, que utiliza os outros três bits, mantendo a compatibilidade com o IP Precedence. Por default, as configurações de DSCP vem desabilitadas no DmSwitch. O usuário deverá habilitar, e configurar da forma que achar melhor. O DSCP deve ser configurado de forma global, porém é habilitado individualmente por porta. DATACOM 6

8 Configurações no CLI: Dm4001(config)#show dscp <?> ethernet Select Ethernet port to enable DSCP mapping dscp-table Configures the DSCP table Dm4001(config)#show dscp dscp-table DSCP TABLE - Ethernet => 0 prio=0 16 => 16 prio=0 32 => 32 prio=0 48 => 48 prio=0 1 => 1 prio=0 17 => 17 prio=0 33 => 33 prio=0 49 => 49 prio=0 2 => 2 prio=0 18 => 18 prio=0 34 => 34 prio=0 50 => 50 prio=0 3 => 3 prio=0 19 => 19 prio=0 35 => 35 prio=0 51 => 51 prio=0 4 => 4 prio=0 20 => 20 prio=0 36 => 36 prio=0 52 => 52 prio=0 5 => 5 prio=0 21 => 21 prio=0 37 => 37 prio=0 53 => 53 prio=0 6 => 6 prio=0 22 => 22 prio=0 38 => 38 prio=0 54 => 54 prio=0 7 => 7 prio=0 23 => 23 prio=0 39 => 39 prio=0 55 => 55 prio=0 8 => 8 prio=0 24 => 24 prio=0 40 => 40 prio=0 56 => 56 prio=0 9 => 9 prio=0 25 => 25 prio=0 41 => 41 prio=0 57 => 57 prio=0 10 => 10 prio=0 26 => 26 prio=0 42 => 42 prio=0 58 => 58 prio=0 11 => 11 prio=0 27 => 27 prio=0 43 => 43 prio=0 59 => 59 prio=0 12 => 12 prio=0 28 => 28 prio=0 44 => 44 prio=0 60 => 60 prio=0 13 => 13 prio=0 29 => 29 prio=0 45 => 45 prio=0 61 => 61 prio=0 14 => 14 prio=0 30 => 30 prio=0 46 => 46 prio=0 62 => 62 prio=0 15 => 15 prio=0 31 => 31 prio=0 47 => 47 prio=0 63 => 63 prio= Dm4001(config)#show dscp ethernet 1/1 DSCP: Ethernet 1/1 is disable Dm4001(config-if-eth-1/1)#dscp-mapping <?> <enter> no further known parameters Dm4001(config)#dscp-table <?> all-dscp Set configuration to all incoming DSCP range DSCP range configuration 0-63 DSCP from incoming packet Dm4001(config)#dscp-table range <?> 0-63 First DSCP in range Dm4001(config)#dscp-table range 0 8 <?> same Use incoming DSCP as mapped DSCP 0-63 DSCP to be mapped Dm4001(config)#dscp-table range 0 8 same <?> 0-7 New 802.1p priority according to incoming DSCP Dm4001(config)#dscp-table range 0 8 same 0 <?> <enter> no further known parameters Observação: Quando o comando "dscp-mapping" for habilitado em uma porta, caso o tráfego não venha marcado com DSCP (isto significa que DSCP é igual a 0), o switch irá encaminhar o tráfego de acordo com a configuração dada para o DSCP 0 na dscp-table. Então não fará diferença se o tráfego vier marcado com alguma prioridade 802.1p, o que irá ser considerado é o DSCP. DATACOM 7

9 IP Precedence O IP Precedence utiliza os três primeiros bits do campo TOS, para possibilitar oito tipos de classificação dos pacotes, onde o zero tem a menor prioridade e o sete a maior: Decimal Descrição binário 0 Routine Priority Immediate Flash Flash Override Critical Internetwork Control Network Control 111 Pacote : No DmSwitch, o IP Precedence deve ser utilizado segundo as configurações de DSCP. Tabela com valores de DSCP em decimal e binário, e também correlação entre IP Precedence e DSCP. DATACOM 8

10 DSCP Decimal Binário IP Precedence Default CS AF AF AF CS AF AF AF CS AF AF AF CS AF AF AF CS EF CS CS Weighted random early detection (WRED) O WRED tem a função de evitar congestionamentos no buffer, descartando aleatoriamente pacotes recebidos baseando-se em alguns fatores. Cada fila deve ter um nível mínimo e um máximo. Quando abaixo do nível mínimo, a fila aceita todos os pacotes recebidos, e acima a fila rejeita todos os pacotes. Entre os dois níveis, a decisão de receber os pacotes é baseada em uma probabilidade pré-designada de descarte, associada com a ocupação de cada fila. O WRED suporta dois níveis de descarte, para um controle adicional de congestionamentos. Os filtros podem classificar os pacotes com high drop precedence, baseando-se em uma combinação inclusiva ou exclusiva. DATACOM 9

11 O buffer do Dm3000, tem 32 MB, dividido entre as portas. Feature Dm3000 ETHGX ETHGT WRED disponível disponível não Configurações no CLI: O WRED deve ser habilitado globalmente, mas as portas podem ser configuradas de forma individual. DATACOM 10

12 Dm4001(config)#wred <?> <enter> no further known parameters Dm4001(config-if-eth-1/2)#wred <?> averaging-time Queue size averaging time cng-drop-start-point Queue size where WRED can start the drop on CNG marked packets cng-slope Slope of drop probability function for CNG marked packets drop-start-point Queue size where WRED can start the drop slope Slope of drop probability function Dm4001#show wred WRED settings: Global: WRED enabled DSP: Drop start point value / Slope angle CNG: Congestion threshold drop start point value / Slope angle Queue Port Item / 1 DSP 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 CNG 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 1/ 2 DSP 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 CNG 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 1/ 3 DSP 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 CNG 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 1/ 4 DSP 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 CNG 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 1/ 5 DSP 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 CNG 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 1/ 6 DSP 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 CNG 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 1/ 7 DSP 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 CNG 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 1/ 8 DSP 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 CNG 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 1/ 9 DSP 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 CNG 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 1/10 DSP 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 CNG 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 1/11 DSP 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 CNG 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 1/12 DSP 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 75/15 CNG 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 100/15 averaging-time: slope e drop-start-point: O slope, definirá o ângulo de inclinação da reta, ou seja, a probabilidade com que os pacotes serão descartados. O drop-start-point definirá em que ponto do buffer os pacotes passarão a ser descartados. Estas configurações são válidas para qualquer tipo de pacote. cng-slope e cng-drop-start-point: Estes tem a mesma função de slope e drop-start-point, respectivamente, porém para pacotes específicos. Estas configurações são aplicáveis aos chamados pacotes "vermelhos", marcados internamente pelo switch, com a utilização de filtros. DATACOM 11

13 Exemplo de marcação do pacotes: Dm4001(config)#meter new rate-limit 5056 burst 512 Dm4001(config)#filter new action permit ingress ethernet 1/2 meter 1 out-action drop-precedence O filtro fará com que todo tráfego, que exceda o meter 1 (no caso 5Mb), seja marcado com drop-precedence (pacotes vermelhos). Conforme utilização do buffer CoS-map A configuração de CoS-map irá definir a que fila cada prioridade estará associada. No switch existem oito filas e oito prioridades, associadas de forma crescente pela configuração default. Dm4001(config)#queue CoS-map <?> 0-7 Queue ID Dm4001(config)#queue CoS-map 0 priority Select CoS priorities mapped to this queue Dm4001(config)#queue CoS-map 0 priority <?> 0-7 1st CoS Priority of 8 possible Dm4001_103_4(config)#queue CoS-map 0 priority 0 <?> 0-7 2nd CoS Priority of 8 possible <enter> Finish CoS mapping Dm4001(config)#queue CoS-map 0 priority <enter> no further known parameters Dm4001(config)# Dm4001(config-if-eth-1/2)#show queue CoS-map Queue 802.1P Priority DATACOM 12

14 Meter O meter é um mecânismo usado para monitorar e controlar a largura de banda do tráfego entrante, onde um perfil de tráfego é associado a cada fluxo. Os pacotes são considerados dentro do perfil, se corresponderem a largura de banda, e fora do perfil caso não correspondam. A granularidade é de 64 (kbit/s), e os meters suportam até mesmo jumbo frames. Um meter só terá utilidade se associado a um filtro, que irá determinar a ação a ser tomada. É aconselhado que se utilize um meter para cada ação desejada. Capacidade : Hardware meters Dm ETHGT 1024 ETHGX 2048 Features disponível em cada hardware: Feature Dm3000 ETHGX ETHGT flow disponível disponível disponível srtcm color-blind não disponível disponível srtcm color-aware não não não trtcm color-blind não não não trtcm color-blind não não não Observação: O trtcm estará disponível para o hardware ETHGX, a partir da versão de firmware 8.0. Flow: Para serem considerados verdes, todos os pacotes devem estar dentro do perfil, senão serão vermelhos. Configurações no CLI: Dm4001(config)#meter new mode flow <?> burst Specify the maximum burst size rate-limit Specify the rate-limit remark Add a remark text <enter> Dm4001(config)#meter new mode flow rate-limit <?> Rate in kbit/s (64 kbit/s granularity) Dm4001(config)#meter new mode flow rate-limit burst 256 remark VOIP DATACOM 13

15 srtcm: O Single Rate Three Color Marker marca os pacotes como verde, amarelo ou vermelho. A marcação é baseada no Committed Information Rate (CIR) e seus dois bursts, Committed Burst Size (CBS) e Excess Burst Size (EBS). Um pacote é considerado verde senão ultrapassar o CBS, amarelo se ultrapassar o CBS, mas não o EBS, e vermelho caso ultrapasse o EBS. Dois meters são necessários para suportar srtcm, cada meter é implementado como um token buckte counter, Tc e Te. Os token buckets inicialmente estão cheios (no tempo 0), Tc(0)=CBS e Te(0)=EBS. Então os contadores de Tc e Te são atualizados CIR vezes por segundo, como mostrado: Se Tc for menor do que CBS, Tc é incrementado de 1, senão Se Te for menor do que EBS, Te é incrementado de 1, senão Nem Tc nem Te são incrementados. Quando um pacote de tamanho B bytes chega ao tempo t, acontece o seguinte: Se Tc(t)-B >= 0, os pacotes são verdes, e Tc é decrementado por B até alcançar o menor valor, igual a zero, senão Se Te(t)-B >= 0, os pacotes são amarelos, e Te é decrementado por B até alcançar o menor valor, igual a zero, senão Os pacotes são vermelhos e nem Tc nem Te são decrementados. Color-blind: (Insensível a cor) Neste modo, se o pacote estiver marcado com alguma cor, a cor será ignorada. A saída é determinada pelo estado dos 2 meters. Configurações no CLI: Dm4001(config)#meter new mode srtcm color-blind <?> committed Committed Information Rate (CIR) and Burst Size (CBS) <?> remark Add a remark text Dm4001(config)#meter new mode srtcm color-blind committed <?> CBS in kbit (power of 2) Dm4001(config)#meter new mode srtcm color-blind committed excess <?> EBS in kbit (power of 2) Dm4001(config)#meter new mode srtcm color-blind committed excess 256 remark VOZ Color-aware: (Sensível a cor) Neste modo, a saída é determinada pela cor de entrada e pelo estado dos 2 meters. A cor de entrada é determinada indexando o DSCP, usando o número da porta source e o valor DSCP no pacote. Um pacote vermelho continua vermelho. Um pacote amarelo pode continuar amarelo ou se tornar vermelho. Mais informações podem ser encontradas na RFC2697. trtcm: O Two Rate Three Color Marker pode marcar os pacotes como verde, amarelo e vermelho. A marcação é baseada em quatro parâmetros, Peak Information Rate (PIR), Peak Burst Size (PBS), Committed Information Rate (CIR) e Committed Burst Size (CBS). Um pacote é considerado verde senão ultrapassar o CBS, amarelo se ultrapassar senão ultrapassar o CIR e vermelho caso ultrapasse as condições de pico PIR e PBS. Este modo também comporta duas condições, color-blind e color-aware, já explicados anteriormente. DATACOM 14

16 Mais informações podem ser encontradas na RFC2698. A figura abaixo, ilustra esta questão da banda com relação ao tempo. Se o tráfego estiver fora do perfil, será marcado, ou descartado, de acordo com a configuração do filtro associado ao meter. Counter No Dm4000, para cada tipo de configuração de meter, um counter pode ser atualizado. Os counters são organizados em pares lógicos, upper e lower. Existem oito tipos de combinações que podem ser configuradas: DATACOM 15

17 upper_counter lower_counter no no yes if red if green if green if green if red no yes no if no ret if not green if red if yellow if yellow Os cinco primeiros são relevantes quando os meters flow e srtcm são utilizados. Os counters seis e sete somente são relevantes utilizando o modo srtcm. Somente um counter em um par de counters, upper ou lower, pode ser atualizado por pacote. Se um pacote tiver combinações em paralelo com outros counters, então multiplos counters podem ser atualizados. Configurações no CLI: Dm4001(config)#counter new <?> mode Counter Upper and Lower mode remark Add a remark text type Counter type <enter> Dm4001(config)#counter new mode upper <?> all green none red Dm4001(config)#counter new mode upper green lower <?> not-green Lower count not green packets yellow Lower count yellow packets red Lower count red packets Dm4001(config)#counter new mode upper green lower yellow <?> mode Counter Upper and Lower mode remark Add a remark text type Counter type <enter> No Dm3000 é diferente, apenas 1 counter é criado. Esse counter então deve ser associado a um filtro. Configurações no CLI: DATACOM 16

18 Dm3000(config)#counter <?> new Create a new counter 1-32 Select a counter to edit by ID Dm3000(config)#counter new <?> remark Add a remark text <enter> Capacidade : Hardware counters Dm ETHGT 1024 ETHGX 2048 Filter Action Meter & Counters: Tanto meters quanto counters, dependem das ações de filtros para serem utilizados. Sem a utilização de filtros, ambos são ignorados pelo hardware. Dm4000: Existem quatro tipo de ações que podem ser relacionadas: Profile Independet (PID) Red Profile (RP) Yellow Profile (YP) Green Profile Quando um meter é associado a um filtro, o respectivo meter é conferido, e a cor do tráfego é usada para determinar que ação, verde, amerelo ou vermelho deve ser tomada. Se o meter estiver desabilitado, então todos os frames são considerados verdes. Utilizando as quatro ações citadas, pode-se então definir se os frames out-of-profile serão dropados, marcados ou irão alterar o valor de DSCP. O counter também deve ser associado utilizando uma ação. Configurações no CLI: Dm4001(config)#filter new action <?> permit Cause the packet to be switched deny Discard the packet counter Associate a counter drop-precedence Internally set the drop-precedence of the packet dscp Change Differentiated Services Code Point int-802.1p Change internal 802.1p priority value DATACOM 17

19 int-802.1p-from-inner-vlan Change internal 802.1p priority from inner VLAN tag int-802.1p-from-tos Change internal 802.1p priority from IP ToS Precedence pkt-802.1p Change packet 802.1p priority value pkt-802.1p-from-inner-vlan Change packet 802.1p priority from inner VLAN tag pkt-802.1p-from-tos Change packet 802.1p priority from IP ToS Precedence red-deny Discard red packet red-drop-precedence Internally change the drop precedence of red packet red-dscp Change Differentiated Services Code Point of red packet tos Change IP ToS Precedence value tos-from-802.1p Change IP ToS Precedence from 802.1p priority yellow-deny Discard yellow packet yellow-drop-precedence Internally change the drop precedence of yellow packet yellow-dscp Change Differentiated Services Code Point of yellow packet Dm3000: No Dm3000 é um pouco diferente, não estão disponíveis as mesmas quantidades de features. E no Dm3000 existe o comando out-action, que irá definir uma ação para o tráfego que exceder o valor configurado para o meter. Dm3000_104.10(config)#filter new <?> action Add an action to the filter meter Set a meter to be associated to this filter out-action Action when the packet is out-of-profile (meter) <enter> Dm3000(config)#filter new action <?> permit Cause the packet to be switched deny Discard the packet 802.1p-from-tos Insert 802.1p priority from IP ToS Precedence counter Counts packets of a flow drop-precedence Internally set packet to drop-precedence dscp Insert Differentiated Services Code Point tos Insert IP ToS Precedence value tos-from-802.1p Insert IP ToS Precedence from 802.1p priority Dm3000(config)#filter new out-action <?> deny Discard the packet drop-precedence Internally set packet to drop-precedence dscp Insert Differentiated Services Code Point permit Cause the packet to be switched DSCP & IP Precedence: Existem algumas ações dos filtros que podem ser tomadas com relação ao DSCP e ao IP Precedence. Dm4001(config)#filter new action <?> 802.1p-from-tos Change packet and internal 802.1p priority from IP ToS Precedence dscp Change Differentiated Services Code Point int-802.1p-from-tos Change internal 802.1p priority from IP ToS Precedence pkt-802.1p-from-tos Change packet 802.1p priority from IP ToS Precedence red-dscp Change Differentiated Services Code Point of red packet tos Change IP ToS Precedence value tos-from-802.1p Change IP ToS Precedence from 802.1p priority yellow-dscp Change Differentiated Services Code Point of yellow packet DATACOM 18

20 Match Escolhida a ação a ser tomada, deve-se decidir baseado em que a ação será tomada. A ação pode se tomada conforme as portas de entrada, ou utilizando um match. As opções de match serão sempre as mesmas, idependete da ação escolhida. Configurações no CLI: Dm4001(config)#filter new action drop-precedence red ingress ethernet <?> all All Ethernet interfaces range Range of Ethernet interfaces 1-1/1-12 Unit number/ethernet interface number Dm4001(config)#filter new action drop-precedence red match <?> 802.1p Specify 802.1p priority (outer/single tag) all Match all packets destination-ip Specify destination IP address destination-mac Specify destination MAC address destination-port Specify destination L4 port dscp Specify IP DSCP field ethertype Specify EtherType field protocol Specify L4 protocol source-ip Specify source IP address source-mac Specify source MAC address source-port Specify source L4 port tos-bits Specify IP ToS lower bits tos-precedence Specify IP ToS Precedence vlan Specify VLAN ID (outer/single tag) TecnoPUC-NOC(config)#filter new action drop-precedence match 802.1p Specify 802.1p priority (outer/single tag) 802.1p-inner Specify 802.1p priority (inner tag) all Match all packets destination-ip Specify destination IP address destination-mac Specify destination MAC address destination-port Specify destination L4 port dscp Specify IP DSCP field ethertype Specify EtherType field generic Specify a generic match protocol Specify L4 protocol source-ip Specify source IP address source-mac Specify source MAC address source-port Specify source L4 port tos-bits Specify IP ToS lower bits tos-precedence Specify IP ToS Precedence vlan Specify VLAN ID (outer/single tag) vlan-inner Specify VLAN ID (inner tag) QoS & Port-channel As features configuradas em um port-channel, são aplicadas individualmente a cada porta membro deste port-channel. Isto significa que, ao configurar um wfq min-bw de kbits para o CoS 5, em um port-channel com 2 portas membro, será garantindo um mínimo de kbits para esta fila. Porém não DATACOM 19

21 é possível garantir estes kbits, pois devemos lembrar que no port-channel o balanceamento do tráfego é feito segundo um hash. Este hash pode ser baseado em mac-address de origem e/ou destino e ip de origem e/ou destino, por default mac-address de origem e destino. Então caso um tráfego de kbits esteja passando pelo CoS 5, e por uma casualidade o balanceamento do tráfego seja todo destinado para uma única porta, haverá o descarte de kbits. É claro que em uma rede onde existem vários clientes, ou seja, diversos mac-address e IPs, a chande que isto ocorra é mínima. Configurações no CLI: Dm4001(config-if-port-ch-1)#load-balance dst-ip Destination IP address dst-mac Destination MAC address src-dst-ip Source and destination IP addresses src-dst-mac Source and destination MAC addresses src-ip Source IP address src-mac Source MAC address Desenvolvimento Dm ETHGX Utilizando um Dm4001, com uma placa ETHGX Setup de teste: Configuração utilizada para realização do teste: configure! interface vlan range set-member tagged ethernet range 1/1 1/2! interface ethernet 1/1 no spanning-tree 1! interface ethernet 1/2 DATACOM 20

22 no spanning-tree 1! interface vlan 1 no set-member Weighted Round Robin (WRR) Teste realizado utilizando a configuração default do DmSwitch. Dm4001_103_4#show queue config ethernet 1/ Port Queue Mode Max-Bw Min-Bw Weight SP-Queue / 8 0 WRR unlimit NO 1/ 8 1 WRR unlimit NO 1/ 8 2 WRR unlimit NO 1/ 8 3 WRR unlimit NO 1/ 8 4 WRR unlimit NO 1/ 8 5 WRR unlimit NO 1/ 8 6 WRR unlimit NO 1/ 8 7 WRR unlimit NO Dm4001_103_4#show queue CoS-map <enter> no further known parameters Dm4001_103_4#show queue CoS-map Queue 802.1P Priority Tráfego dentro da capacidade da porta O 1 teste será realizado enviando 1000(Mb/s) de tráfego, dividido igualmente entre as 8 filas de CoS. Tráfego enviado pelas portas (104/1 e 104/2) do gerador: DATACOM 21

23 Resultado: Pacotes com tamanho de 64 bytes. Tráfego mostrado em sentido bidirecional. DATACOM 22

24 Hardware Latência (ms) ETHGX 11,85 ETHGT 4,65 Dm3000 4,89 Pacotes com tamanho de 800 bytes. DATACOM 23

25 Hardware Latência (ms) ETHGX 13,01 ETHGT 11,02 Dm ,29 Pacotes com tamanho de 1500 bytes. DATACOM 24

26 Hardware Latência (ms) ETHGX 18,03 ETHGT 16,33 Dm ,02 Pacotes com tamanho de 9000 bytes. DATACOM 25

27 Hardware Latência (ms) ETHGX 78,37 ETHGT 76,41 Dm ,14 Tráfego excedendo a capacidade da porta Inserindo uma 3 porta do N2X, iremos gerar um tráfego que irá exceder a capacidade da porta, demonstrando assim as funcionalidades do QoS. DATACOM 26

28 Configuração:! interface vlan range set-member tagged ethernet 1/3 Tráfego enviado pela porta adicional (102/1) do gerador: O tráfego total é sempre dividido igualmente entre as 8 filas. Resultado: DATACOM 27

29 Pacotes com tamanho de 64 bytes. Enviando um tráfego de 100(Mb/s). Enviando um tráfego de 500(Mb/s). DATACOM 28

30 Enviando um tráfego de 1000(Mb/s). DATACOM 29

31 Podemos observar que, conforme aumenta o tráfego desta 3 porta, vai ocorrendo o escalonamento das filas, de 0 a 7. Alterando os pesos das filas Configuração: configure! interface ethernet 1/2 queue sched-mode wrr queue-weights ! Dm4001_103_4(config-if-eth-1/2)#show queue config ethernet 1/ Port Queue Mode Max-Bw Min-Bw Weight SP-Queue / 2 0 WRR unlimit NO 1/ 2 1 WRR unlimit NO 1/ 2 2 WRR unlimit NO 1/ 2 3 WRR unlimit NO DATACOM 30

32 1/ 2 4 WRR unlimit NO 1/ 2 5 WRR unlimit NO 1/ 2 6 WRR unlimit NO 1/ 2 7 WRR unlimit NO Resultado: WRR - Strict Priority (SP): Configuração: configure! interface ethernet 1/2 queue sched-mode wrr queue-weights sp sp 12 14! Dm4001_103_4(config-if-eth-1/2)#show queue config ethernet 1/ Port Queue Mode Max-Bw Min-Bw Weight SP-Queue / 2 0 WRR unlimit NO 1/ 2 1 WRR unlimit NO 1/ 2 2 WRR unlimit NO 1/ 2 3 WRR unlimit NO 1/ 2 4 WRR unlimit YES 1/ 2 5 WRR unlimit YES 1/ 2 6 WRR unlimit NO 1/ 2 7 WRR unlimit NO DATACOM 31

33 Enviando o mesmo tráfego de 1000M, do teste anterior. WRR - Maximum bandwidth (max-bw) Configuração: configure! interface ethernet 1/2 queue max-bw unlimited unlimited 960 unlimited unlimited unlimited unlimited Dm4001_103_4(config-if-eth-1/2)#show queue config ethernet 1/ Port Queue Mode Max-Bw Min-Bw Weight SP-Queue / 2 0 WRR unlimit NO 1/ 2 1 WRR unlimit NO DATACOM 32

34 1/ 2 2 WRR NO 1/ 2 3 WRR unlimit NO 1/ 2 4 WRR unlimit NO 1/ 2 5 WRR NO 1/ 2 6 WRR unlimit NO 1/ 2 7 WRR unlimit NO Resultado: Enviando tráfego de 1000(Mb/s) Weighted Fair Queueing (WFQ) Configuração: configure! interface ethernet 1/2 queue sched-mode wfq min-bw sp Dm4001_103_4(config-if-eth-1/2)#show queue config ethernet Port Queue Mode Max-Bw Min-Bw Weight SP-Queue / 2 0 WFQ unlimit NO 1/ 2 1 WFQ unlimit 0 -- NO 1/ 2 2 WFQ unlimit 0 -- NO 1/ 2 3 WFQ unlimit NO 1/ 2 4 WFQ unlimit NO 1/ 2 5 WFQ unlimit YES 1/ 2 6 WFQ unlimit NO 1/ 2 7 WFQ unlimit NO Resultado: Enviando tráfego de 2000(Mb/s), portas 102/1 104/1 DATACOM 33

35 CoS Banda (Mb/s) Podemos observar que nem todas as filas tiveram sua banda mínima assegurada. Isto ocorreu porque a fila 5, com strict priority, não tem uma limitação máxima, o que fez com que ela ocupasse o espaço de outras filas. WFQ - Maximum bandwidth (max-bw) Configuração: configure! interface ethernet 1/2 queue max-bw unlimited 0 0 unlimited unlimited unlimited unlimited! Dm4001_103_4(config-if-eth-1/2)#show queue co config CoS-map Dm4001_103_4(config-if-eth-1/2)#show queue config ethernet 1/ Port Queue Mode Max-Bw Min-Bw Weight SP-Queue DATACOM 34

36 / 2 0 WFQ unlimit NO 1/ 2 1 WFQ NO 1/ 2 2 WFQ NO 1/ 2 3 WFQ unlimit NO 1/ 2 4 WFQ unlimit NO 1/ 2 5 WFQ YES 1/ 2 6 WFQ unlimit NO 1/ 2 7 WFQ unlimit NO Resultado: Enviando o mesmo tráfego do exemplo anterior: Aumentando o tamanho dos pacotes para 1500, deixando mais visível o tráfego que está passando. DATACOM 35

37 Round Robin (RR) Configuração: configure! interface ethernet 1/2 queue sched-mode rr! Dm4001_103_4(config-if-eth-1/2)#show queue config ethernet Port Queue Mode Max-Bw Min-Bw Weight SP-Queue / 2 0 RR unlimit NO 1/ 2 1 RR unlimit NO 1/ 2 2 RR unlimit NO 1/ 2 3 RR unlimit NO 1/ 2 4 RR unlimit NO 1/ 2 5 RR unlimit NO 1/ 2 6 RR unlimit NO 1/ 2 7 RR unlimit NO Dm4001_103_4(config-if-eth-1/2)#show queue config ethernet Port Queue Mode Max-Bw Min-Bw Weight SP-Queue / 2 0 RR unlimit NO 1/ 2 1 RR unlimit NO 1/ 2 2 RR unlimit NO 1/ 2 3 RR unlimit NO 1/ 2 4 RR unlimit NO 1/ 2 5 RR unlimit NO 1/ 2 6 RR unlimit NO 1/ 2 7 RR unlimit NO Resultado: Enviado 1G por porta: DATACOM 36

38 Differentiated Services Code Point (DSCP) Utilizando a configuração default, WRR, mostraremos o encaminhamento dos pacotes para uma fila CoS, segundo o DSCP. Configuração: configure! interface ethernet 1/1 dscp-mapping! dscp-table range 8 15 same 1 dscp-table range same 2 dscp-table range same 3 dscp-table range same 4 dscp-table range same 5 dscp-table range same 6 dscp-table range same 7 Dm4001_103_4(config)#show dscp dscp-table DSCP TABLE - Ethernet => 0 prio=0 16 => 16 prio=2 32 => 32 prio=4 48 => 48 prio=6 1 => 1 prio=0 17 => 17 prio=2 33 => 33 prio=4 49 => 49 prio=6 2 => 2 prio=0 18 => 18 prio=2 34 => 34 prio=4 50 => 50 prio=6 3 => 3 prio=0 19 => 19 prio=2 35 => 35 prio=4 51 => 51 prio=6 4 => 4 prio=0 20 => 20 prio=2 36 => 36 prio=4 52 => 52 prio=6 5 => 5 prio=0 21 => 21 prio=2 37 => 37 prio=4 53 => 53 prio=6 DATACOM 37

39 6 => 6 prio=0 22 => 22 prio=2 38 => 38 prio=4 54 => 54 prio=6 7 => 7 prio=0 23 => 23 prio=2 39 => 39 prio=4 55 => 55 prio=6 8 => 8 prio=1 24 => 24 prio=3 40 => 40 prio=5 56 => 56 prio=7 9 => 9 prio=1 25 => 25 prio=3 41 => 41 prio=5 57 => 57 prio=7 10 => 10 prio=1 26 => 26 prio=3 42 => 42 prio=5 58 => 58 prio=7 11 => 11 prio=1 27 => 27 prio=3 43 => 43 prio=5 59 => 59 prio=7 12 => 12 prio=1 28 => 28 prio=3 44 => 44 prio=5 60 => 60 prio=7 13 => 13 prio=1 29 => 29 prio=3 45 => 45 prio=5 61 => 61 prio=7 14 => 14 prio=1 30 => 30 prio=3 46 => 46 prio=5 62 => 62 prio=7 15 => 15 prio=1 31 => 31 prio=3 47 => 47 prio=5 63 => 63 prio= Dm4001_103_4#show queue config ethernet 1/ Port Queue Mode Max-Bw Min-Bw Weight SP-Queue / 9 0 WRR unlimit NO 1/ 9 1 WRR unlimit NO 1/ 9 2 WRR unlimit NO 1/ 9 3 WRR unlimit NO 1/ 9 4 WRR unlimit NO 1/ 9 5 WRR unlimit NO 1/ 9 6 WRR unlimit NO 1/ 9 7 WRR unlimit NO Tráfego enviado pelas portas do gerador: DATACOM 38

40 Resultado: Enviado 1G por porta: DATACOM 39

41 DATACOM 40

42 WEIGHTED RANDOM EARLY DETECTION (WRED) Para demonstração do WRED, as portas foram configuradas com Round Robin, para observarmos a latência sofrendo influência apenas do WRED. WRED - Pacotes verdes Configuração: Dm4001(config-if-eth-1/1-to-1/3)#show this interface ethernet range 1/1 1/2 wred drop-start-point wred slope queue sched-mode rr DATACOM 41

43 Slope igual a noventa, serve para demonstrar a melhor latência de cada drop-start-point. Como já foi descrito, quanto menor a ocupação do buffer, menor a latência. Resultado: Enviando tráfego de 1G, com pacotes de 64KB. Pacotes com 800KB. Pacotes com 1500KB. DATACOM 42

44 Pacotes com 9000KB. Enviando 2G, com pacotes de 64KB. DATACOM 43

45 Configuração: wred drop-start-point Enviando tráfego de 1G, com pacotes de 64KB. Configuração: DATACOM 44

46 Dm4001(config-if-eth-1/1-to-1/3)#show this interface ethernet range 1/1 1/3 wred drop-start-point wred slope queue sched-mode rr Resultado: WRED - Pacotes vermelhos Configurações: interface ethernet range 1/1 1/3 wred cng-drop-start-point wred cng-slope queue sched-mode rr filter 1 action permit action red-drop-precedence red match vlan 100 ingress ethernet range 1/1 1/12 meter 1 priority 8 filter 2 action permit action red-drop-precedence red match vlan 101 ingress ethernet range 1/1 1/12 meter 2 priority 8 filter 3 action permit action red-drop-precedence red match vlan 102 ingress ethernet range 1/1 1/12 meter 3 priority 8 filter 4 action permit action red-drop-precedence red match vlan 103 ingress ethernet range 1/1 1/12 meter 4 priority 8 filter 5 action permit action red-drop-precedence red match vlan 104 ingress ethernet range 1/1 1/12 meter 5 priority 8 filter 6 action permit action red-drop-precedence red match vlan 105 ingress ethernet range 1/1 1/12 meter 6 priority 8 filter 7 action permit action red-drop-precedence red match vlan 106 ingress ethernet range 1/1 1/12 meter 7 priority 8 filter 8 action permit action red-drop-precedence red match vlan 107 ingress ethernet range 1/1 1/12 meter 8 priority 8! meter 1 mode flow rate-limit burst 32 meter 2 mode flow rate-limit burst 32 meter 3 mode flow rate-limit burst 32 meter 4 mode flow rate-limit burst 32 meter 5 mode flow rate-limit burst 32 meter 6 mode flow rate-limit burst 32 meter 7 mode flow rate-limit burst 32 meter 8 mode flow rate-limit burst 32 Resultado: DATACOM 45

47 Referências [RFC2474] Definition of the Differentiated Services Field [RFC4594] Configuration Guidelines for DiffServ Service Classes [RFC4115] A Differentiated Service Two-Rate, Three-Color Marker with Efficient Handling of in-profile Traffic [RFC2697] A Single Rate Three Color Marker [RFC2698] A Two Rate Three Color Marker **[] **[] DATACOM 46