Qualidade de serviço de voz sobre IP

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1 Qualidade de serviço de voz sobre IP Índice Qualidade de serviço de voz sobre IP Visão Geral de QoS para VoIP Largura de Banda Suficiente Classificação de pacote Visão Geral da Classificação de Pacotes Classificação e marcação Classificação de Pontos de Discagem de Voz e Exemplo de Marcação Classificação da Taxa de Acesso Comprometida e Exemplo de Marcação Classificação do Roteamento Baseado em Políticas e Exemplo de Marcação Classificação da Interface de Comando de Linha QoS Modular e Exemplos de Marcação Mecanismos de Enfileiramento de QoS Enfileiramento de latência baixa Exemplo de Configuração LLQ Outros Mecanismos de Enfileiramento QoS Fragmentação e Intercalação Visão Geral de Fragmentação e Intercalação Exemplo de Fragmentação e Intercalação de Ligação MLP Exemplo de Fragmentação e Intercalação FRF.12 Modelagem de tráfego Visão Geral de Modelagem de Tráfego Exemplo de Modelagem de Tráfego de Frame Relay Compressão de Cabeçalho RTP IP Serviços Diferenciados para VoIP Visão Geral de DS e de DSCP (RFC 2474, RFC 2475) Implementação DS para VoIP: Encaminhamento Expedido PHB (RFC 2598) Exemplo de Configuração de Marcação com Base em Classe DSCP Protocolo de Reserva de Recursos Visão Geral do RSVP Visão Geral de RSVP para CAC Implementando CAC com Base em RSVP Configurando Recursos de Gateway Local se o CAC Falhar Utilizando RSVP com LLQ Implementando Suporte RSVP para LLQ VoIP QoS sobre Linhas Alugadas (Utilizando PPP) Cenário VoIP sobre Linha Alugada (Utilizando PPP) Solução Recomendada para VoIP sobre Linha Alugada (Utilizando PPP) VoIP QoS sobre Redes de Frame Relay VoIP QoS sobre Cenário de Frame Relay VoIP QoS sobre Solução Recomendada de Frame Relay VoIP QoS sobre ATM VoIP QoS sobre Cenário ATM VoIP QoS sobre Soluções ATM Utilizando ATM PVCs Separados para Dados e Voz VoIP QoS sobre Soluções ATM Utilizando ATM PVCs Compartilhados para Dados e Voz Documentação Relacionada Qualidade de serviço de voz sobre IP Histórico da Versão Número da Versão Data Notas 1 16/04/01 Esse documento foi criado. 2 15/05/01 Comentários editoriais incorporados. 3 30/06/01 Comentários editoriais adicionais incorporados.

2 Quality of Service para Voice over IP discute os diversos conceitos e recursos de QoS (Quality of Service) aplicáveis à voz e, em particular, VoIP (Voice over IP). Esse documento também oferece exemplos de alto nível que mostram como implementar esses recursos em diversos ambientes de rede. Quality of Service para Voice over IP possui as seguintes seções: Visão Geral de QoS para VoIP Largura de Banda Suficiente Classificação de pacote Mecanismos de Enfileiramento de QoS Fragmentação e Intercalação Modelagem de tráfego Compressão de Cabeçalho RTP IP Serviços Diferenciados para VoIP Protocolo de Reserva de Recursos VoIP QoS sobre Linhas Alugadas (Utilizando PPP) VoIP QoS sobre Redes de Frame Relay VoIP QoS sobre ATM Documentação Relacionada Visão Geral de QoS para VoIP Para que o VoIP seja um substituto realista dos serviços de telefonia PSTN (Public Switched Telephone Network) padrão, os clientes precisam receber a mesma qualidade de transmissão de voz que recebem com os serviços de telefonia básica, o que significa transmissões de voz consistente e com alta qualidade. Como em outras aplicações em tempo real, o VoIP é extremamente sensível à largura de banda e atraso. Para que as transmissões de VoIP sejam inteligíveis ao receptor, os pacotes de voz não devem ser descartados, excessivamente retardados ou sofrer atraso variante (também conhecido como variação de sinal). Por exemplo, os seguintes padrões devem ser atendidos: O padrão codec G.729 requer perda de pacote bem menor que 1 por cento para evitar erros audíveis. Idealmente, não deverá haver perda de pacote no VoIP. A especificação ITU G.114 recomenda menos que 150 milissegundos (ms) de atraso ponta a ponta de uma via para o tráfego em tempo real de alta qualidade, como o tráfego de voz. (Em chamadas internacionais, o atraso de uma via de até 300 ms é aceitável, especialmente em transmissão de satélite. Esse atraso de uma via considera o atraso de propagação o tempo exigido para que o sinal percorra a distância.) Os buffers de variação de sinal (usados para compensar a variação de atraso) acrescentam mais ao atraso de ponta a ponta, e normalmente só são eficientes em variações de atraso inferiores a 100 ms. O efeito conhecido como variação de sinal, portanto, deve ser minimizado. O VoIP pode garantir transmissão de voz de alta qualidade somente se os pacotes de voz, para ambos os canais de sinalização e áudio, são priorizados em relação ao tráfego de rede. Para o VoIP ser implementado de modo que os usuários recebam um nível aceitável de qualidade de voz, o tráfego do VoIP deve ter garantidos determinados requisitos de largura de banda compensadora, latência e variação de sinal. O QoS garante que os pacotes de voz VoIP recebam o tratamento preferencial que requerem. Em geral, o QoS fornece um serviço de rede melhor (e mais previsível) fornecendo os seguintes recursos: Suportando largura de banda dedicada Aprimorando as características de perda Impedindo e gerenciando o congestionamento de rede

3 Modelando o tráfego de rede Definindo prioridades de tráfego na rede Quality of Service para Voice over IP discute os diversos conceitos e recursos QoS aplicáveis ao VoIP. Largura de Banda Suficiente Antes de considerar a aplicação de quaisquer dos recursos de QoS discutidos neste documento, deve-se fornecer largura de banda de rede suficiente para suportar tráfego de voz em tempo real. Por exemplo, uma chamada VoIP de 80 kbps G.711 (64 kbps de carga mais 16 kbps de cabeçalho) será deficiente em uma ligação de 64 kbps porque pelo menos 16 kbps dos pacotes (o que representa 20 por cento) serão descartados. Este exemplo também assume que nenhum outro tráfego está fluindo na ligação. Após a provisão de largura de banda suficiente para tráfego de voz, é possível executar outras etapas para garantir que os pacotes de voz tenham uma determinada porcentagem da banda total e tenham prioridade. Classificação de pacote A base para fornecer qualquer QoS está na capacidade de um dispositivo de rede em identificar e agrupar pacotes específicos. Este processo de identificação é chamado de classificação de pacotes. Depois que um pacote é classificado, precisa ser marcado estabelecendo bits designados no cabeçalho IP. As seguintes seções descrevem classificação e marcação: Visão Geral da Classificação de Pacotes Classificação de Pontos de Discagem de Voz e Exemplo de Marcação Classificação da Taxa de Acesso Comprometida e Exemplo de Marcação Classificação do Roteamento Baseado em Políticas e Exemplo de Marcação Classificação da Interface de Comando de Linha QoS Modular e Exemplos de Marcação Visão Geral da Classificação de Pacotes Para garantir a largura de banda dos pacotes VoIP, um dispositivo de rede deve ser capaz de identificar pacotes VoIP em todo o tráfego IP fluindo através dela. Os dispositivos de rede utilizam os endereços IP de origem e destino no cabeçalho IP ou os números de porta do UDP (User Datagram Protocol) de origem e destino no cabeçalho UDP para identificar os pacotes VoIP. Este processo de identificação e agrupamento é chamado classificação e é a base para fornecer qualquer QoS. Além dos métodos de classificação estática envolverem correspondência de informações dos cabeçalhos Camada 3 ou Camada 4, é possível utilizar um mecanismo tal como o RSVP (Resource Reservation Protocol) para classificação dinâmica. RSVP utiliza pacotes de sinalização H.245 para determinar qual porta UDP a conversação por voz utilizará. Em seguida, ele configura listas de acesso dinâmico para identificar tráfego de VoIP e coloca o tráfego em uma fila reservada. RSVP será discutido mais adiante neste documento. A classificação de pacote pode fazer utilização intensiva do processador, então deve ocorrer o mais longe, na direção da margem da rede, possível. Como cada salto ainda precisa determinar o tratamento que um pacote deve receber, será necessário usar um método de classificação mais simples e mais eficiente no centro de rede. A classificação mais simples é atingida por meio de marcação ou de configuração do byte de ToS (Tipo de serviço) no cabeçalho de IP. Os três bits mais significativos do byte ToS são chamados de bits Precedência de IP. A maioria dos aplicativos e fornecedores suporta atualmente a configuração e o reconhecimento desses três bits. O processo de marcação está evoluindo de tal maneira, que os seis bits mais significativos do byte ToS, denominados DSCP (Differentiated Services Code Point), podem ser utilizados para definir classes de DS (differentiated services).. DSCP será discutido mais adiante neste documento. Depois que todo salto na rede for capaz de classificar e identificar os pacotes VoIP (por meio de informação de endereço de porta ou por meio do byte ToS), esses saltos podem em seguida fornecer a cada pacote VoIP o QoS requerido. Neste momento, é possível configurar técnicas especiais para fornecer enfileiramento de prioridade para assegurar que pacotes grandes de dados não interfiram com a transmissão de dados de voz e reduzir requisitos de largura de banda compactando IP de 40 byte, mais UDP, mais cabeçalho RTP para 2 a 4 bytes. Classificação e marcação A classificação é o processo de identificação da classe ou do grupo ao qual o pacote pertence. Os dispositivos de rede utilizam vários critérios de correspondência para colocar o tráfego em um determinado número de classes. As correspondências são baseadas nos seguintes critérios: Comando de configuração global dial-peer voice voip

4 Lista de acesso (padrão e estendida) Protocolo (tal como URLs, protocolos stateful ou protocolo Camada 4) Porta de entrada Precedência de IP ou DSCP Ethernet 802.1p CoS (class of service) Conforme mencionado, há possibilidade de utilização intensiva do processador se os nós precisarem repetir a classificação com base na correspondência de lista de acesso. Portanto, os nós devem marcar pacotes assim que identificarem e classificarem os pacotes VoIP. Se um nó puder estabelecer bits de Precedência de IP ou DSCP no byte ToS do cabeçalho de IP assim que identificar o tráfego como tráfego de VoIP, então todos os outros nós na rede podem ser classificados com base nestes bits. Marcação é o processo onde o nó define um dos seguintes: Três bits de Precedência de IP no byte ToS Seis bits DSCP no byte ToS de IP Três bits MPLS EXP (Experimental) Três bits Ethernet 802.1p CoS Um bit de CLP (cell loss probability) ATM Na maioria das redes IP, marcar Precedência de IP ou DSCP deve ser suficiente para identificar o tráfego como tráfego de VoIP. Classificação de Pontos de Discagem de Voz e Exemplo de Marcação Com os gateways Cisco VoIP, é possível utilizar normalmente pontos de discagem de voz para classificar os pacotes de voz e marcar os bits de Precedência de IP. O seguinte exemplo de configuração mostra como marcar os bits de Precedência de IP: Exemplo de Configuração 1: Classificação e Marcação Utilizando Pontos de Discagem dial-peer voice 100 voip destination-pattern 100 session target ipv4: ip precedence 5 Neste exemplo, qualquer chamada VoIP que corresponda ao comando dial-peer voice 100 voip terá todos os seus pacotes de carga de voz com Precedência de IP 5 significando que os três bits mais significativos do byte ToS de IP estão configurados para 101. Classificação da Taxa de Acesso Comprometida e Exemplo de Marcação CAR (committed access rate) é uma técnica mais antiga que envolve limitação de taxa ou vigilância de tráfego que corresponda a determinados critérios para um limite superior. A CAR suporta a maioria dos mecanismos de correspondência e permite que bits de Precedência de IP ou DSCP sejam configurados de maneira diferente dependendo de quais pacotes estão de acordo com ou excedem uma taxa especificada. Em geral, a CAR é mais útil para pacotes de dados do que para pacotes de voz. Por exemplo, todo o tráfego de dados chegando em uma interface Ethernet a menos de 1 Mbps pode ser colocado em Precedência de IP Classe 3 e qualquer tráfego que exceda a taxa de 1 Mbps pode ir para a Classe 1 ou ser descartado. Outros nós na rede podem então tratar o tráfego excedente ou marcado com Precedência de IP mais baixa que não esteja em conformidade de maneira diferente. Todo o tráfego de voz deve estar em conformidade com a taxa especificada se fornecida corretamente. O seguinte exemplo de configuração mostra como utilizar CAR para classificar e marcar pacotes VoIP: Exemplo de Configuração 2: Classificação e Marcação Utilizando CAR

5 access-list 100 permit udp any any range access-list 100 permit tcp any any eq 1720 interface Ethernet0/0 ip address rate-limit input access-group conform-action set-prec-continue 5 exceed-action set-prec-continue 5 Neste exemplo, qualquer tráfego que corresponda à lista de acesso 100 será configurado com Precedência de IP 5 significando que os três bits mais significativos do byte ToS de IP estão definidos em 101. A lista de acesso 100 aqui corresponde às portas UDP comuns usadas pelo VoIP e pelo H.323 sinalizando o tráfego para a porta TCP Classificação do Roteamento Baseado em Políticas e Exemplo de Marcação PBR (policy-based routing) é outro recurso antigo que permite que o tráfego seja roteado com base em porta de origem ou lista de acesso. Ele também pode ser utilizado para classificar e marcar pacotes. Um exemplo simples de configuração a seguir: Exemplo de Configuração 3: Classificação e Marcação Utilizando PBR access-list 100 permit udp any any range access-list 100 permit tcp any any eq 1720 route-map classify_mark match ip address 100 set ip precedence 5 interface Ethernet0/0 ip address ip policy route-map classify_mark Neste exemplo, qualquer tráfego que corresponda à lista de acesso 100 será configurado com Precedência de IP 5 significando que os três bits mais significativos do byte ToS de IP estão definidos em 101. A lista de acesso 100 aqui corresponde às portas UDP comuns usadas pelo VoIP e pelo H.323 sinalizando o tráfego para a porta TCP Classificação da Interface de Comando de Linha QoS Modular e Exemplos de Marcação O método de classificação e marcação recomendado é o recurso Modular QoS Command-Line Interface (Mod QoS CLI ou MQC), um método de configuração com base em molde que separa a classificação da política, permitindo que múltiplos recursos QoS sejam configurados em conjunto para diversas classes. É possível utilizar um mapa de classes para classificar o tráfego com base em vários critérios de correspondência e um mapa de política para determinar o que deve acontecer com cada classe. Em seguida, aplica-se a política ao tráfego de entrada ou saída em uma interface utilizando o comando de configuração de interface service-policy. O seguinte exemplo de configuração mostra como utilizar o Modular QoS para classificar e marcar pacotes: Exemplo de Configuração 4: Classificação e Marcação Utilizando MQC access-list 100 permit udp any any range access-list 100 permit tcp any any eq 1720 class-map voip match access-group 100 policy-map mqc class voip set ip precedence 5 <<#various other QoS commands>> class class-default set ip precedence 0 <<#various other QoS commands>> interface Ethernet0/0 service-policy input mqc

6 Neste exemplo, qualquer tráfego que corresponda à lista de acesso 100 será classificado como class voip e definido com Precedência de IP 5 significando que os três bits mais significativos do byte ToS de IP estão definidos em 101. A lista de acesso 100 aqui corresponde às portas UDP comuns usadas pelo VoIP e pelo H.323 sinalizando o tráfego para a porta TCP Todos os outros tráfegos serão definidos com Precedência de IP 0. A política é chamada de mqc e é aplicada em tráfego de entrada na interface Ethernet 0/0. Mecanismos de Enfileiramento de QoS Depois que todo o tráfego for colocado em classes QoS com base em seus requisitos de QoS, é preciso fornecer garantias de largura de banda e serviço de prioridade por meio de um mecanismo de enfileiramento de saída inteligente. Esta seção descreve os mecanismos de enfileiramento e inclui as seguintes subseções: Enfileiramento de latência baixa Exemplo de Configuração LLQ Outros Mecanismos de Enfileiramento QoS Enfileiramento de latência baixa Uma fila de prioridade é necessária para VoIP. É possível utilizar qualquer mecanismo de enfileiramento que efetivamente dê alta prioridade ao VoIP, mas o LLQ (low latency queueing) é recomendado porque é flexível e fácil de configurar. O método de enfileiramento mais flexível que atende aos requisitos de VoIP é o LLQ. O LLQ utiliza o método de configuração MQC para fornecer prioridade a determinadas classes e para fornecer banda mínima garantida para outras classes. Durante períodos de congestionamento, a fila de prioridade é monitorada na taxa configurada para que o tráfego de prioridade não monopolize toda a largura de banda disponível. (Se o tráfego de prioridade monopolizar a banda, ele evita que garantias de banda para outras classes sejam atendidas.) Se LLQ for fornecido corretamente, o tráfego indo para a fila de prioridade não deve nunca exceder a taxa configurada. O LLQ ainda permite que profundidades de filas sejam especificadas para determinar quando o router deve descartar pacotes se muitos pacotes estiverem esperando em qualquer fila de classes em particular. Há também um class default que é utilizado para determinar o tratamento de todo o tráfego não classificado por uma classe configurada. O padrão de classe pode ser configurado com o comando de configuração de interface fair-queue, que significa que a cada fluxo não classificado será dada uma porção aproximadamente igual da largura de banda restante. A Figura 1 mostra como um LLQ funciona. Figura 1: Operação do LLQ Na Figura 1, todo tráfego saindo de uma interface ou subinterface (para Frame Relay e ATM) é primeiramente classificado utilizando MQC. Há quatro classes: uma de alta prioridade, duas de largura de banda garantida e uma padrão. O tráfego de classe de prioridade é colocado em uma fila de prioridade e aquela do tráfego de classe de largura de banda garantida é colocado em filas reservadas. Ao tráfego de classe padrão pode ser dada uma fila reservada ou ele pode ser colocado em uma fila não reservada onde cada fluxo terá uma porção aproximadamente igual de largura de banda não reservada e disponível. O programador atende as filas de maneira que o tráfego de fila de prioridade saia primeiro, a menos que exceda uma largura de banda de prioridade configurada e esta largura de banda seja necessária para uma fila reservada (isto é, há congestionamento). As filas reservadas são atendidas de acordo com sua largura de banda reservada, que o programador utiliza para calcular um peso. O peso é utilizado para determinar com que freqüência uma fila reservada é atendida e quantos bytes são atendidos por vez. Os atendimentos do programador são baseados no algoritmo WFQ (weighted fair queueing), uma discussão que está além do escopo deste documento. Se a fila de prioridade encher devido à taxa de transmissão do tráfego de prioridade ser superior à largura de banda de prioridade configurada, os pacotes no final da fila de prioridade serão descartados se nenhuma outra largura de banda não reservada estiver disponível. Nenhuma das filas reservadas ficará restrita à largura de banda configurada se a largura de banda estiver disponível. Os pacotes que violam a largura de banda garantida e a prioridade são descartados apenas durante os períodos de congestionamento. Você deve então fornecer à fila de prioridade largura de banda suficiente para processar o tráfego de VoIP que exige o serviço de prioridade. Exemplo de Configuração LLQ O seguinte exemplo de configuração mostra como configurar um LLQ:

7 Exemplo de Configuração 5: LLQ access-list 100 permit udp any any range access-list 100 permit tcp any any eq 1720 access-list 101 permit tcp any any eq 80 access-list 102 permit tcp any any eq 23 class-map voip match access-group 100 class-map data1 match protocol class-map data2 match access-group 102 policy-map llq class voip priority 32 class data1 bandwidth 64 class data2 bandwidth 32 class class-default fair-queue interface Serial1/0 bandwidth 256 service-policy output llq Neste exemplo, qualquer tráfego que corresponda à lista de acesso 100 será classificado como class voip (o que significa tráfego de voz) e receberá alta prioridade de até 32 kbps. A lista de acesso 100 corresponde às portas UDP comuns utilizadas por VoIP e H.323 sinalizando tráfego para a porta TCP O comando class data1 corresponde ao tráfego da Web (porta TCP 80 como visto na lista de acesso 101) e garante 64 kbps; o comando class data2 corresponde ao tráfego Telnet (porta TCP 23 como visto na lista de acesso 102) e garante 32 kbps. A classe padrão está configurada para proporcionar uma porção igual da largura de banda restante para fluxos não classificados. A política é chamada de llq e é aplicada em tráfego de saída em interface serial 1/0, a qual tem uma largura de banda total de 256 kbps. Observação Por padrão, a largura de banda total garantida e a largura de banda de prioridade para todas as classes devem ser menores que 75 % da largura de banda da interface. É possível modificar esta porcentagem utilizando o comando de configuração de interface max-reserved bandwidth. Outros Mecanismos de Enfileiramento QoS Vários outros métodos de enfileiramento estão disponíveis. Por exemplo, o Modified Deficit Round Robin (MDRR) é um mecanismo de enfileiramento disponível no Gigabit Switch Routers (GSRs) da série Cisco que permite garantias de largura de banda e serviço de prioridade com base em Precedência de IP, DSCP e classes MPLS EXP. O MDRR suporta uma fila de prioridade, sete filas reservadas e uma fila múltipla. Novamente, o VoIP exige prioridade, mas há aplicativos de dados que não podem ficar sem atividade e precisam de garantias de largura de banda. É possível utilizar qualquer mecanismo de enfileiramento que efetivamente dê alta prioridade ao VoIP, mas nós recomendamos o LLQ. A Tabela 1 descreve alguns dos mecanismos de enfileiramento de software. Tabela 1: Mecanismos de Enfileiramento de Software Mecanismo de Enfileiramento de Software Descrição Benefícios Limitações FIFO Os pacotes chegam e saem da fila exatamente na mesma ordem. Configuração simples e operação rápida. Não é possível garantir serviço de prioridade ou de largura de banda. WFQ Um algoritmo de hashing coloca Configuração simples. Não é possível garantir serviço de

8 fluxos em filas separadas onde pesos são utilizados para determinar quantos pacotes são atendidos por vez. Você estabelece relevância ao definir valores de precedência do IP e DSCP. Padrão em ligações com menos de 2 Mbps. prioridade ou de largura de banda. Custom Queueing (CQ) O tráfego é classificado em diversas filas com limites de enfileiramento configuráveis. Os limites de fila são calculados com base no tamanho médio do pacote, na MTU (maximum transmission unit) e na porcentagem de largura de banda a ser alocada. Os limites de fila (em número de bytes) são desenfileirados para cada fila, sendo assim, fornecem a largura de banda alocada estatisticamente. Esteve disponível por alguns anos e permite alocação de largura de banda aproximada para filas diferentes. Não é possível garantir serviços de prioridade. As garantias de largura de banda são aproximadas e há um número de filas limitado. A configuração é relativamente difícil. Priority Queueing (PQ) O tráfego é classificado em filas de prioridade alta, média, normal e baixa. O tráfego de alta prioridade é atendido primeiro, seguido pelo de média, normal e baixa prioridade. Esteve disponível por alguns anos e proporciona serviço de prioridade. O tráfego de alta prioridade pode deixar as filas de baixa prioridade sem largura de banda. Não é possível garantir largura de banda. Class-Based WFQ (CBWFQ) O MQC é utilizado para classificar tráfego. O tráfego classificado é colocado em fila de largura de banda reservada ou em uma fila padrão não reservada. Um agendador serve as filas com base nos pesos, portanto as garantias de largura de banda são honradas. Semelhante ao LLQ, exceto que não há fila de prioridade. Configuração simples e capacidade de oferecer garantias de largura de banda. Não é possível garantir serviços de prioridade. Fila de prioridade WFQ (PQ-WFQ, também chamado de Prioridade RTP de IP) Um único comando de interface é usado para fornecer serviço de prioridade para todos os pacotes de UDP destinados a números de porta pares em um intervalo especificado. Configuração simples, de um único comando. Fornece serviço de prioridade aos pacotes de RTP. Todos os outros tráfegos são tratados com o WFQ. O tráfego RTCP não tem prioridade. Nenhuma capacidade garantida de largura de banda. LLQ (previamente chamado de PQ- CBWFQ) O MQC é utilizado para classificar tráfego. O tráfego classificado é colocado em uma fila de prioridade, em filas com largura de banda reservadas ou em uma fila sem reserva padrão. Um programador atende às filas de acordo com os pesos, de modo que o tráfego de prioridade seja enviado primeiro (até um determinado limite vigiado durante o congestionamento) e as garantias de largura de banda sejam atendidas. Configuração simples. Capacidade de dar prioridade às diversas classes de tráfego e definir limites superiores para utilização prioritária de largura de banda. É possível também configurar classes de largura de banda garantida e uma classe padrão. Nenhum mecanismo para fornecer múltiplos níveis de prioridade ainda o tráfego de prioridade é enviado por meio da mesma fila de prioridade. As classes de prioridade separadas podem ter limites de largura de banda de prioridade superior durante congestionamento, mas o compartilhamento de fila de prioridade entre aplicativos pode introduzir o efeito de variação de sinal. Fragmentação e Intercalação Como as transmissões de VoIP são extremamente sensíveis a atraso, os pacotes VoIP devem ser intercalados ou inseridos entre fragmentos de pacotes de dados. Esta seção descreve fragmentação e intercalação e inclui as seguintes subseções: Visão Geral de Fragmentação e Intercalação Exemplo de Fragmentação e Intercalação de Ligação MLP Exemplo de Fragmentação e Intercalação FRF.12

9 Visão Geral de Fragmentação e Intercalação Mesmo se o enfileiramento estiver funcionando em seu melhor e dando prioridade ao tráfego de voz, há momentos em que a fila de prioridade está vazia e um pacote de outra classe é atendido. Os pacotes de classes de largura de banda garantida devem ser atendidos de acordo com seu peso configurado. Se um pacote de voz de prioridade chega na fila de saída enquanto estes pacotes estão sendo atendidos, o pacote VoIP pode esperar uma quantidade de tempo substancial antes de ser enviado. Se consideramos que um pacote VoIP precisará esperar atrás do pacote de dados e que o pacote de dados pode ter, no máximo, tamanho igual ao MTU (1500 bytes para serial e 4470 bytes para interfaces seriais de alta velocidade), podemos calcular o tempo de espera com base na velocidade da ligação. Por exemplo, para uma velocidade de ligação de 64 kbps e tamanho de MTU de 1500 bytes, temos: Serialization delay = (1500 bytes * 8 bits/byte) / (64,000 bits/sec) = ms Portanto, um pacote VoIP pode precisar esperar até 187,5 ms antes de poder ser enviado se o atraso ocorrer atrás de um único pacote de 1500 bytes em uma ligação de 64 kbps. Os pacotes VoIP são normalmente enviados a cada 20 ms. Com um orçamento de atraso de ponta a ponta de 150 ms e requisitos de variação de sinal estrita, uma lacuna de mais de 180 ms é inaceitável. É necessário um mecanismo que garanta que o tamanho de uma unidade de transmissão seja menor que 10 ms. Qualquer pacote que tenha um atraso de serialização maior que 10 ms precisam ser fragmentado em blocos de 10 ms. Um bloco ou fragmento de 10 ms é o número de bytes que pode ser enviado pela ligação em 10 ms. Você pode calcular o tamanho utilizando a velocidade da ligação: Fragmentation size = (0.01 seconds * 64,000 bps) / (8 bits/byte) = 80 bytes São precisos 10 ms para enviar um pacote de 80 bytes ou fragmento em uma ligação de 64 kbps. Em ligações de baixa velocidade onde o pacote com tamanho de 10 ms é menor que o MTU, a fragmentação é necessária. A fragmentação simples é insuficiente, entretanto, porque o pacote VoIP deve esperar atrás de todos os fragmentos de um único pacote grande de dados, o pacote VoIP ainda será atrasado além do limite de atraso de ponta a ponta. O pacote de VoIP deve ser intercalado com ou inserido entre os fragmentos do pacote de dados. A Figura 2 ilustra fragmentação e intercalação. Figura 2: Fragmentação e Intercalação de Pacote VoIP A Tabela 2 exibe os tamanhos de fragmentos recomendados para várias velocidades de ligação com base na regra de 10 ms. Tabela 2: Velocidade da Ligação e Tamanho da Fragmentação Velocidade da Ligação (kbps) Tamanho da Fragmentação (Bytes) (Não é exigida fragmentação se o tamanho da fragmentação for maior do que o tamanho do MTU da ligação. Por exemplo, para uma ligação T1 com um MTU de 1500 bytes, o tamanho do fragmento é de 1920 bytes; portanto, não é exigida fragmentação.)

10 Observação O tamanho da fragmentação do pacote nunca deve ser menor do que o tamanho do pacote VoIP. Além disso, você nunca deve fragmentar pacotes VoIP fragmentar pacotes VoIP pode causar inúmeros problemas de configuração e qualidade de chamada. Três mecanismos LFI (link fragmentation and interleaving) estão disponíveis. A Tabela 3 lista seus benefícios e limitações. Tabela 3: Velocidade da Ligação e Tamanho da Fragmentação Mecanismo LFI Descrição Benefícios Limitações Fragmentação de MTU com WFQ Comando de nível de interface para alterar o tamanho de MTU ou o tamanho de MTU de IP. Utilizado para fragmentar pacotes grandes de IP em um tamanho MTU especificado. O LFI usa WFQ para intercalar pacotes em tempo real entre os fragmentos. Configuração simples. Os fragmentos são reagrupados apenas através do recebimento de aplicativos; portanto, a utilização de redes é ineficiente. Apenas os pacotes de IP com o bit DF (Don't Fragment) não definido pode controlar bem a fragmentação. Uso altamente intensivo.do processador. Não recomendado. Multilink Point-to- Point Protocol (MLP) Link Fragmentation and Interleaving (LFI) Nos enlaces seriais ponto a ponto, o MLP deve primeiro ser configurado e, então, um tamanho da fragmentação deve ser definido em milissegundos. O entrelaçamento também deve ser habilitado na interface multilink. Os pacotes são fragmentados em uma extremidade do enlace e remontados na outra. É possível combinar várias ligações para atuarem como uma grande tubulação virtual. Disponível apenas nas ligações configuradas para PPP. Soluções para PPP por Frame Relay ou para PPP por ATM também são suportadas no Cisco IOS Versão 12.1(5)T ou em versões posteriores. Fragmentação do Frame Relay (FRF.12) Em PVCs de Frame Relay, o comando de configuração de interface de modelagem do tráfego frame-relay deve ser ativado e o tamanho da fragmentação definido na classe de mapa. Os pacotes são fragmentados em uma extremidade do PVC e remontados na outra. Disponível somente em PVCs de Frame Relay com o comando de configuração de interface de modelagem do tráfego frame-rela y habilitado. Exemplo de Fragmentação e Intercalação de Ligação MLP O seguinte exemplo de configuração mostra como configurar a fragmentação e a intercalação utilizando o MLP LFI: Exemplo de Configuração 6: MLP LFI interface Serial1/0 bandwidth 256 encapsulation ppp no fair-queue ppp multilink multilink-group 1 interface Multilink1 ip address bandwidth 256 ppp multilink ppp multilink fragment-delay 10 ppp multilink interleave multilink-group 1 Nesse exemplo, o MLP LFI está configurado com um tamanho da fragmentação de 10 ms, que é calculado com base na largura de banda configurada para a interface multilink. A interface serial de 1/0 é colocada em um grupo multilink 1 e, portanto, herda a configuração multilink na interface multilink 1.

11 Exemplo de Fragmentação e Intercalação FRF.12 O seguinte exemplo de configuração mostra como configurar a fragmentação e intercalação utilizando o FRF.12: Exemplo de Configuração 7: Fragmentação de Frame Relay (FRF.12) LFI interface Serial 0/1 no ip address encapsulation frame-relay frame-relay traffic-shaping interface Serial 0/1.64 point-to-point ip address frame-relay interface-dlci 128 class voice map-class frame-relay voice frame-relay cir frame-relay fragment 320 Nesse exemplo, a modelagem de tráfego Frame Relay está habilitada em DLCI 128 e FRF.12 está configurada com tamanho da fragmentação de 320 bytes, que é 10 ms da CIR (committed information rate). O tamanho da fragmentação deve ser 10 ms da velocidade da porta mais baixa nos pontos finais do PVC; esse exemplo supõe que a CIR e a velocidade da porta mais baixa são as mesmas: 256 kbps. Modelagem de tráfego A modelagem de tráfego é um mecanismo QoS utilizado para enviar o tráfego em intermitências curtas em uma taxa de transmissão definida. É geralmente mais utilizado em ambientes de Frame Relay onde a taxa de relógio da interface não é a mesma que a largura de banda garantida ou a CIR. Esta seção descreve modelagem de tráfego e inclui as seguintes subseções: Visão Geral de Modelagem de Tráfego Exemplo de Modelagem de Tráfego de Frame Relay Visão Geral de Modelagem de Tráfego A modelagem de tráfego de Frame Relay é o aplicativo de modelagem de tráfego mais utilizado em ambientes VoIP. Os cenários de Frame Relay geralmente têm uma rede de hub e eixos onde a velocidade da ligação do hub é maior do que qualquer velocidade de ligações remotas. Em alguns casos, a soma das velocidades de ligações remotas é maior do que a velocidade da ligação do hub, causando excesso de assinaturas. Sem a modelagem de tráfego de Frame Relay, o hub pode tentar enviar em taxas de tráfego maiores do que os remotos podem receber, fazendo com que a rede de Frame Relay descarte o tráfego arbitrariamente. Entretanto, os remotos poderiam enviar em uma taxa agregada maior do que o hub pode receber, fazendo novamente com que a rede de Frame Relay descarte o tráfego arbitrariamente. Quando nos referimos à rede de Frame Relay, significa a rede do SP (service provider) dos switches de WAN que fornecem a conectividade PVC de ponta a ponta. Porque a rede WAN SP não tem Camada 3 ou inteligência em nível superior, o tráfego de VoIP pode ser encerrado se os contratos são violados. Portanto, é necessário controlar as taxas de transmissão dentro da rede de Frame Relay, assim é possível controlar quais pacotes foram descartados e quais pacotes recebem serviço de prioridade. A Figura 3 mostra um exemplo de uma típica rede de Frame Relay sem modelagem de tráfego. Figura 3: Rede de Frame Relay Exemplo de Modelagem de Tráfego de Frame Relay O seguinte exemplo de configuração mostra como configurar uma modelagem de tráfego de Frame Relay: Exemplo de Configuração 8: Modelagem de Tráfego de Frame Relay

12 interface Serial 0/1 no ip address encapsulation frame-relay frame-relay traffic-shaping interface Serial 0/1.64 point-to-point ip address frame-relay interface-dlci 128 class voice map-class frame-relay voice no frame-relay adaptive-shaping frame-relay cir frame-relay bc 2560 frame-relay mincir Neste exemplo, a modelagem de tráfego de Frame Relay está habilitada na interface serial principal 0/1 e DLCI 128 está colocada em uma classe de modelagem de voz. O mapa de classes de voz configura uma CIR de bps e uma taxa Bc (burst committed) de 2560 bits. Essa configuração significa que o router enviará 2560 bits a cada 2560/ segundos (10 ms) e enfileira as intermitências excedentes. A CIR mínima é configurada no mesmo valor da CIR, e a modelagem adaptável é desabilitada. O valor de Be (excess burst) da Frame Relay não está definido e, portanto, o padrão é 0, evitando qualquer intermitência maior do que a CIR. Essa é a configuração recomendada para a modelagem de tráfego quando carregando VoIP. Compressão de Cabeçalho RTP IP A compressão de cabeçalho de IP RTP reduz o cabeçalho de 40 byte IP+UDP+RTP para 2 a 4 bytes, conseqüentemente reduzindo a largura de banda necessária por chamada de voz em ligações de ponto a ponto. O cabeçalho é compactado em uma extremidade do enlace e descompactado na outra extremidade. Outro nome padrão para esta técnica é crtp, que significa RTP compactado. A Figura 4 mostra a funcionalidade da compressão do cabeçalho RTP. Figura 4: Compressão de Cabeçalho RTP Para configurar a compressão de cabeçalho IP RTP, é necessário configurar o comando ip rtp header-compression sob a interface serial, ou o comando frame-relay ip rtp header-compression sob a subinterface de Frame Relay. Você também pode definir o comando de configuração de interface ip rtp compression-connections para definir um número máximo de fluxos que serão compactados. Porque o processador crtp pode ser intensivo, é necessário limitar o número de fluxos compactados para evitar a degradação do desempenho do router. O RTP comprimido é recomendado em ligações de velocidade baixa onde a largura de banda é pequena e há poucas chamadas de VoIP. Serviços Diferenciados para VoIP Os modelos de QoS de arquitetura dos DS (Differentiated Services) fornecem um mecanismo escalável para classificar os pacotes nos grupos ou classes que possuem requisitos semelhantes de QoS. Esta seção descreve os DS e inclui as seguintes subseções: Visão Geral de DS e de DSCP (RFC 2474, RFC 2475) Implementação DS para VoIP: Encaminhamento Expedido PHB (RFC 2598) Exemplo de Configuração de Marcação com Base em Classe DSCP Visão Geral de DS e de DSCP (RFC 2474, RFC 2475) As primeiras redes IP foram baseadas no modelo de empenho máximo de serviço, o que significa que os atrasos, efeito de variação de sinal, perda de pacotes e alocação de largura de banda eram imprevisíveis. Hoje, um grande número de redes ainda seguem o modelo de empenho máximo e não suportam aplicativos aprimorados que exigem um tipo de garantia de serviço. Utilizando o modelo de empenho máximo, os provedores de serviço não têm meios de oferecer SLAs (service level agreements) para seus clientes, acabam por provisionar muito suas redes para lidar com as horas de tráfego mais ocupadas. Os clientes de nível empresarial e os usuários finais não têm como fornecer tratamento de prioridade ou largura de banda garantida para VoIP. O tráfego é tratado em uma base FIFO simples, sem execução do QoS.

13 A primeira abordagem arquitetônica para fornecer o QoS de ponta a ponta necessário, no qual o aplicativo sinaliza os requisitos de recursos do QoS (como largura de banda e atraso garantido) para a rede. Em um cenário de VoIP, essa abordagem arquitetônica significa que tanto o telefone IP ou o gateway de voz precisaram fazer exigências de QoS para todos os nós da rede; assim os recursos de ponta a ponta seriam alocados. Todos os nós precisaram manter informações sobre o estado da chamada para determinar quando liberar os recursos de QoS para outras chamadas e aplicativos, e se havia recursos suficientes disponíveis para aceitar chamadas com garantias de QoS. Este método é chamado de modelo QoS de Serviços Integrados. A implementação mais comum de Serviços Integrados utiliza o RSVP (Resource Reservation Protocol). O RSVP tem algumas vantagens, como o CAC (Call Admission Control), onde uma chamada pode ser redirecionada pelo envio de um sinal apropriado para o originador se a rede não tiver os recursos de QoS disponíveis para suportá-lo. Entretanto, o RSVP também encontra problemas de escalabilidade; o RSVP e esses problemas são abordados mais adiante neste documento. A arquitetura DS é o modelo QoS mais implementado e suportado hoje em dia. Ele fornece um mecanismo escalável para classificar os pacotes em grupos ou classes que possuem requisitos semelhantes de QoS, e então fornecem a esses grupos o tratamento exigido em cada nó da rede. A escalabilidade é proveniente do fato de que os pacotes são classificados nas bordas da "rede" ou da região de DS e são marcados adequadamente, o que faz com que os routers centrais da rede possam fornecer o QoS baseado simplesmente na classe de DS. Os seis bits mais significativos do byte ToS (Type of Service) de IP são utilizados para especificar a classe de DS; o DSCP (Differentiated Services Code Point) define esses seis bits. Os dois bits restantes do byte ToS de IP não são utilizados atualmente. A Figura 5 mostra como o cabeçalho IP define a classe de DS. Figura 5: Definições de Campo de Serviços Diferenciados Os Serviços Diferenciados estão descritos e definidos nos seguintes RFCs: RFC 2474, Definição do Campo de Serviços Diferenciados (Campo DS) RFC 2475, Uma Arquitetura para Serviços Diferenciados RFC 2597, Grupo PHB de Encaminhamento Garantido RFC 2598, PHB de Encaminhamento Expedido O RFC 2474 propõe um modo de interpretar um campo que sempre foi parte de um pacote IP. Como mencionado anteriormente neste documento, o campo ToS descreve um byte inteiro (oito bits) de um pacote IP. A precedência se refere aos três bits mais significativos do byte ToS, que é [123] (Ocasionalmente, o termo ToS é utilizado para se referir aos próximos três bits: 123[456]78; no entanto, nesse documento, para ser consistente com a especificação original de RFC para o cabeçalho IP (RFC 791), o ToS se refere ao conjunto todo de oito bits.) Os três primeiros bits do DSCP são utilizados como bits seletores de classe; o bit seletor de classe torna o DSCP compatível com a Precedência de IP porque a Precedência de IP utiliza os mesmos três bits para determinar a classe. A Tabela 4 mostra os valores do bit de Precedência de IP mapeados para o DSCP. Tabela 4: Precedência de IP para Mapeamento de DSCP Precedência de IP Valor do Bit de Precedência de IP Bits DSCP Classe DSCP Encaminhamento expedido Encaminhamento Garantido Encaminhamento Garantido Encaminhamento Garantido Encaminhamento Garantido Melhor Esforço

14 Os próximos dois bits são utilizados para definir as preferências de queda. Por exemplo, se o tráfego na Classe 4 (os três primeiros bits são 100) excede uma certa taxa contratada, os pacotes em excesso poderiam ser remarcados e, assim, a preferência de queda será elevada em vez de ser descartada. Se um congestionamento ocorrer na rede DS, os primeiros pacotes a serem descartados serão os pacotes de "preferência de queda alta". É semelhante à marcação do bit DE no Frame Relay e à marcação do bit CLP no ATM. Esses mecanismos permitem à rede da Camada 2 realizar decisões inteligentes de queda para um tráfego em não conformidade durante períodos de congestionamento. O DS permite uma operação semelhante sobre uma rede IP. O sexto bit deve estar configurado em 0 para indicar aos dispositivos da rede que as classes foram definidas de acordo com o padrão DS. A arquitetura DS define um conjunto de condicionadores de tráfego que são utilizados para limitar o tráfego em uma região de DS e colocá-lo em classes de DS adequadas. Metros, marcadores, modeladores e quedas são todos os condicionadores de tráfego. Os metros são basicamente vigilantes, e uma política baseada em classe (que você configura utilizando o comando police policy-map configuration sob uma classe no Modular QoS CLI) é uma implementação compatível com DS de um metro. Você pode utilizar a marcação com base em classe para definir o DSCP e a modelagem baseada em classe como o modelador. WRED (Weighted Random Early Detect) é um mecanismo de queda que é suportado, mas você não deve solicitar a WRED na classe VoIP. O PHB (per hop behavior) descreve pelo que uma classe de DS deveria passar em termos de perda, atraso e variação de sinal. Um PHB determina como a largura de banda é alocada, como o tráfego é restringido e como os pacotes são descartados durante um congestionamento. Três PHBs são definidos em DS baseado no comportamento de encaminhamento exigido: Classe de Empenho Máximo Bits seletores de classe configurados em 000 Encaminhamento Garantido PHB Bits seletores de classe configurados em 001, 010, 011 ou 100 Encaminhamento Expedido PHB Bits seletores de classe configurados em 101 O padrão AF (Assured Forwarding) especifica quatro classes de largura de banda garantidas e descreve o tratamento que cada uma deve receber. Também especifica os níveis de preferência de queda, resultando em um total de 12 classes de AF possíveis, como mostrado na Tabela 5. Tabela 5: Classes de Encaminhamento Garantido Possíveis Níveis da Preferência de Queda Classe AF1 Classe AF2 Classe AF3 Classe AF4 Precedência de Queda Baixa Precedência de Queda Média Precedência de Queda Alta Você provavelmente utilizará as classes de Encaminhamento Garantido para tráfego de dados, que não exige um tratamento de prioridade e é, em grande parte, baseado em TCP. O Encaminhamento Expedido possui uma compatibilidade maior com os requisitos de VoIP QoS. Implementação DS para VoIP: Encaminhamento Expedido PHB (RFC 2598) O Encaminhamento Expedido, EF (Expedited Forwarding), é destinado para aplicativos sensíveis a atrasos que exigem uma largura de banda garantida. Uma marcação de EF garante um serviço de prioridade através da reserva de uma quantidade mínima de largura de banda que pode ser utilizada para tráfegos de alta prioridade. No EF, a taxa de saída (ou a prioridade da largura de banda configurada) deve ser maior ou igual à soma das taxas de entrada, assim não há congestionamento para pacotes marcados com EF. Você implementa o comportamento EF utilizando a fila de prioridade estrita no LLQ (low latency queueing). A largura de banda constante é garantida pelo tráfego que pertence à classe EF, mas ao mesmo tempo, se há congestionamento, pacotes em não conformidade que excedem a taxa de prioridade especificada são descartados para garantir que os pacotes em outras filas que pertencem a classes diferentes não tenham necessidade de largura de banda. O valor DSCP recomendado para EF é (46). Os três primeiros bits desse valor de EF correspondem à Precedência de IP 5, que é a definição do comando da configuração do ponto de discagem ip precedence recomendado para o tráfego de VoIP. Portanto, se os dispositivos IP da rede podem reconhecer a Precedência de IP ou o DSCP com a finalidade de classificação e marcação, você pode fornecer um QoS de ponta a ponta. Exemplo de Configuração de Marcação com Base em Classe DSCP A arquitetura DS especifica como classificar, marcar, vigiar e modelar o tráfego digitando uma região DS e como tratar classes diferentes em todos os nós na região DS. Na extremidade do DS, todos os pacotes IP estão marcados com o DSCP apropriado, assim

15 o QoS pode ser fornecido baseado no DSCP interno da região DS. O seguinte exemplo de configuração mostra como configurar a marcação DSCP na extremidade utilizando a marcação com base em classe: Exemplo de Configuração 9: Marcação Baseada em Classe de DSCP access-list 100 permit udp any any range access-list 100 permit tcp any any eq 1720 access-list 101 permit tcp any any eq 80 class-map voip match access-group 100 class-map webtraffic match access-group 101 policy-map dscp_marking class voip set ip dscp 46 #EF Class class webtraffic set ip dscp 26 #AF Class interface Ethernet0/0 service-policy input dscp_marking Nesse exemplo, todo o tráfego que estiver chegando na interface Ethernet 0/0 é inspecionado e classificado com base em voip e webtraffic mapas de classe. O comando de configuração global de mapa de políticas define o DSCP em voip classe de tráfego em 46 ( para EF) e a classe de tráfego webtraffic em 26 ( para AF3). Todos os enfileiramentos e outros parâmetros de QoS podem agora ser configurados para serem compatíveis como o DSCP no resto da região DS. Nas seções restantes desse documento, vamos corresponder o tráfego de Precedência de IP 5 como VoIP e o tráfego de Precedência de IP 3 como HTTP (tráfego na web), com todos os outros tráfegos indo para a classe padrão. De forma semelhante, o DSCP 46 poderia ser utilizado para VoIP e o DSCP 26 para HTTP. Poderíamos utilizar vários outros mecanismo de marcação e classificação mas, para manter a consistência e simplicidade, utilizaremos a Precedência de IP. Protocolo de Reserva de Recursos O RSVP (Resource Reservation Protocol) é uma implementação da arquitetura de Serviços Integrados para QoS (RFC 2205). Quando o VoIP foi introduzido, o RSVP foi imediatamente visto como um componente-chave que forneceria controle de admissão e QoS para fluxos de VoIP. Entretanto, o modo como o RSVP e o H.323 foram integrados anteriormente não forneceu controle de admissão nem QoS apropriado para fluxos de voz. Vários aprimoramentos foram feitos para tratar essas limitações, e agora o RSVP pode ser utilizado para implementar o CAC e para sinalizar um QoS desejado que fornecerá boa qualidade de voz de ponta a ponta, mesmo se houver congestionamento. Nesta seção, o RSVP é descrito (de maneira geral) focando em um subconjunto particular de plataformas, topologias e protocolos. Também supomos que você esteja utilizando o H.323 como o protocolo de sessão para uma rede baseada em gateway de VoIP. Esta seção inclui as seguintes subseções: Visão Geral do RSVP Visão Geral de RSVP para CAC Implementando CAC com Base em RSVP Configurando Recursos de Gateway Local se o CAC Falhar Utilizando RSVP com LLQ Implementando Suporte RSVP para LLQ Visão Geral do RSVP A implementação inicial do RSVP para VoIP possui duas limitações. A primeira era que o CAC não poderia ser implementado com RSVP devido ao processo de reserva não ter sido sincronizado com a sinalização de chamada de voz. Uma chamada seria processada mesmo se a reserva RSVP houvesse falhado ou não fosse completada. A segunda limitação era que uma reserva RSVP bem sucedida

16 poderia não oferecer boa qualidade de voz durante os períodos de congestionamento de rede. O RSVP cria um fluxo de fila por tráfego reservado dentro do sistema WFQ e dependia desse sistema para garantir um atraso limitado. Entretanto, em alguns casos, o WFQ não era capaz de fornecer um atraso limitado aceitável de voz. O RSVP precisa ser capaz de usar a fila de prioridade no LLQ para garantir um atraso limitado que não afetaria a qualidade de voz. Além disso, o RSVP não tinha suporte em ATM ou em PVCs de Frame Relay modelados. Você deve implementar o RSVP para aprimorar o VoIP QoS apenas onde ele possa ter um impacto positivo na qualidade e na funcionalidade. Os benefícios da utilização de RSVP são maiores que os custos (gerenciamento, custos indiretos e impacto de desempenho) apenas quando houver largura de banda limitada e congestionamento de rede freqüente. Alguns ambientes IP possuem largura de banda suficiente para garantir o QoS apropriado sem a necessidade de implementar CAC em todas as chamadas. Os quatro mecanismos seguintes foram introduzidos no software Cisco IOS para lidar com CAC baseado em recursos: PSTN fallback Esse método depende da investigação da rede para medir o atraso, a variação de sinal e a perda para estimar o defeito de voz em potencial que uma chamada sofrerá. (O defeito em potencial é chamado de ICPIF (Calculated Planning Impairment Factor) e é explicado no ITU-T G.113). Com esse mecanismo, é possível definir diversos limiares para que as chamadas sejam rejeitadas se uma rede IP estiver congestionada. O CAC é definido em recursos de gateway locais, como CPU, memória e número de chamadas?com esse método, é possível configurar os limiares que acionam ações diferentes, como grampear chamada, rejeitar chamada ou tocar uma mensagem. Gerenciamento de largura de banda por meio de gatekeeper H.323 Nesse método, é possível configurar um valor máximo de largura de banda que os gatekeepers alocam para chamadas. RSVP. Neste documento, discutimos apenas a utilização de RSVP para CAC. Visão Geral de RSVP para CAC O uso do RSVP para VoIP CAC exige a sincronização da sinalização de configuração de chamadas e a sinalização do RSVP. Essa sincronização garante que o telefone da parte chamada toque apenas depois dos recursos da chamada serem reservados. Essa sincronização também fornece aos gateways de voz o controle de quais ações devem ser adotadas antes que a configuração de voz mude para o estágio alerta se a reserva falhar e não puder ser completada dentro de um período predefinido. Uma chamada de voz acionará duas reservas RSVP porque os mecanismos de controle de reserva e admissão fornecidos pelo RSVP são unidirecionais. Cada gateway de voz é responsável por iniciar e manter uma reserva em direção a outro gateway de voz. O CAC para uma chamada VoIP falha se ao menos uma das reservas falhar. A Figura 6 exibe a seqüência de pacotes trocados entre os gateways durante uma configuração de chamada se o RSVP for usado para reserva de recurso. Figura 6: Configuração de Chamada com RSVP Ativado Na Figura 6, um OGW (originating gateway) inicia uma chamada em direção a um TGW (terminating gateway). O gateway de origem envia uma mensagem H.323 SETUP ao gateway de terminação para iniciar a chamada. Essa mensagem SETUP executa o QoS que o gateway de origem considera aceitável para a chamada. O gateway de terminação responde com uma mensagem H.323 CALL PROCEEDING. Os gateways de terminação e de origem iniciam uma requisição de reserva enviando uma mensagem RSVP PATH. Os fluxos de pacote de ambas reservas são independentes, exceto se um deles falhar. O gateway de terminação bloqueia o processo de configuração de chamada esperando pelos resultados da reserva. O gateway de terminação controla a decisão de admissão da chamada e precisa ser notificada que as reservas obtiveram sucesso nas duas direções. O gateway de terminação descobre que a sua reserva obteve sucesso quando ele recebe a mensagem RSVP RESV. O gateway de terminação detecta que a reserva do gateway de origem obteve sucesso quando ele recebe a mensagem RSVP RESV CONFIRMATION do gateway de origem. Nesse ponto, o gateway de terminação permite a continuação da configuração da chamada e envia uma mensagem H.323 ALERTING ao gateway de origem quando ele é notificado que a parte chamada está em estado de alerta. Uma desconexão normal é iniciada quando uma mensagem H.323 RELEASE COMPLETE é enviada após a chamada ser conectada. Neste ponto, os gateways interrompem as reservas enviando as mensagens RSVP PATH TEAR e RESV TEAR. Se ao menos uma reserva RSVP falhar, é possível configurar um gateway de voz para executar as seguintes ações: O gateway de voz pode informar a falha na chamada ao usuário ou switch que enviou a chamada. A chamada pode ser redirecionada por outro caminho. A chamada pode ser conectada com QoS de empenho máximo. Esse último comportamento é possível porque o gateway de terminação sabe qual QoS é aceitável para a chamada de sua própria

17 configuração e o valor incluído pelo gateway de origem na mensagem H.323 SETUP. Se o gateway de terminação e o gateway de origem solicitarem um QoS sem empenho máximo e ao menos uma reserva falhar, a chamada será transferida como empenho máximo apenas se o gateway de origem e o gateway de terminação estiverem dispostos a aceitar o serviço de empenho máximo. A liberação e o roteamento de chamadas são possíveis se um dos dois gateways de voz não aceitarem o serviço de empenho máximo. Se você configurar o gateway para rejeitar a chamada e informar a falha, os troncos CAS e as linhas analógicas geram um sinal de ocupado rápido. Nos troncos CCS PRI, uma mensagem Q.931 DISCONNECT com uma causa "QoS indisponível" (49) será gerada. A Figura 7 exibe os detalhes de uma chamada que é rejeitada porque a reserva iniciada de um gateway de terminação falhou. Figura 7: Falha na Chamada RSVP CAC Porque a Reserva do Gateway de Terminação Falhou Implementando CAC com Base em RSVP Conforme mencionado anteriormente, você deve implementar o RSVP para aprimorar o VoIP QoS apenas onde ele pode ter um impacto positivo na qualidade e na funcionalidade. Os benefícios do uso do RSVP são mais importantes que os custos apenas onde a largura de banda é limitada. Recomendamos o uso do Cisco IOS Versão 12.1(5)T ou mais atual se desejar implementar um CAC para VoIP utilizando RSVP. Precisamos completar as três etapas básicas seguintes para configurar o CAC para chamadas VoIP utilizando RSVP: Habilite a sincronização entre o RSVP e a sinalização de chamadas. (Essa sincronização é habilitada por padrão quando o Cisco IOS Versão 12.1(5)T ou posterior estiver em execução. Configure os gateways de voz nos dois lados do ponto de discagem VoIP para solicitar um determinado QoS via RSVP. Habilite o RSVP e especifique a largura de banda máxima de todos as ligações que são cruzadas por pacotes de voz onde o congestionamento tem probabilidade de ocorrer. O exemplo de configuração a seguir mostra como configurar o CAC para VoIP utilizando RSVP: Exemplo de Configuração 10: Implementando CAC Utilizando RSVP hostname LongBay isdn switch-type primary-ni call rsvp-sync controller T1 1/0 framing esf linecode b8zs pri-group timeslots 1-24 interface Ethernet0/0 ip address interface Serial0/0 bandwidth 1536 ip address encapsulation ppp ip tcp header-compression iphc-format ip rtp header-compression iphc-format ip rsvp bandwidth interface Serial1/0:23 no ip address no logging event link-status isdn switch-type primary-ni isdn incoming-voice voice no cdp enable ip route voice-port 1/0:23 dial-peer voice 100 pots destination-pattern 2...

18 no digit-strip direct-inward-dial port 1/0:23 dial-peer voice 300 voip destination-pattern 3... session target ipv4: req-qos guaranteed-delay acc-qos guaranteed-delay line con 0 line aux 0 line vty 0 4 end Esse exemplo exibe uma configuração de gateway de voz completa que realça os comandos de configuração de CAC utilizando RSVP. O gateway de voz pode agir como um gateway de origem e como um gateway de terminação com essa configuração. Não priorizamos a sinalização de voz nesse exemplo. A configuração do ponto de discagem padrão solicita e aceita QoS de empenho máximo para chamadas VoIP. Isso significa que o gateway não inicia uma reserva de RSVP para a chamada porque o IP fornece serviço de empenho máximo por padrão. As outras duas alternativas são QoS de fila controlada ou atraso garantido. Esses dois serviços exigem sinalização de RSVP; ela é solicitada usando o comando de configuração de ponto de discagem req-qos. O QoS aceitável controla o quanto o critério CAC deve ser rígido; você configura os controles QoS aceitáveis utilizando o comando de configuração de ponto de discagem acc-qos. Recomendamos a configuração do gateway de origem e o gateway de terminação para solicitar e aceitar o atraso garantido. Algumas vezes pode-se configurar o ponto de discagem implícito que corresponde a um gateway de terminação para solicitar e aceitar QoS de empenho máximo. Esse ponto de discagem tem efeito quando não há um ponto de discagem explícito correspondente. Configurando Recursos de Gateway Local se o CAC Falhar Como mencionado anteriormente, é possível configurar um gateway de voz para executar diferentes ações se o controle de admissão falhar. A primeira alternativa é fazer com que os gateways sinalizem o usuário ou switch que enviou a chamada com um sinal de ocupado rápido ou uma causa de desconexão. Se a chamada tiver sido feita ao gateway por um switch de ISDN, você pode ajustar a causa de desconexão Q.931 para garantir que o switch processe a chamada corretamente. Uma causa "QoS indisponível" (49) é retornada por padrão quando uma chamada ISDN causa uma falha do CAC devido ao QoS solicitado e aceitável configurado. É possível modificar essa causa com o comando de configuração de interface isdn network-failure-cause ou com o comando de configuração de interface isdn disconnect-cause. O atual implementação do comando isdn network-failure-cause substitui o valor configurado usando o comando isdn disconnect-cause. O exemplo de configuração a seguir mostra como configurar os recursos de gateway locais se o CAC falhar ao ajustar a causa de desconexão Q.931: Exemplo de Configuração 11: Ajustando a Causa de Desconexão O.931 interface Serial1/0:23 no ip address no logging event link-status isdn switch-type primary-ni isdn network-failure-cause 42 isdn incoming-voice voice no cdp enable Nesse exemplo, o router envia uma mensagem Q.931 DISCONNECT com uma causa "Congestionamento do Equipamento de Comutação" (42) quando uma chamada ISDN causar a falha do CAC no trecho VoIP. A segunda opção é permitir que o gateway redirecione a chamada por outro caminho. Se um ponto de discagem que corresponde à chamada for parte de um grupo de busca, outros pontos de discagem do grupo são tentados de acordo com o comando de configuração de ponto de discagem preference. Isso permite que você implemente tipos diferentes de roteamento de chamada do

19 gateway que considera QoS nas redes IP. O exemplo de configuração a seguir mostra como configurar os recursos de gateway locais roteando as chamadas no gateway se o CAC falhar: Exemplo de Configuração 12: Re-roteamento de chamadas no Gateway dial-peer voice 100 pots destination-pattern 2... no digit-strip direct-inward-dial port 1/0:23 dial-peer voice 300 voip preference 0 destination-pattern 3... session target ipv4: req-qos guaranteed-delay acc-qos guaranteed-delay dial-peer voice 400 voip preference 2 destination-pattern 3... session target ipv4: req-qos guaranteed-delay acc-qos guaranteed-delay dial-peer voice 500 pots preference 5 destination-pattern 3... no digit-strip direct-inward-dial port 1/1:23 Esse exemplo exibe uma implementação de re-roteamento de chamada no gateway. Nas chamadas para números de 7 dígitos iniciando com o dígito 3, tentar os dois gateways de voz primeiro. As chamadas são roteadas através do PSTN pela porta de voz 1/1:23 se as chamadas de VoIP falharem devido ao CAC ou outro motivo. A terceira possibilidade, disponível nas versões do Cisco IOS posteriores à 12.1(5)T, é configurar os gateways para continuar a chamada mesmo se as reservas RSVP falharem. Esta opção, entretanto, não proporciona uma grande melhoria em relação à funcionalidade da versão anterior do Cisco IOS. O único benefício que proporciona é que, em caso de uma reserva RSVP bem sucedida, a chamada não prossegue até a reserva estar estabelecida. Como mencionado anteriormente, uma chamada pode falhar no controle de admissão se pelo menos uma das duas reservas RSVP necessárias para a chamada falhar. Para cada reserva RSVP, o controle de admissão é realizado em todas as interfaces onde você habilitou RSVP utilizando o comando de configuração de interface ip rsvp bandwidth. Você pode configurar dois valores com o comando ip rsvp bandwidth: a largura de banda reservada total máxima e a largura de banda máxima por reserva. A largura de banda total máxima é limitada por padrão para não mais que 75% da largura de banda total da interface. Você pode modificar este limite com o comando de configuração de interface max-reserved-bandwidth. As exceções à limitação de largura de banda total máxima são PVCs de Frame Relay e ATM. Para PVCs de Frame Relay, a largura de banda reservável máxima é a CIR mínima ou, se não configurada, metade da CIR. Para PVCs ATM, a largura de banda reservável máxima é 75% da taxa mínima de célula de saída disponível configurada, SCR de saída VBR em tempo próximo ao real ou taxa média VBR em tempo real, o que estiver configurado. A largura de banda total disponível para reservas de RSVP podem ser mais baixas se você reservou largura de banda utilizando CBWFQ ou LLQ por meio de MQC. Um gerenciador de largura de banda se certifica de que a interface ou a largura de banda do PVC não está com excesso de assinantes durante a operação do router. Observação Esta verificação não é realizada durante a configuração do router. Você deve configurar a largura de banda máxima por reserva para não menos do que o codec exige mais toda a carga adicional de protocolo, exceto a a carga adicional de protocolo da Camada 2. A Tabela 6 mostra os menores valores que você pode utilizar para codecs diferentes. Lembre-se de que estes valores não consideram as economias de largura de banda introduzidas pelo crtp ou pela VAD (voice activity detection). O fluxo de voz real pode utilizar menos largura de banda, mas o sistema utilizará o pior caso de largura de banda.

20 Tabela 6: Largura de Banda Reservada pelo RSVP por Chamada VoIP Codec Largura de Banda Reservada por Chamada VoIP (kbps) G711alaw 80 G711ulaw 80 G723ar53 22 G723ar63 23 G723r53 22 G723r63 23 G726r16 32 G726r24 40 G726r32 48 G G729br8 24 G729r8 24 GSMEFR 29 GSMFR 30 Uma consideração a ser feita na implementação de RSVP para VoIP é o impacto de reserva de recurso no atraso após discagem. Implementar CAC para VoIP com base em RSVP depende de uma confirmação de prompt ou rejeição da reserva requerida. O tempo gasto para reservar recursos aumenta o atraso após discagem, que deve ser mantido o mais baixo possível na maioria dos casos. Os pacotes RSVP são transportados dentro de datagramas IP e são não-confiáveis por natureza. Se um pacote RSVP é perdido durante a configuração de reserva inicial, um cronômetro de atualização do RSVP deve expirar antes que o pacote seja reenviado. Em razão deste cronômetro de atualização ser definido tipicamente em décimos de segundos, um cenário que pode aumentar um atraso após discagem é inaceitável para o usuário. O comando de configuração global call rsvp-sync resv-timer permite que você controle a quantidade de tempo máxima que o gateway de terminação espera pelo resultado dos requerimentos de reserva de RSVP. O valor padrão deste cronômetro é 10 segundos; você pode definir um valor de 1 a 60 segundos de acordo com sua expectativa de atraso após discagem. Utilizando RSVP com LLQ Os fluxos que requerem um determinado QoS via RSVP podem levar vantagem nas alternativas de enfileiramento disponíveis no LLQ, que têm dois importantes componentes: uma PQ (priority queue) estrita e um sistema CBWFQ. Implementações anteriores do RSVP dependiam de WFQ para atender aos requerimentos de QoS para tráfego sensível a atraso. Um fila reservada com peso baixo foi criada quando a reserva de RSVP foi instalada. Entretanto, WFQ não atendeu aos requerimentos de atraso de tráfego de voz e chamadas de voz utilizando RSVP não conseguiam aproveitar a PQ disponível por meio de LLQ. No Cisco IOS Versão 12.1(3)T e em versões posteriores, um perfil de prioridade com base em características do tráfego existe para que determinados fluxos possam aproveitar a PQ estrita no LLQ. Quando uma requisição de reserva de RSVP é recebida em uma interface onde WFQ foi habilitada, a TSpec (traffic specification) de fluxo é comparada com o perfil para decidir se aquele fluxo deve aproveitar a PQ ou se uma fila deve ser reservada no sistema WFQ. A TSpec é a descrição do tráfego transportada em mensagens RSVP. Esta descrição do tráfego é feita em termos de um token bucket (taxa de token r, mais um bucket de tamanho b) e alguns parâmetros adicionais (taxa de pico p, unidade mínima vigiada m e tamanho máximo do pacote M). O perfil PQ é definido em termos de taxa de token, tamanho de bucket e uma taxa de pico para proporção de taxa de token opcional. Reservas de fluxo com uma TSpec que não exceda aquelas definidas no perfil PQ utilizarão a PQ. Aqueles fluxos com uma TSpec que exceda pelo menos um parâmetro definido no perfil terá uma fila reservada no sistema WFQ. O perfil de prioridade permite que se classifique fluxos de prioridade com base em suas características de tráfego não apenas no protocolo de transporte e na porta. A Figura 8 mostra a

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