Problemas de QoS - Problema 5 Implementación de QoS - Modos de programación de colas y políticas de pérdida de paquetes

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Los problemas 2 y 3 describen cómo clasificar y marcar paquetes utilizando la asignación de prioridad o MQC. Una vez que se clasifican los paquetes, los paquetes deben controlarse en función de los resultados de la clasificación. La gestión de la congestión y la evitación de la congestión son dos métodos de control de tráfico. Por ejemplo, cuando el tráfico de enlace ascendente en LSW1 excede el ancho de banda de la interfaz, la congestión de la red puede ocurrir en la dirección de salida. En este caso, debe configurar la prevención de congestión y la gestión de congestión. A continuación se describe la gestión de la congestión y la prevención de la congestión.

 

Figura 1-1 Aplicación de gestión de congestión y evitación de congestión.


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1 Gestión de la congestión

1.1 Funciones de Gestión de la Congestión

Cuando las capacidades de los dispositivos de red no pueden cumplir con los requisitos de ancho de banda de varias aplicaciones, no se puede evitar la congestión de la red. Cuando se produce la congestión de la red, la administración de la congestión utiliza tecnologías de cola para administrar y controlar el tráfico, garantizando de manera preferencial de la calidad del servicio asi como el retraso de los servicios especificados.

 

La cola de QoS es similar a la cola durante las transacciones comerciales en un banco. Cuando solo un contador bancario proporciona negocios, los negocios de VIP se procesan de manera preferencial. Los usuarios comunes pueden continuar las transacciones comerciales solo después de que se completen las transacciones comerciales de los VIP.

 

1.2 Tecnologías y aplicaciones de programación de colas

La gestión de la congestión se basa en tecnologías de colas. Cada interfaz de salida en un switch tiene ocho colas con índices de 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7. Cada cola puede almacenar una cierta cantidad de paquetes. Cuando se produce la congestión de la red, el switch envía paquetes a las colas en función de la asignación entre las prioridades locales y las colas. Las tecnologías de gestión de la congestión pueden enviar tráfico en colas según las prioridades utilizando los algoritmos de programación respectivos.

 

A continuación se describen dos modos de programación comúnmente utilizados.

 

1.2.1 Programación PQ

Priority Queuing (PQ) programa los paquetes en colas en orden descendente de prioridad. Los paquetes en colas con una prioridad más baja se pueden programar solo después de que se hayan programado todos los paquetes en colas con una prioridad más alta. Un switch habilitado con programación de PQ programa paquetes en función de las prioridades 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 y 0 en orden descendente.

 

Supongamos que solo un switch en un banco proporciona negocios. Los usuarios toman números y esperan en colas según sus créditos. Hay números A, B y C en orden descendente de prioridad. Es decir, los usuarios del número A obtienen servicios de manera preferencial. Cuando no hay un usuario del número A, los usuarios del número B obtienen servicios. Cuando no hay un usuario del número B, los usuarios del número C obtienen servicios. En este modo, los usuarios de los números B y C están insatisfechos cuando no obtienen servicios durante mucho tiempo.

 


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Las prioridades de las colas 1, 2 y 3 están en orden descendente de prioridad. Cuando los paquetes salen de las colas, el switch reenvía los paquetes en orden descendente de prioridad. Los paquetes en la cola de prioridad más alta se reenvían preferentemente. Si los paquetes en la cola de prioridad más alta entran entre los paquetes en la cola de prioridad más baja que se está programando, los paquetes en la cola de prioridad alta todavía se programan de manera preferencial. Esta implementación garantiza que los paquetes en la cola de prioridad más alta siempre se reenvían preferentemente. Mientras haya paquetes en la cola de alta prioridad, no se servirá ninguna otra cola.

 

1.2.2 Programación WRR

El Round Robin ponderado (WRR) garantiza que los paquetes en todas las colas se programen a su vez. WRR programa los paquetes en colas según el peso de cada cola.

 

Si tres contadores bancarios utilizan la programación de WRR y los pesos de los tres contadores bancarios son 50%, 25% y 25% respectivamente, los otros dos contadores bancarios pueden proporcionar transacciones comerciales de un usuario cuando el contador bancario para VIPs procesa transacciones comerciales de dos usuarios Se sirve a los usuarios de todos los contadores bancarios, pero el tiempo de espera de los VIP es más corto.

 

Supongamos que tres contadores bancarios se consideran como tres colas. La programación es la siguiente.

 


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Un switch programa paquetes a su vez según el peso de cada cola. Después de una ronda de programación, los contadores disminuyen en 1. La cola de la cual el contador se reduce a 0 no se puede programar. Cuando los contadores de todas las colas se reducen a 0, comienza la siguiente ronda de programación.

 

Los contadores se inicializan primero: Count [1] = 2, Count [2] = 1, y Count [3] = 1.

 

Primera ronda de programación de WRR:

 

El paquete 1 se toma de la cola 1, con el conteo [1] como 1. El paquete 5 se toma de la cola 2, con el conteo [2] como 0. El paquete 8 se toma de la cola 3, con el conteo [3] como 0.

 

Segunda ronda de la programación de WRR:

 

El paquete 2 se toma de la cola 1, con el recuento [1] como 0. Las colas 2 y 3 no participan en esta ronda de planificación de WRR porque el recuento [2] y el recuento [3] son 0.

 

Count [1], Count [2] y Count [3] son todos 0. Los contadores se inicializan de nuevo. Entonces el conteo [1] es 2, el conteo [2] es 1 y el conteo [3] es 1.

 

Tercera ronda de la programación de WRR:

 

El paquete 3 se toma de la cola 3, con el conteo [1] como 1. El paquete 6 se toma de la cola 2, con el conteo [2] como 0. El paquete 9 se toma de la cola 3, con el conteo [3] como 0.

 

Cuarta ronda de programación de WRR:

 

El paquete 4 se toma de la cola 1, con el recuento [1] como 0. Las colas 2 y 3 no participan en esta ronda de programación de WRR porque el recuento [2] y el recuento [3] son 0.

 

Count [1], Count [2] y Count [3] son todos 0. Los contadores se inicializan de nuevo. Entonces el conteo [1] es 2, el conteo [2] es 1 y el conteo [3] es 1.

 

Las estadísticas muestran que el recuento de la programación de paquetes en cada cola está en proporción directa al peso de esta cola. Un peso mayor indica un mayor conteo de programación de paquetes. Si el ancho de banda de la interfaz es de 100 Mbit / s, la cola con el peso más bajo puede obtener un ancho de banda de al menos 25 Mbit / s. La programación de WRR evita que los paquetes en colas de baja prioridad no se sirvan en el modo de programación de PQ, pero la programación de WRR no puede garantizar que los paquetes de servicios sensibles a la demora se transmitan preferentemente.

 

Se utiliza un ejemplo para describir la programación de WRR. La relación de programación de tráfico de los departamentos 1 y 2 es 2: 3 cuando la congestión de red ocurra.

 


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Utilice el simulador para simular el tráfico de usuario del departamento 1 y el departamento 2. Cuando el simulador reenvía el tráfico en la interfaz a la velocidad de la línea, el tráfico que ingresa a través de GE0 / 0/1 y GE0 / 0/2 es reenviado por GE0 / 0/3. Puede producirse congestión de tráfico. Supongamos que el tráfico del departamento 1 pertenece a la VLAN 10 y tiene la prioridad 802.1p de 2, y el tráfico del departamento 2 pertenece a la VLAN 20 y tiene la prioridad 802.1p de 5.

 

Tráfico del departamento 1:


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Tráfico del departamento 2:



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Configure la programación de WRR en LSW1 y configure las ponderaciones como 40 y 60 respectivamente. Diferentes modelos de interruptor soportan diferentes métodos de configuración. El S5700LI y S5720EI se utilizan como ejemplo. Para otro modelo, consulte la documentación del producto.

 

La configuración del S5700LI es la siguiente. Las prioridades de 802.1p se asignan a las colas 0 a 7 de forma predeterminada, por lo que los pesos de la cola 2 y la cola 5 son 40 y 60.

 

[LSW1] qos schedule-profile sp

[LSW1-qos-schedule-profile-sp] qos queue 2 wrr weight 40  [LSW1-qos-schedule-profile-sp] qos queue 5 wrr weight 60

[LSW1-qos-schedule-profile-sp] quit

[LSW1] interface GigabitEthernet 0/0/3

[LSW1-GigabitEthernet0/0/3] qos schedule-profile sp //Apply the scheduling profile to the interface in the outbound direction.

[LSW1-GigabitEthernet0/0/3] quit

[LSW1] interface GigabitEthernet 0/0/1

[LSW1-GigabitEthernet0/0/1] trust 802.1p  //The S5700LI does not trust any priority, and the priority to be trusted needs to be configured.

[LSW1-GigabitEthernet0/0/1] quit

[LSW1] interface GigabitEthernet 0/0/2

[LSW1-GigabitEthernet0/0/2] trust 802.1p

[LSW1-GigabitEthernet0/0/2] quit

 

La configuración del S5720EI es la siguiente. Las prioridades de 802.1p se asignan a las colas 0 a 7 de forma predeterminada, por lo que los pesos de la cola 2 y la cola 5 son 40 y 60. Una interfaz confía en las prioridades de 802.1p de manera predeterminada, por lo que no es necesario configurar la prioridad de confianza.

[LSW1] interface GigabitEthernet 0/0/3

[LSW1-GigabitEthernet0/0/3] qos wrr

[LSW1-GigabitEthernet0/0/3] qos queue 2 wrr weight 40

[LSW1-GigabitEthernet0/0/3] qos queue 5 wrr weight 60

 

Una vez completada la configuración, verifique las estadísticas de tráfico en GE0/0/3. La relación de velocidad de las colas 2 y 5 es 2: 3.

 

<LSW1> display qos queue statistics interface GigabitEthernet 0/0/3

------------------------------------------------------------                   

  Queue ID          : 2                                                         

  CIR(kbps)         : 0                                                        

  PIR(kbps)         : 1,000,000                                                

  Passed Packets    : 409,269,881                                              

  Passed Rate(pps)  : 596,734                                                  

  Passed Bytes      : 26,193,272,384                                           

  Passed Rate(bps)  : 305,527,808                                              

  Dropped Packets   : 345,407,253                                              

  Dropped Rate(pps) : 895,096                                                  

  Dropped Bytes     : 22,106,064,192                                           

  Dropped Rate(bps) : 458,289,336                                              

------------------------------------------------------------                   

  Queue ID          : 5                                                        

  CIR(kbps)         : 0                                                        

  PIR(kbps)         : 1,000,000                                                

  Passed Packets    : 345,465,822                                              

  Passed Rate(pps)  : 895,133                                                  

  Passed Bytes      : 22,109,812,608                                           

  Passed Rate(bps)  : 458,308,224                                              

  Dropped Packets   : 409,211,630                                               

  Dropped Rate(pps) : 596,697                                                  

  Dropped Bytes     : 26,189,544,320                                           

  Dropped Rate(bps) : 305,508,952                                               

------------------------------------------------------------   

 

El ejemplo solo proporciona la visualización de las colas 2 y 5, y la visualización de otras cinco colas no se proporciona aquí.

 

La programación de PQ y la programación de WRR tienen sus respectivas ventajas y desventajas. La programación de WRR garantiza que todos los servicios se procesen, pero no pueden programar los servicios de demora corta de manera oportuna. La programación de PQ puede garantizar que los servicios de demora corta se programen de manera oportuna, pero los servicios de baja prioridad pueden no estar programados por mucho tiempo. En la práctica, la programación PQ + WRR se utiliza a menudo para implementar la gestión de congestión. En general, la programación de PQ se configura para las colas que ingresan los servicios de retardo corto, y la programación de WRR se configura para otras colas. El tráfico en las colas de PQ se procesa preferentemente. Cuando no hay tráfico en las colas de PQ, el tráfico en las colas de WRR se programa en función de los pesos.

 

Para configurar la programación de PQ + WRR en switches fijos, solo necesita establecer el peso de las colas de PQ en 0. Por ejemplo, la programación de PQ debe configurarse para la cola 1 y la programación de WRR debe configurarse para las colas 2 y 5. El S5720EI Se utiliza como ejemplo.

 

[LSW1] interface GigabitEthernet 0/0/3

[LSW1-GigabitEthernet0/0/3] qos wrr

[LSW1-GigabitEthernet0/0/3] qos queue 1 wrr weight 0  

[LSW1-GigabitEthernet0/0/3] qos queue 2 wrr weight 40

[LSW1-GigabitEthernet0/0/3] qos queue 5 wrr weight 60

 

Para configurar la programación de PQ + WRR en switches modulares, solo necesita configurar la programación de PQ para algunas colas.

[LSW1] interface GigabitEthernet 1/0/3

[LSW1-GigabitEthernet1/0/3] qos pq 1    

[LSW1-GigabitEthernet1/0/3] qos queue 2 wrr weight 40

[LSW1-GigabitEthernet1/0/3] qos queue 5 wrr weight 60

 

Además de los modos de programación anteriores, los switches también admiten otros métodos de gestión de congestión, incluidos DRR y WFQ.

 

1.2.3 Programación de la RRD

El Déficit Round Robin (DRR) programa los paquetes considerando la longitud del paquete, asegurando que los paquetes se programen con la misma oportunidad. Por el contrario, WRR programa los paquetes según la cantidad de paquetes. El déficit indica el déficit de ancho de banda de cada cola. El valor inicial es 0. El sistema asigna ancho de banda a cada cola en función del peso y calcula el déficit. Si el déficit de una cola es mayor que 0, la cola participa en la programación. El switch envía un paquete y calcula el déficit en función de la longitud del paquete enviado. Si el déficit de una cola es menor que 0, la cola no participa en la programación. El déficit actual se utiliza como base para la próxima ronda de programación.

 

Por ejemplo, tres contadores bancarios definen que el dinero se saca basándose en el monto en efectivo. La relación de pesos de un contador VIP y dos contadores comunes es 2: 1: 1. En cada ronda, se asignan 5,000 CNY para el contador VIP y 2,500 CNY para un contador común.

 

l Durante la primera ronda de transacciones comerciales, un VIP roba 10,000 CNY y dos usuarios comunes cada uno dibujan 2000 CNY. Después de la primera ronda, la cantidad restante del contador VIP es de -5,000 CNY, y la cantidad de cada contador común es de 500 CNY.

 

l Durante la segunda ronda de transacciones comerciales, el crédito del contador VIP es 0 después de que se asignan 5,000 CNY, y el crédito de un contador común es de 3,000 CNY después de que se asignen 2,500 CNY. Es decir, el contador VIP no proporciona transacciones comerciales, y el contador común puede continuar proporcionando transacciones comerciales.

 

1.2.4 Programación de la WFQ

Fair Queuing (FQ) asigna igualmente los recursos de red para que se minimicen el retraso y la fluctuación de todos los flujos.

 

Weighted Fair Queuing (WFQ) clasifica los flujos en función de la información de la sesión, incluidos el tipo de protocolo, los números de puerto TCP o UDP de origen y destino, las direcciones IP de origen y destino y el campo de prioridad en el campo ToS. Además, el sistema proporciona una gran cantidad de colas e igualmente coloca los flujos en colas para suavizar la demora. Cuando los flujos dejan colas, WFQ asigna el ancho de banda en la interfaz de salida para cada flujo en función de la prioridad de cada flujo. Los flujos con las prioridades más bajas obtienen el menor ancho de banda.

 

La siguiente tabla describe diferentes modos de programación. Para más detalles, consulte la documentación del producto de los interruptores de la serie S.

 

Modo de programación

Fundamento

Ventaja

Desventaja

PQ

Envía   paquetes basados en las prioridades de la cola.

Garantiza el   ancho de banda del tráfico en colas de alta prioridad.

Cuando el   tráfico en colas de alta prioridad se envía continuamente, no se puede   atender el tráfico en colas de baja prioridad.

WRR

Programa los   paquetes en cada cola en función de los pesos de la cola.

Brinda   servicios de manera justa.

Los paquetes   de gran tamaño ocupan más ancho de banda.

DRR

Programa los   paquetes en cada cola en función de los pesos de la cola.

Considera el   tamaño del paquete y proporciona tarifas justas de programación.

Los   servicios de corta demora no se pueden programar de manera oportuna.

WFQ

Asigna el   ancho de banda a cada flujo en función de las prioridades de flujo.

Proporciona   ancho de banda basado en prioridades de flujo y procesa servicios con la   misma prioridad de manera justa.

Los servicios   de corta demora no se pueden programar de manera oportuna.

PQ+WRR

Integra las ventajas de la programación PQ y la programación WRR.

PQ+DRR

Integra las ventajas de la programación de PQ y la programación de   DRR.

PQ+WFQ

Integra las ventajas de la programación PQ y la programación WFQ.

 

2 Evitar la congestión

2.1 Introducción a la evitación de la congestión

Cuando se produce una congestión de tráfico en la dirección de salida de un switch, la gestión de congestión se utiliza para proporcionar servicios diferenciados y garantizar que el tráfico de alta prioridad pase preferentemente a través del egreso. Cuando el tráfico está sobrecargado y se pierden muchos paquetes, se puede utilizar la evitación de congestión. Cuando se produce la congestión, la evitación de la congestión descarta los paquetes para eliminar la sobrecarga de tráfico. Los paquetes se descartan para aliviar la carga del dispositivo posterior. Los switches de la serie S de Huawei admiten dos políticas de pérdida de paquetes: caída de cola y WRED.

 

·         Tradicionalmente, se utiliza la caída de la cola. Cuando se produce la congestión de la red, los paquetes entran en una cola. Si la cola está llena, el tráfico subsiguiente se eliminará directamente y no se podrá almacenar en caché. Esta política no puede proporcionar servicios diferenciados. La política de caída de cola es la política predeterminada en un switch.

 

Esta política lleva a la sincronización TCP global. En los mecanismos de caída de cola, todos los paquetes recién llegados se eliminan cuando se produce una congestión, lo que provoca que todas las sesiones TCP ingresen simultáneamente en el estado de inicio lento y que la transmisión de paquetes se ralentice. Luego, todas las sesiones TCP reinician su transmisión aproximadamente al mismo tiempo y luego vuelve a producirse una congestión, lo que provoca otra ráfaga de caídas de paquetes, y todas las sesiones TCP entran nuevamente en el estado de inicio lento. El comportamiento de los ciclos constantemente, reduciendo severamente el uso de recursos de red.

 

·         WRED es un mecanismo para evitar la congestión que se utiliza para eliminar paquetes antes de que la cola se desborde. Evita la sincronización global de TCP. WRED establece umbrales superior e inferior para cada cola y define las siguientes reglas:

 

- Cuando la longitud de una cola es inferior al umbral inferior, no se descarta ningún paquete.

 

- Cuando la longitud de una cola supera el umbral superior, todos los paquetes recién llegados se eliminan.

 

- Cuando la longitud de una cola varía desde el umbral inferior al umbral superior, los paquetes recién llegados se eliminan aleatoriamente, pero se establece una probabilidad máxima de caída. La probabilidad máxima de caída se refiere a la probabilidad de caída cuando la longitud de la cola alcanza el umbral superior.

 

WRED se configura en la dirección de salida en una interfaz y se aplica a las colas. Se establecen diferentes parámetros de caída para paquetes de diferentes colores. WRED asigna diferentes parámetros de descarte a paquetes con diferentes colores basados en colas. Los umbrales superior e inferior de paquetes importantes son más altos que los de paquetes no importantes, mientras que la probabilidad máxima de caída es menor.

 

A continuación se describen los ajustes de parámetros WRED recomendados para paquetes de diferentes colores.

 

Queue (PHB)

Umbral de caída inferior (%)

Umbral de caída superior (%)

Probabilidad de caída máxima

Verde

80

100

10

Amarillo

60

80

20

Rojo

40

60

30

 

2.2 Configuración para evitar la congestión.

En la red anterior, se recomienda configurar WRED en GE0 / 0/3. Los parámetros recomendados anteriores se pueden configurar. Las prioridades de tráfico 802.1p de los departamentos 1 y 2 son 2 y 5, respectivamente.

 


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[LSW1] diffserv domain sp

[LSW1-dsdomain-sp] 802.1p-inbound 5 phb ef yellow   

[LSW1-dsdomain-sp] 802.1p-inbound 2 phb af2 red    

[LSW1-dsdomain-sp] quit

[LSW1] interface GigabitEthernet 0/0/1

[LSW1-GigabitEthernet0/0/1] trust upstream sp

[LSW1-GigabitEthernet0/0/1] quit

[LSW1] interface GigabitEthernet 0/0/2

[LSW1-GigabitEthernet0/0/2] trust upstream sp

[LSW1-GigabitEthernet0/0/2] quit

[LSW1] drop-profile sp

[LSW1-drop-sp] color yellow low-limit 60 high-limit 80 discard-percentage 20

[LSW1-drop-sp] color red low-limit 40 high-limit 60 discard-percentage 30

[LSW1-drop-sp] quit

[LSW1] interface GigabitEthernet 0/0/3

[LSW1-GigabitEthernet0/0/3] qos queue 2 wred sp

[LSW1-GigabitEthernet0/0/3] qos queue 5 wred sp

 

De acuerdo con la configuración anterior, cuando la longitud de los paquetes del departamento 2 en la cola 5 es el 60% de la longitud total de la cola, el switch comienza a descartar los paquetes en la cola. Cuando la longitud de los paquetes del departamento 2 es el 80% de la longitud total de la cola, el switch descarta todos los paquetes recibidos, lo que equivale a la política de caída de cola.

 

3 Resumen

Los fundamentos y aplicaciones de QoS han terminado. Estas tecnologías se pueden utilizar juntas para garantizar la calidad del servicio. Se espera que los problemas puedan proporcionar una guía para implementar funciones de QoS.

 

 


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