Bài viết CCNP QoS - Đặng Quang Minh

Bài viết CCNP QoS<br />  <br /> <br /> Tác giả: Đăng Quang Minh <br /> ̣<br /> <br />  <br /> <br /> I. NHU CẦU VỀ QOS VÀ CÁC MÔ HÌNH QOS:<br />  <br /> <br /> 1.1. Nhu cầu về QoS:<br /> <br />  <br /> <br /> ­         Theo truyền thống, khi nhu cầu về băng thông tăng lên, hiện tượng nghẽn mạng <br /> có thể x ảy ra. Ta có thể giải quyết bằng cách tăng băng thông kết nối hoặc dùng <br /> thiết bị phần cứng khác thay thế. Nhược điểm cách này là không chỉ ra cách thức để <br /> ưu tiên một loại traffic này so với một traffic khác.<br /> <br />  <br /> <br /> ­         QoS là một công cụ tổng thể được dùng để bảo vệ, ưu tiên một số traffic quan <br /> trọng hoặc các traffic đòi hỏi xử lý nhanh về thời gian. QoS sẽ mô tả cách thức <br /> packet được chuyển mạch (forward) như thế nào.<br /> <br />  <br /> <br /> ­         Các ứng dụng khác nhau sẽ có các nhu cầu khác nhau cho việc truyền dữ liệu.  Ví <br /> dụ web, video, audio…<br /> <br />  <br /> <br /> ­         Khi một packets đi từ host này đến host kia, một gói tin (packet) có thể gặp các <br /> vấn đề:<br /> <br />  <br /> <br /> Delay: do routers xử lý tìm kiếm trong bảng routing table, thời gian packet truyền <br /> trên đường truyền. <br /> Jitter: các packets không đến đúng như thời gian dự định. Các dữ liệu dạng audio sẽ <br /> bị ảnh hưởng nhiều bởi vấn đề này. <br /> Loss: mất packets<br />  <br /> <br /> 1.2. Các mô hình QoS:<br /> <br />  <br /> <br /> BEST-EFFORT DELIVERY:<br /> <br />  <br /> <br /> ­         Một network chỉ đơn thuần forward những packets mà nó nhận được.<br /> <br /> ­         Switch và routers chỉ cố gắng hết sức (best­effort) để forward packets đi mà không <br /> bận tâm đến kiểu của traffic hay độ ưu tiên của dịch vụ.<br /> <br />  <br /> <br /> INTEGRATED SERVICE MODEL<br /> <br />  <br /> <br /> ­          Sắp xếp đường đi trước từ nguồn đến đích cho các dữ liệu được ưu tiên.<br /> <br /> ­          RSVP (RFC 1633) là một protocol dạng này.<br /> <br /> ­          RSVP sẽ yêu cầu trước băng thông và giữ (reserve) bw trên cả đường đi từ <br /> nguồn đến đích.<br /> <br /> ­          Mỗi thiết bị mạng trên đường đi phải kiểm tra xem nó có thể hỗ trợ cho yêu cầu <br /> trên hay không. Khi yêu cầu tối thiểu được đáp ứng, ứng dụng nguồn sẽ được thông <br /> báo xác nhận. Sau đó, ứng dụng có thể sử dụng đường truyền.<br /> <br />  <br /> <br /> DIFFERENTIATED SERVICES MODEL<br /> <br />  <br /> <br /> ­          Giải pháp IntServ tỏ ra không hiệu quả và không có khả năng mở rộng khi nhiều <br /> source phải cạnh tranh với nhau về băng thông.<br /> <br /> ­          Trong giải pháp differentiated, mỗi routers và switch sẽ quản lý packets riêng lẻ. <br /> Mỗi routers sẽ có một chính sách riêng để quản lý và sẽ tự quyết định cách thức <br />  chuyển packet theo cách riêng.<br /> <br /> ­          IntServ sẽ quản lý theo kiểu per­flow, trong khi Difserv sẽ quản lý theo kiểu per­<br /> hop.<br /> <br /> ­          Diffserv sẽ quyết định chính sách QoS dựa vào cấu trúc của gói IP.<br /> <br /> ­          Course switching sẽ tập trung vào Diffserv.<br /> <br />  <br /> <br /> II. DIFFSERV QOS<br />  <br /> <br /> ­          Mỗi router và switch sẽ kiểm tra packets để quyết định sẽ fw packet đó như thế <br /> nào.<br /> <br /> ­          Đối với packets, nó chỉ đơn thuần gán vài thông số vào header. Các thông số có <br /> thể là phân loại (classifications, marking…)Packet sẽ giả sử routers và switch biết <br /> cách handle nó.<br /> <br /> ­          Việc phân loại có thể diễn ra ở Layer­2 hoặc Layer­3<br /> <br /> ­          Layer2: Thông thường, một layer frame sẽ không có trường( field ) nào để phân <br /> loại frame. Tuy nhiên, khi frame được truyền giữa switch và switch, frame có thể <br /> được phân loại dựa vào CoS. <br /> <br /> ­          CoS: được dùng trên đường trunk switch­switch.<br /> <br /> ­          Hai kiểu trunking sẽ quản lý giá trị CoS này rất khác nhau:<br /> <br />  <br /> <br /> ISL: 4 bit user­id sẽ được dùng để chỉ ra giá trị CoS của frame. <br /> Dot1q: user­field sẽ được dùng để chỉ ra giá trị CoS. Các frame từ native vlan sẽ <br /> nhận giá trị CoS mặc định. <br /> <br /> ­          Layer3: DSCP.<br /> <br />  <br /> <br /> 2.1. Class of services:<br />  <br /> <br /> ­          Trên đường trunking, frame được thêm vào tagging.<br /> <br /> ­          Dot1q: mỗi frame được thêm vào 12­bit vlan­id và một field gồm 3 bit để chỉ ra <br /> độ ưu tiên. Những frame đến từ native­vlan sẽ được cấu hình giá trị mặc định.<br /> <br /> ­          ISL: có 4 bit trong user­field. Dùng 3 bit thấp nhất để gán priority.<br /> <br />  <br /> <br /> 2.2. Layer 3 DSCP:<br /> <br />  <br /> <br /> ­          Dùng Tos trong ip datagram<br /> <br /> ­          Giá trị DSCP có cùng vị trí trong header giống như TOS nhưng sẽ được diễn dịch <br /> khác.<br /> <br /> ­          Xem thêm bảng chuyển đổi trong giáo trình.<br /> <br />  <br /> <br />  <br /> <br /> III. THỨ TỰ CÁC TÁC VỤ QOS ĐƯỢC THỰC HIỆN:<br />  <br /> <br />  <br />  <br /> <br />  <br /> <br /> 3.1 Ingress queue:<br /> <br />  <br /> <br /> ­          Phần lớn switch có hai dạng queue: standard và priority queue<br /> <br /> ­          Những packets với độ ưu tiên = 5 sẽ được phục vụ trước<br /> <br /> ­          Course bcmsn ko khảo sát kỹ phần này.<br /> <br />  <br /> <br /> 3.2. Phân loại, trust và marking:<br /> <br />  <br />  ­          Quá trình phân loại packets có thể dựa trên tcp/udp hoặc các cơ chế phức tạp <br /> khác.<br /> <br /> ­          Frame có thể mang nhiều giá trị CoS, ToS, DSCP…Switch sẽ quyết định là sẽ <br /> dùng (tin) trust giá trị nào.<br /> <br /> ­          Có thể cấu hình switch để đánh dấu hoặc thay đổi các giá trị QoS này.<br /> <br />  <br /> <br /> 3.3. Policers:<br /> <br />  <br /> <br /> ­          Việc giới hạn băng thông thực hiện bởi policers<br /> <br /> ­          Sau khi packet đã được phân loại, ta có thể cấu hình switch để giới hạn traffic.<br /> <br />  <br /> <br /> 3.4. Scheduling:<br /> <br />  <br /> <br /> ­          Scheduling còn được gọi là egress queueing hoặc congestion management<br /> <br /> ­          Packets được gán vào egress queue dựa theo giá trị CoS: giá trị 0­3 gán vào <br /> standard, 4­7 gán vào second standard queue<br /> <br /> ­          Catalyst dùng kỹ thuật gọi là WRR. Kích thước của mỗi queue được cấu hình <br /> theo tỉ lệ. Mỗi queue được gán một trọng số.<br /> <br /> ­          Priority queue sẽ luôn được phục vụ trước và không bị xếp vào hàng đợi này.<br /> <br />  <br /> <br /> 3.5. Congestion Avoidance:<br /> <br />  <br /> <br /> ­          Nếu việc nghẽn vẫn xảy ra mặc dù đã xếp hàng đợi, packets phải bị drop.<br /> <br /> ­          Một switch phải dự đoán việc congestion bằng hai cách:<br />   <br /> <br /> •         TAIL­DROP<br /> <br /> •         WRED<br /> <br />  <br /> <br /> 3.5.1. Tail-drop:<br /> <br />  <br /> <br /> ­          Những packets đến sau trong hàng đợi sẽ bị drop<br /> <br /> ­          Gây ra hiện tượng tcp global synchronization (xem thêm trong sách)<br /> <br />  <br /> <br /> 3.5.2. WRED:<br /> <br />  <br /> <br /> ­ WRED sẽ drop một số packet đã có trong hàng đợi<br /> <br /> Các packets sẽ bị drop đến một giới hạn nào đó.<br /> <br />  <br /> <br />  <br /> <br /> IV. CẤU HÌNH DIFFSERV:<br />  <br /> <br /> Phần này tập trung vào cấu hình trong Catalyst switch. Catalyst 3550 có rất nhiều tính năng <br /> QoS mạnh.<br /> <br />  <br /> <br /> Để cho phép cấu hình QoS trên switch, dùng l ệnh:<br /> <br />  <br /> Switch(config)# mls qos<br /> <br />  <br /> <br />  <br /> <br /> <br /> <br /> <br />  <br /> <br />  <br /> <br /> Trong hình vẽ trên, giá trị DSCP sẽ được dùng khi packet được di chuyển trong switch như <br /> sau:<br /> <br />  <br /> <br /> 1. Packet được gán một giá trị DSCP. Giá trị này được tính từ inbound switch port. <br /> <br /> 2. Khi packet được switch bên trong, mỗi giá trị DSCP có thể đưọc thay đổi hoặc hành động <br /> tương ứng.<br /> <br /> 3. Khi packet được xếp ở hàng đợi, giá trị DSCP sẽ được chuyển sang CoS. Giá trị CoS này <br /> có thể được dùng để xác định hàng đợi hay scheduling. <br /> <br />  <br /> <br /> Theo phần trước, Catalyst switch sẽ tham khảo các đại lượng: CoS và DSCP.<br /> <br />  <br /> <br /> Compute CoS<br /> <br /> From Internal DSCP                                mls qos map dscp­cos ...<br /> <br /> Trust CoS:                                                mls qos map cos­dscp ...<br /> <br /> Trust IP Precedence:                                mls qos map ip­prec­dscp ...<br /> <br /> Trust DSCP:                                              mls qos trust dscp ...<br /> <br />                                                                    mls qos map dscp­mutation ...<br /> <br />  <br /> <br /> IV.1. Cấu hình QoS Trust:<br /> <br />  <br /> <br /> Khi một packet đi v ào một switch, switch sẽ chọn lựa thông số mà nó sẽ tin cậy  (trust). Sau <br /> đó, packet sẽ được  xử lý tương ứng trên thông số được tin cậy này.<br /> <br />  <br /> <br /> Switch(config­if)# mls qos trust {cos,dscp,ip precedence}<br /> <br />  <br /> <br /> Nếu gi á trị CoS được dùng, nó phải chuyển sang DSCP tương ứng theo bảng:<br /> <br />  <br /> <br /> Cos 0 1 2 3 4 5 6 7<br /> DSCP 0 8 16 24 32 40 48 56<br />                  <br />  <br /> <br /> Các giá trị IP Precedence sẽ được chuyển sang DSCP:<br /> <br />  <br /> <br /> Ip  0 1 2 3 4 5 6 7<br /> Precedence<br /> DSCP 0 8 16 24 32 40 48 56<br /> <br />  <br /> <br /> IV.2. Định nghĩa Policy<br /> <br />  <br /> <br /> Policy được định nghĩa và dùng trong các bưóc sau:<br /> <br />  <br /> <br /> 1. Một hoặc nhiều class được dùng để phân loại traffic.<br /> <br /> 2. Một hoặc nhiều policy được định nghĩa, tham khảo đến một hoặc nhiều class. Mỗi <br /> policy có thể chứa các hành động như đánh dấu (mark), police hoặc định dạng (shape) <br /> traffic cho từng class.<br /> <br /> 3. Mỗi egress queue có thể được gán một policy trong mỗi chiều traffic. Ví dụ một policy có <br /> thể gán cho chiều inbound, trong không một policy khác có thể gán cho chiều outbound. Khi <br /> đã được gán, policy bắt đầu phân loại và xử lý các traffic đi qua switch.<br /> <br />  <br /> <br />  <br /> <br /> Switch (config)#  class­map class­name [match all | match any]<br /> <br />  <br /> <br /> Việc phân loại traffic có thể dựa vào access­list, NBAR….<br /> <br />  <br /> <br /> Với access­list:<br /> Switch(config­cmap)# match access­group name access­list<br /> <br /> Với NBAR:<br /> <br /> Switch(config­cmap)# match protocol [protocol name]<br /> <br />  <br /> <br /> Bước kế tiếp, định nghĩa QoS policy<br /> <br />  <br /> <br /> switch(config)# policy­map policy­name<br /> <br />  <br /> <br /> Ch ỉ ra class trong policy<br /> <br /> Switch(config­pmap)# class class­name<br /> <br />  <br /> <br /> Sau đó, ta có thể set các dscp value hoặc ip precedence<br /> <br /> Switch(config­pmap)# set dscp dscp­value<br /> <br />  <br /> <br /> Sau cùng, áp dụng QoS vào một interface, tối đa một cho inbound, một cho outbound.<br /> <br />  <br /> <br /> Switch(config­if)# service­policy [input|output] policy­name<br /> <br />  <br /> <br /> IV.3. Hiệu chỉnh egress scheduling:<br /> <br />  <br /> <br /> Phần này sẽ trình bày packet sẽ được phân phối vào các hàng đợi và được xử lý như thế <br /> nào.<br />  <br /> <br /> Mặc định có 2 hàng đợi được gán trọng số 4 và 255.<br /> <br />  <br /> <br /> Để thay đổi giá trị mặc định trên, dùng lệnh<br /> <br />  <br /> <br /> Switch(config­if)# wrr­queue bandwidth weight1 weight 2 [weight3] [weight 4]<br /> <br />  <br /> <br /> Ánh xạ packet vào egress­queue:<br /> <br />  <br /> <br /> Switch(config­if)# wrr­queue cos­map queue­id threshold cos­list<br /> <br />  <br /> <br /> Packet có giá trị CoS được chỉ ra trong cos­list sẽ được đặt trong hàng đợi queue­id. Mặc <br /> định, CoS giá trị 1 sẽ được đặt trong hàng 1, CoS 2 và 3 sẽ vào hàng 1 threshold 2, Cos 4 vào <br /> hàng 2 threshold 1, CoS 6 v à 7 v ào hàng 2 threshold 2. CoS 5 luôn được đặt vào priority­<br /> queue, nếu có một priority­queue.<br /> <br />  <br /> <br /> Tránh nghẽn bằng cách dùng tail­drop:<br /> <br />  <br /> <br /> Switch(config­if)# no wrr­queue random­detect queue­id<br /> <br />  <br /> <br /> Tránh nghẽn bằng cách dùng wred:<br /> <br />  <br /> <br /> Switch(config­if)# wrr­queue random­detect queu­id<br /> Thay đổi các giới hạn trong hàng đợi<br /> <br />  <br /> <br /> Switch(config­if)#wrr­queue random­detect {max­threshold|min­threshold} queue­id<br />