Поддержка QoS

Cisco IOS поддерживает большое количество (более 100) механизмов QoS, причем иногда одного и того же результата можно добиться разными способами. Это объясняется тем, что за долгое время своего существования и развития механизмы QoS встраивались в IOS по мере необходимости и в соответствие с различными стандартами. Такая несколько запутанная ситуация с поддержанием качества обслуживания в Cisco IOS значительно упростилась с появлением модульного интерфейса QoS (Modular QoS Command line interface, MQC). MQC стандартизует правила использования механизмов QoS и делает опера­ции конфигурирования маршрутизаторов Cisco по поддержке QoS гораздо более понятными.

Для организации дифференцированного обслуживания пактов MQC использует дополнительные выходные очереди интерфейсов. Ёсли в стандартном режиме для каждого интерфейса существует одна локальная выходная очередь, то при активизировании механизмов QoS таких очередей организуется несколько. MQC поддерживает для каждого интерфейса одну приоритетную очередь, называемую очередью с низкой задержкой (Low Latency Queue, LLQ), и несколько взвешенных очередей. Как и было описано ранее, пакеты, находящиеся в приоритетной очереди, выбираются из нее в первую очередь, а пакеты, находящиеся во взвешенных очередях, выбираются из них только в том случае, если приоритетная очередь пуста.

При конфигурировании QoS на маршрутизаторах Cisco нужно иметь в виду, что пакеты из очередей QoS попадают в контроллер интерфейса через единственную очередь Tx-ring, обойти ее никак нельзя, так как использование очереди Tx-ring — это единственный способ для контроллера интерфейса переписать пакеты из памяти ввода-вывода в свою внутреннюю память. Наличие очереди Tx-ring несколько искажает картину обслуживания пакетов несколькими очередями QoS, так как контроллер выбирает пакеты из очереди Tx-ring в том порядке, в котором они туда были записаны. Поэтому приоритетный пакет, кото­рый поступил в приоритетную очередь в тот момент, когда в очереди Tx-ring уже находилось, например, два неприоритетных пакета, будет вынужден ожидать, пока эти два пакета не будут переданы в сеть. Для сокращения времени ожидания приоритетных пакетов максимальную длину очереди Tx-ring рекомендуется сократить до двух пакетов.

В завершение рассмотрим пример конфигурирования QoS для Ethemet-интерфейса с помощью MQC-команд. Пусть мы хотим обслуживать трафик IP-телефонии в приоритетной очереди LLQ; кроме того, мы хотим, чтобы трафик некоторого корпоративного приложения ALPHA, направляемый серверу с IP-адресом 194.104.25.17 на ТСР-порт 21403, получал как минимум 30 % пропускной способности порта в периоды перегрузок. Кроме того, мы бы хотели ограничить приоритетный трафик так, чтобы он никогда не получал более 10 % пропускной способности Ethemet-интерфейса — на основе анализа возможной максимальной нагрузки, создаваемой абонентами IP-телефонии в нормальном режиме работы, мы знаем, что этой величины всегда будет достаточно для данного типа трафика, и хотим защитить трафик других приложений от случайных ошибок или преднамеренной атаки, когда кто-то начнет интенсивно генерировать тра­фик, имеющий все параметры трафика IP-телефонии, но им не являющийся. С помощью MQC-команд эта задача решается в три этапа.

1. Классификация трафика. Необходимо описать содержащиеся в пакетах признаки, на основе которых маршрутизатор будет распознавать трафик и направлять его в ту или иную выходную очередь. Для нашего примера классификация может быть выполнена следующим образом:

Первые две команды определяют класс трафика IP-телефонии, названный i р- tel. Команда match говорит о том, что в этот класс нужно включать все пакеты, которые переносят протокол RTP, функционирующий в приложениях IP-телефонии поверх протокола UDP. В данном случае нас интересуют пакеты, в которых протокол RTP занимает для своей работы диапазон, состоящий из 10 UDP-портов, причем первый порт в диапазоне имеет значение 16384.

Следующие четыре команды позволяют задать признаки классификации для трафика нашего корпоративного приложения. Класс alpha, заданный этими командами, включает все пакеты, которые имеют IP-адрес назначения 194.104.25.17, а также переносят данные протокола TCP с портом назначения 21403.

2. Задание параметров обслуживания классов трафика. После того как классы трафика определены, необходимо описать способ их обслуживания в очере­ди и параметры этого обслуживания. В терминах интерфейса MQC этот этап выглядит так:

Строка priority percent 10 говорит маршрутизатору, что пакеты, которые классифицируются как принадлежащие классу ip-tel, нужно направлять в приоритетную очередь, контролируя при этом скорость их поступления в очередь и отбрасывая пакеты, если эта скорость превысит 10 % от пропускной способности интерфейса.

Строка bandwidth percent 30 говорит маршрутизатору, что пакеты, которые классифицируются как принадлежащие классу alpha, нужно направлять во взвешенную очередь (об этом говорит ключевой параметр bandwidth) с весом 30 %.

3. Активизация QpS на выбранном интерфейсе. После того как правила классификации классов и их обработки заданы, их можно применить к тому или иному интерфейсу. В нашем примере для этого необходимо в режиме конфигурирования Ethemet-интерфейса задать команду:

service-pollcy output myqos

Данная команда говорит о том, что правила обслуживания, заданные командой poliсу-map с именем myqos, должны быть применены к этому интерфейсу.

Выводы

• Коммутация пакетов является основным механизмом передачи данных в компьютерных сетях. Этот механизм позволяет более эффективно передавать пульсирующий компьютерный трафик, чем механизм коммутации каналов, используемый в телефонных сетях.

• Пакет является единицей коммутации в компьютерных сетях. Пакет переносит порцию данных некоторого сетевого приложения, он наделен адресом назначения, что позволяет передавать его по сети от одного коммутационного устройства к другому независимо от других пакетов.

• Буферы пакетов используются во всех коммуникационных устройствах компьютерных сетей. Буферизация трафика позволяет сглаживать его пульсации и не терять пакеты Во время перегрузок. В то же время буферизация приводит к очевидному отрицательному эффекту — случайным задержкам пакетов в очередях, создающихся в буферах в периоды перегрузок. Задержки снижают качество работы сетевых приложений реального времени, например пакетной телефонии.

• При организации средств взаимодействия между узлами сети используется многоуровневая декомпозиция. Интерфейс между средствами взаимодействия двух узлов сети, расположенными на одном и том же уровне иерархии, называется протоколом.

• Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком протоколов.

• Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) в обобщенном виде описывает функции семи уровней средств сетевого взаимодействия. Эта модель является международным стандартом; она разрабатывалась в качестве своего рода универсального языка сетевых специалистов, поэтому ее называют справочной. Модель OSI не описывает какие-либо конкретные протоколы, но при изучении любого протокола полезно знать, функции какого уровня этой модели он реализует.

• Транспортные функции сети реализуют три нижних уровня модели OSI: физический, канальный и сетевой. Сетевой уровень оперирует пакетами, которые инкапсулируются в кадры протокола канального уровня. Сетевой уровень нужен для передачи пакетов между сетями, входящими в состав составной сети. Канальный уровень обеспечивает передачу кадров в пределах одной сети.

• Технология Ethernet реализует функции двух нижних уровней модели OSI: физического и канального. Ethernet сегодня доминирует в локальных сетях и становится все более популярной в глобальных сетях. Ethernet поддержи­вает иерархию битовых скоростей 10, 100, 1000 и 10 000 Мбит/с, используя для адресации узлов МАС-адреса, которые состоят из 6 байт и имеют уникальные значения в глобальном масштабе, что обеспечивается соглашением между производителями сетевого оборудования.

• Ethernet-коммутаторы используют алгоритм автоматического построения таблиц продвижения кадров, не требующий предварительного ручного конфигурирования. Ethernet-коммутаторы являются прозрачными, так как не «видны» конечным узлам сети, которую коммутаторы образуют.

• Стек TCP/IP является стеком протоколов, на которых построен Интернет. Популярность Интернета наряду с функциональной гибкостью протоколов стека TCP/IP привели к его доминированию в сетях организаций и в домашних сетях.

• В стеке TCP/IP используется три типа адресов: локальные (например, МАС- адреса Ethemet-интерфейсов), IP-адреса и символьные доменные имена.

• IP-адрес имеет длину 4 байта и состоит из номеров сети и узла. Для разделе­ния IP-адреса на эти два компонента используется связанная с этим, адресом маска. Двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые в данном адресе должны интерпретироваться как номер сети.

• Установление соответствия между IP- и МАС-адресами осуществляется протоколом ARP. Для этого ARP использует широковещательные запросы в пределах подсети.

• Назначение IP-адресов узлам сети может выполняться либо вручную, либо автоматически с помощью протокола DHCP. В последнем случае администратор заранее назначает DHCP-серверу диапазон свободных IP-адресов, из которого сервер выбирает очередной адрес при поступлении запроса от узла.

• Соответствие между доменными именами и IP-адресами может устанавливаться как средствами конечного узла с использованием файла hosts, так и с помощью службы DNS, основанной на распределенной базе отображений доменных имен на IР-адреса.

• Маршрутизация IP-пакетов осуществляется на основе таблиц маршрутизации, задающих для каждого IP-адреса назначения IP-адрес следующего хопа.

• Таблицы маршрутизации могут быть построены как вручную, так и автоматически с помощью протоколов маршрутизации. В стеке TCP/IP существует несколько протоколов маршрутизации, таких как RIP, OSPF и BGP.

• Коммуникационные протоколы реализуются в универсальных ОС как многоуровневые драйверы.

• Маршрутизатор представляет собой программу, работающую либо на стандартной компьютерной аппаратной платформе под управлением универсальной ОС, либо на специализированной аппаратной платформе под управлением специализированной ОС.

• Cisco IOS является специализированной ОС, работающей на широком спектре аппаратных платформ маршрутизаторов компании Cisco.

• Особенностями Cisco IOS являются:

• модульная структура на этапе разработки и сборки IOS и монолитная структура на этапе эксплуатации маршрутизатора;

• работа всех модулей в одном режиме процессора;

• отсутствие поддержки виртуальной памяти;

• режим невытесняющей многозадачности с приоритетами.

• Специальный модуль Cisco IOS организует эффективное управление буферами пакетов, минимизируя перемещение пакетов в памяти ввода-вывода маршрутизатора.

• Cisco IOS поддерживает несколько режимов ускоренной маршрутизации, основанных на использовании объединения информации из таблицы маршрутизации и ARP-таблицы.