Politechnika Białostocka - Laboratorium Sieci Teleinformatycznych

1. Ogólna charakterystyka ćwiczenia
Politechnika
Białostocka
Wydział Elektryczny
Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
Temat ćwiczenia:
Zarządzanie jakością transmisji sieciowej
z wykorzystaniem mechanizmów QoS
Numer ćwiczenia: 7
Laboratorium z przedmiotu:
Zarządzanie sieciami teleinformatycznymi 2
Kod przedmiotu: TS1A611 254
Instrukcję opracował:
dr inż. Andrzej Zankiewicz
Współczesne sieci komputerowe często używane są do jednoczesnego
przesyłania wielu rodzajów informacji. Przykładowo mogą to być wiadomości e-mail,
strony WWW, pliki z danymi, sesje terminalowe, rozmowy głosowe, transmisje video
itd. Każda z tych informacji charakteryzuje się nieco innymi wymogami parametrów
transmisji. Przykładowo rozmowa głosowa wymaga jak najmniejszego opóźnienia i
możliwości długotrwałej stabilnej transmisji z zadaną chwilową szybkością.
Zazwyczaj dopuszcza się też niewielki poziom utraty pakietów. Z kolei przy
przesyłaniu plików z danymi lub wiadomości e-mail opóźnienie nie jest raczej istotne,
szybkość chwilowa może zmieniać się w bardzo szerokich granicach, ale
niedopuszczalna jest jakakolwiek utrata pakietów.
W klasycznej sieci IP poszczególne transmisje starają się wykorzystać jak
najwięcej dostępnych zasobów sieci (np. pasma), co może prowadzić do
niewłaściwego działania pewnych aplikacji. Na przykład uruchomienie transmisji
dużego pliku może spowodować brak pasma dla transmitowanej w tym samym czasie
rozmowy głosowej. Aby zapewnić poprawną koegzystencję transmisji o różnych
wymaganiach stosuje się szereg środków mających na celu optymalizację przydziału
zasobów sieciowych dla poszczególnych rodzajów ruchu sieciowego. Środki te
prowadzą do zagwarantowania dla poszczególnych aplikacji odpowiednich
parametrów jakościowych sieci, określanych jako QoS (Quality of Service).
Mechanizmy QoS zazwyczaj implementowane są w urządzeniach infrastruktury
sieciowej takich jak routery i przełączniki.
Jedną z podstawowych metod zapewnienia wymaganej jakości transmisji jest
kolejkowanie pakietów z uwzględnieniem priorytetów przypisanych dla
poszczególnych transmisji. Pozwala to na świadomy podział dostępnego w sieci
pasma dla poszczególnych użytkowników i/lub aplikacji.
Podstawowym celem ćwiczenia jest praktyczne poznanie sposobu konfiguracji
wybranych parametrów jakościowych transmisji w routerach Cisco.
2. Przygotowanie do zajęć
Przed przystąpieniem do wykonywania ćwiczenia należy zapoznać się z
następującymi materiałami:
- Całość niniejszej instrukcji.
- Ogólne informacje o systemach QoS (sposoby kolejkowania, architektury DiffServ
i IntServ)
- Zasady konfigurowania parametrów QoS w routerach Cisco
Informacje zawarte w podanych powyżej źródłach stanowią minimum wiedzy
teoretycznej niezbędnej do przystąpienia i prawidłowego wykonania ćwiczenia.
Białystok 2012
-2-
3. Plan wykonywania ćwiczenia laboratoryjnego
Część I – Statyczne ustalanie prędkości łącza dla poszczególnych użytkowników
Celem tej części ćwiczenia jest konfiguracja ograniczenia prędkości pobierania
danych dla użytkowników (stacji) należących do dwóch grup. Użytkownicy przypisani
do pierwszej grupy będą mieli dostęp do łącza 4-krotnie szybszego od użytkowników
przypisanych do drugiej grupy.
W systemie Cisco IOS dostępne są dwie metody statycznego ograniczania
prędkości transmisji: Policing oraz Shaping. W metodzie określanej jako Policing w
stosunku do ruchu przekraczającego określony próg od razu stosowane jest
skonfigurowane działanie takie jak odrzucenie ruchu lub jego odpowiednie
oznakowanie. W przypadku metody Shaping urządzenie realizujące mechanizm QoS
buforuje ruch nadmiarowy i stara się go wysłać w chwilach, gdy natężenie ruchu jest
mniejsze od zadanego progu. Metoda ta działa więc bardziej łagodnie i pozwala na
pełniejsze wykorzystanie pasma przydzielonego dla użytkownika.
Do wykonania ćwiczenia wykorzystany zostanie układ sieciowy przedstawiony
na poniższym rysunku.
S1
192.168.1.0/24
R1
.10
S2
172.16.1.0/24
.1
.11
Srv1
R2
.1
.2
192.168.2.0/24
.1
.2
Połączenie V.35
1Mb/s
Oprogramowanie
- serwwer FTP
- serwer HTTP
Oprogramowanie:
- klient FTP
- klient HTTP
Zasadnicze elementy tego układu to serwer FTP i HTTP (Srv1) znajdujący się
w sieci 192.168.2.0/24 oraz dwie stacje klienckie (S1 i S2) znajdujące się w sieci
192.168.1.0/24. Jako stacja S2 wykorzystana zostanie maszyna wirtualna uruchomiona
na stacji S1. Obie sieci połączone są poprzez routery R1 i R2 łączem szeregowym
V.35 o przepustowości 1Mb/s. W układzie tym skonfigurowane zostanie statyczne
ograniczenie prędkości pobierania danych przez stacje S1 i S2 zgodnie z
następującymi założeniami:
- stacja S1 może pobierać dane z prędkością do 256 Kb/s;
- stacja S2 może pobierać dane z prędkością do 64Kb/s;
- ograniczenie prędkości realizowane jest metodą Traffic Shaping;
- identyfikacja stacji S1 odbywa się na podstawie jej numeru IP;
- identyfikacja stacji S2 odbywa się na podstawi je adresu MAC.
W celu realizacji wymaganej konfiguracji należy wykonać następujące
czynności:
- zdefiniowanie klasy QoS o nazwie Fast i przypisanie do niej stacji S1;
- zdefiniowanie klasy QoS o nazwie Slow i przypisanie do niej stacji S2;
- utworzenie zasady (policy-map) o nazwie OutSpeedLimit i ustawienie w niej
metod ograniczenia typu Shaping z wymaganymi wartościami średniej prędkości
dla poszczególnych klas;
- przypisanie utworzonej zasady do interfejsu FastEthernet 0/0 na routerze R1 w
kierunku wyjściowym.
Po wykonaniu konfiguracji należy sprawdzić poprawność jej działania
pobierając na stacjach S1 i S2 plik test_http.zip z serwera Srv1 poprzez protokół HTTP
i obserwując uzyskaną prędkość transmisji pliku. Pomiaru prędkości pobierania
danych należy dokonać zarówno przed jak i po przypisaniu zasady OutSpeedLimit do
interfejsu FastEthernet 0/0 routera R1.
Część II – Dynamiczne zarządzanie podziałem pasma łącza w przypadku
wystąpienia przeciążenia
Zarządzanie przeciążeniem łącza polega na określeniu kolejności pakietów
wysyłanych przez dany interfejs w przypadku, gdy prędkość tego interfejsu jest
mniejsza od prędkości nadchodzących pakietów danych. System Cisco IOS udostępnia
następujące metody kolejkowania pakietów IP umożliwiające zarządzanie
przeciążeniem łącza:
- FIFO (First-In First-Out) – pakiety są buforowane i wysyłane w takiej kolejności,
w jakiej zostały otrzymane i zapisane do bufora FIFO;
- WFQ (Weighted Fair Queueing) – przychodzące pakiety są dzielone na podstawie
określonych kryteriów (np. adresy IP, protokoły warstw wyższych, zawartość pola
ToS w nagłówku IP) i kierowane do osobnych kolejek, a następnie przekazywane
na wyjście w kolejności odpowiadającej wagom przypisanym do poszczególnych
kolejek;
- CQ (Custom Queueing) – dostępne pasmo przypisywane jest proporcjonalnie dla
każdej określonej klasy ruchu;
- PQ (Priority Queueing) – pakiety należące do klasy o wyższym priorytecie
wysyłane są w pierwszej kolejności w stosunku do pakietów należących do klas o
niższych priorytetach.
W drugiej części ćwiczenia
przedstawiony na poniższym rysunku.
S1
wykorzystany
R1
192.168.1.0/24
.10
.1
układ
R2
172.16.1.0/24
.1
.2
sieciowy
Srv1
192.168.2.0/24
.1
.2
Połączenie V.35
1Mb/s
Oprogramowanie
- serwwer FTP
- serwer HTTP
Oprogramowanie:
- klient FTP
- klient HTTP
-3-
zostanie
-4-
W układzie tym dane pobierane z serwera Srv1 i wysyłane przez router R2
przez interfejs S0/0 powodują wystąpienie przeciążenia ruchu na tym interfejsie,
ponieważ jego prędkość (1Mb/s) jest znacznie mniejsza niż prędkość z jaką serwer
dostarcza dane do routera (100Mb/s). Jeżeli w routerze R2 na interfejsie S0/0 nie
zostaną wykonane żadne dodatkowe konfiguracje mechanizmów QoS, to zastosowana
w nim zostanie metoda FIFO przydzielająca jednakowe pasmo zarówno dla ruchu FTP
jak i HTTP. W celu potwierdzenia tej informacji należy wykonać następujące
operacje:
1. Na stacji S1 uruchomić proces pobierania pliku test_http.zip z serwera Srv1
poprzez protokół HTTP. Zanotować uzyskaną szybkość transferu.
2. Na stacji S1 uruchomić proces pobierania pliku test_ftp.zip z serwera Srv1 poprzez
protokół FTP. Zanotować uzyskaną szybkość transferu.
3. Na stacji S1 uruchomić jednocześnie oba procesy wymienione w poprzednich
punktach. Zanotować uzyskaną szybkość transferu w każdym z procesów.
4. Wymagania BHP
Zgodnie z podanymi na pierwszych zajęciach i potwierdzonymi przez
studentów zasadami obowiązującymi w pomieszczeniu, w którym odbywają się
ćwiczenia. Stosowny regulamin BHP jest też wywieszony w pomieszczeniu
laboratorium.
5. Literatura
1. Opis konfiguracji Class-Based Shaping:
Cisco IOS Quality of Service Solutions Configuration Guide (rozdział Policing and
Shaping  Configuring Class-Based Shaping)
http://www.cisco.com/en/US/docs/ios/12_2/qos/configuration/guide/fqos_c.html
2. Opis konfiguracji CBWFQ
Następnie zakładamy, że ruch HTTP powinien mieć wyższy priorytet w
stosunku do ruchu FTP zgodnie z poniższymi zasadami:
 w przypadku działania pojedynczego procesu pobierania pliku poprzez FTP lub
HTTP proces ten powinien wykorzystywać pełną dostępną szerokość pasma;
 w przypadku jednoczesnego uruchomienia procesów pobierania pliku poprzez
FTP i HTTP proces FTP powinien mieć przydzieloną szerokość pasma około
dziesięciokrotnie mniejszą niż proces HTTP.
Zadane warunki można spełnić korzystając z kilku różnych technik. Jednym z
możliwych rozwiązań jest wykorzystanie kolejkowania WFQ z uwzględnieniem klas
(technika CBWFQ – Class-Based Weighted Fair Queueing) poprzez:
- zdefiniowanie klasy o nazwie FTPclass wskazującej na ruch protokołu FTP;
- utworzenie zasady (policy-map) o nazwie FTPlimit i przypisanie w niej dla klasy
FTPclass pasma dziesięciokrotnie mniejszego niż pasma dla pozostałego ruchu
(będzie on należał do klasy o domyślnej nazwie class-default);
- przypisanie utworzonej zasady FTPlimit do interfejsu S0/0 na routerze R2 w
kierunku wyjściowym.
Cisco IOS Quality of Service Solutions Configuration Guide (rozdział Congestion
Management  Configuring Weighted Fair Queueing  Class-Based Weighted
Fair Queueing Configuration Task List)
http://www.cisco.com/en/US/docs/ios/12_2/qos/configuration/guide/fqos_c.html
3. Class-Based Weighted Fair Queueing
http://www.cisco.com/en/US/docs/ios/12_0t/12_0t5/feature/guide/cbwfq.html
4. Modular Quality of Service Command Line Interface Overview
http://www.cisco.com/en/US/products/sw/iosswrel/ps5014/products_feature_guide_chapter09186a008008813a.html
5. Dooley K., Brown I.J.: Cisco. Receptury. Helion, Gliwice, 2004.
Szczegółowe informacje dotyczące techniki CBWFQ oraz jej konfiguracji w
routerach Cisco można znaleźć m.in. w wymienionych w części 5 materiałach
źródłowych.
W sprawozdaniu należy zamieścić opis sposobu uzyskania założonych
właściwości systemu, wydruki plików konfiguracyjnych routerów oraz rezultaty
wykonanych pomiarów przepływności potwierdzające uzyskanie zakładanych
właściwości.
-5-
-6-