Technologie počítačových sítí

Transkript

1 Technologie počítačových sítí (Projekt - konfiguraci mechanismu QoS podle standardu IEEE e na přístupových bodech Cisco Aironet) Sliž Vítězslav, sli ledna 2008

2 Zadání Cílem této tohoto projetu je provést konfiguraci mechanismu QoS podle standardu IEEE e a prakticky ověřit funkčnost. 1. Úvod V první části projektu si vysvětlíme základní pojmy a principy a hlavní rysy standartu e, v druhé části provedeme praktickou ukázku konfigurace na AP Cisco Aironet a ověření funkčnosti QoS. 2. Pojmy 2.1 Quality of Service (QoS, kvalita služby) - je mechanizmus zajišťující rovnoměrné vyvažování zátěže sítě s ohledem na druh přenášených dat, například ip telefonie, videokonference, distribuované výpočty nebo přenosy velkých objemů dat. Spravedlivě rozděluje konektivitu mezi jednotlivé klienty dle nastavených priorit a zajišťuje dostupnost služeb při přetížení sítě. Mezi metriky QoS patří: koncové zpoždění (doba mezi vysláním a doručením paketu od zdroje k příjemci) kolísání zpoždění (jitter, rozdíl v časových intervalech mezi přijímanými pakety) ztráta paketů (podíl přijatých paketů a vyslaných paketů za jednotku času) šířka pásma (přenosová kapacita a propustnost) 2.2 IEEE je standart pro bezdrátové zařízení a sítě (Wi-fi) vyvinut v roce 1999 v rámci IEEE ( Institute of Electrical and Electronics Engineers). Zahrnuje šest druhů modulací pro posílání radiového signálu, přičemž všechny používají stejný protokol. Původní specifikace protokolu pro přístup k médiu umožňuje dva režimy komunikace: DCF a PCF ani jeden z nich neumožňuje rozlišovat typy provozu, tzn. uplatňovat QoS DCF - základní přístupová metoda založena na metodě přístupu CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Stanice před vysíláním nejprve naslouchá, zda není obsazené pásmo jinou stanicí (tzn. někdo jiný nevysílá). Mechanizmus pro obranu proti kolizím používá dvě techniky, první je vkládání mezery mezi vysílanými rámci IFS (InterFrame Space) druhou je odklad vysílání (backoff). Interval DIFS (DCF IFS) odpovídá době povinného čekání po zjištění volného vysílacího kanálu, než stanice může začít sama vysílat. Pokud v této době začne vysílat jiná stanice, musí se vysílání odložit. Interval odkladu vysílání si každá stanice volí náhodně z intervalu mezi nulou a velikostí CW, (Contention Window). Stále však může dojít ke kolizi, protože pokud se o vysílací kanál uchází více stanic. Velikost CW při každé kolizi exponenciálně zvětšuje (exponential backoff). Jakmile interval odkladu vyprchá a médium je volné, může stanice začít vysílat. Mechanizmus vysílání s DCF naznačuje obrázek 1.

3 Obrázek 1: Režim DCF ve WLAN (zdroj: Příjemce po obdržení paketu vyčká po dobu SIFS a poté vyšle potvrzení přijetí paketu. Potvrzování paketů je WLAN důležité, protože může dojít k chybě přenosu, díky kolizi nebo špatnou kvalitou kanálu PCF - pracuje tak, že přístupové body periodicky vysílají rámce typu beacon, kterými sdělují stanicím v síti specifické parametry pro identifikaci a management. Mezi vysíláním těchto administrativních rámců dělí přístupový bod dobu na dvě části: doba bez boje o médium (contention-free) a doba, kdy probíhá boj o médium (contention). Stanice s prioritními daty může na základě výzvy získat povolení ke garantovanému vysílání po dobu, kdy nemusí o médium s nikým jiným bojovat. 2.3 IEEE e je doplněk standardu IEEE schválen v roce 2005 jako standart, definující rozšíření pro zajištění QoS pro bezdrátove sítě a zařízení. Vylepšující takzvanou MAC (Media Access Control) podvrstvu linkové vrstvy, rozšířením podpory kvality služeb. Standard je důležitý pro aplikace citlivé na zpoždění jako jsou Voice over Wireless IP a proudová multimédia. Vylepšuje DCF a PCF novou hybridní koordinační funkcí: takzvanou HCF (Hybrid Coordination Function). HCF má dvě metody přístupu ke kanálu podobné původním metodám z MAC: HCF Controlled Channel Access (HCCA) Enhanced DCF Channel Access (EDCA) Obě definují třídy provozu (Traffic Classes, TC). Například velkým souborům (ftp) může být přiřazena nízká prioritní třída, zatímco hlasovým službám vysoká EDCF(Enhanced Distribution Coordination Function). poskytuje mechanizmus pro alokaci pásma pomocí kategorizace provozu. Každá stanice může mít až čtyři kategorie provozu na podporu osmi úrovní priority. Každá kategorie definuje jistý časový interval (AIFS, Arbitration Interframe Space) po který musí stanice čekat, než zahájí vlastní přenos. AIFS se prodlužuje se snižující se prioritou provozu. Přístup k médiu se tak stává řízeně neférový, kdy provoz s vyšší prioritou je upřednostněn na úkor provozu s prioritou nižší HCF (Hybrid Coordination Function ) - Podobně jako u původní funkce PCF řídí i v rámci HCCA přístup ke kanálu přístupový bod pomocí beacon. QoS se bere v potaz

4 při plánování vysílacích dob, kdy některý provoz dostává k dispozici větší část kanálu. AP přiděluje právo vysílat na základě osmi možných identifikátorů provozu (TSID, Traffic Stream Identifier). HCCA s dobře nastavenými parametry QoS může zajistit efektivnější využití přenosového kanálu zejména u WLAN primárně používaných pro přenos hlasu či videa, protože eliminuje ztrátové doby čekání. standard e přidává další možnosti protokolu pro vylepšení QoS v MAC vrstvě: APSD(Automatic Power Save Delivery) - efektivnější metoda správy napájení než původní Power Save Polling, NoAck - Rámce s QosNoAck nejsou potvrzovány (zkratka z QoS not acknowledged), což zamezí znovu posílání dat, které mají být s malým zpožděním. 3. Testování Provedeme konfiguraci a otestování QoS směrem z AP na wireles klienta. Pro praktickou ukázku jsem použil zapojení: - PC ( /24, Linux) a Notebook ( , Linux) simulují provoz a zátěž sítě. - PC ( /24, Windows) a Notebook ( , Windows) měření funkčnosti QoS - Na NB ( /24) je použita wi-fi klientská karta Cisco Aironet. - Přenosová rychlost wi-fi nastavena na 11Mbit/s (802.11b) Cílem tohoto testu je ověřit funkčnosti upřednostnění paketů podle priorit provoz od AP ke klientovi. Zařízení lze konfigurovat dvěma způsoby, buď přes grafické webové rozhraní, nebo konzoli. Konfiguraci provedeme přímo příkazy pomocí konzole.

5 Ukázková konfigurace Přístupového bodu Cisco Aironet Základní konfigurace AP ap#configure terminal ap(config)#dot11 ssid QOS-test ap(config-ssid)#authentication open ap(config-ssid)#guest-mode ap(config-ssid)#exit ap(config)#interface dot11radio0 ap(config-if)#power local cck 5 ap(config-if)#ssid QOS-test ap(config-if)#channel 4 ap(config-if)#no shutdown ap(config-if)#exit ap(config)# ap(config)#interface bvi1 ap(config-if)#ip address ap(config-if)#no shutdown ap(config-if)#end - Nyní provedeme konfiguraci accesslistu, které vyhovují tcp, icmp a udp provozu ap(config)#access-list 101 permit tcp any any ap(config)#access-list 102 permit icmp any any ap(config)#access-list 103 permit udp any any - Vytvoříme classmap pro tcp provoz, které přiřadíme acceslist ap(config)#class-map classtcp ap(config-cmap)#match access-group 101 ap(config-cmap)#exit - Vytvoříme classmap pro icmp provoz, které přiřadíme acceslist ap(config)#class-map classicmp ap(config-cmap)#match access-group 102 ap(config-cmap)#exit - Vytvoříme classmap pro udp provoz, které přiřadíme acceslist ap(config)#class-map classudp ap(config-cmap)#match access-group 103 ap(config-cmap)#exit

6 - Nakonec definujeme policy map, kde přiradíme prioritní hodnoty pro jednotlivé classmap. Pro tcp a udp provoz 0, tzn. nejnižší prioritu doručování a icmp prioritu 7 tzn., největší prioritu ap(config)#policy-map QoSpokus ap(config-pmap)#class classtcp ap(config-pmap-c)#set cos 0 ap(config-pmap-c)#exit ap(config-pmap)#class classicmp ap(config-pmap-c)#set cos 7 ap(config-pmap-c)#exit ap(config-pmap)#class classudp ap(config-pmap-c)#set cos 0 ap(config-pmap-c)#exit ap(config-pmap)#exit Testování se provádí v různých nastaveních (viz níže), pokaždé je proveden test ping o počtu 100 paketů Výsledky měření provozu mezi jednotlivými PC a) síť bez zátěže a bez nastaveného QoS PC -> NB > odpověď: PC -> NB > odpověď: b) síť zatížená a bez nastaveného QoS, vytvořena zátěž mezi PC->NB > a o opačně, pomocí programu iperf PC -> NB > odpověď: PC -> NB > odpověď:

7 c) síť bez zátěže s nastaveným QoS PC -> NB > odpověď: PC -> NB > odpověď: Z této tabulky a z tabulky a) je vidět rozdíl při nastaveném QoS, kdy icmp zprávy jsou upřednostňovány před vším ostatním a maximální doba zpoždění je několikrát menší než bez použití QoS a průměrná doba zpoždění klesla skoro o polovinu. d) síť zatížená s nastaveným QoS, vytvořena zátěž mezi PC->NB > a opačně, pomocí programu iperf 4. Závěr PC -> NB > odpověď: PC -> NB > odpověď: Z této tabulky a tab. b) je vidět rozdíl při nastaveném QoS a vytížené sítí kdy icmp zprávy jsou upřednostňovány před vším ostatním, kdy maximální zpoždění je 12ms v prvním případě a průměrné zpoždění kleslo takřka o polovinu. Z výsledného zpoždění u ICMP zpráv je vidět funkčnost a správné nastavení QoS na přístupovém bodu Cisco Aironet. Zarážející je zpoždění ICMP zpráv, mezi PC a NB ( > ) na kterých nebyl simulován provoz a zatížení, dosahovalo maximální zpoždění až 2-3 sekundy. Zdroje: PUŽMANOVÁ, Rita. Kvalita služby ve WLAN: e. Wifi [online] [cit ]. Dostupný z WWW: < Cisco Ios Software configuration Guide for Cisco Aironet Access Points ( ference/cr11main.html) DAŘÍLEK, Martin. Standarty e i. [s.l.] : [s.n.], s.: Martin Dařílek KONÁR, Milan. Ověření možností implementace QoS vpřístupovém bodu Cisco Aironet AP [s.l.] : [s.n.], s.: Milan Konár