Podpora QoS (L2, L3) na DSLAM Zyxel IP Express IES 1000 Ľubomír Prda, Pavel Juška Abstrakt: Tento dokument pojednává o laboratorním ověření funkčnosti QoS na druhé a třetí vrstvě ISO/OSI modelu zařízení DSLAM Zyxel IP Express IES 1000. Klíčová slova: DSLAM, Zyxel IP Express IES 1000, QoS, kvalita síťových služeb 1 Úvod...2 2 Teorie...2 2.1 QoS...2 2.2 IEEE 802.1p...2 3 Podpora QoS na DSLAM Zyxel IP Express IES 1000...3 3.1 Statické nastavení maximální rychlosti linky...3 3.2 Tagování IEEE 802.1p hlavičkou...4 4 Závěr...8 5 Zdroje...8 listopad 2009 1/8
1 Úvod Cílem této práce je nastudování možností QoS na druhé a třetí vrstvě ISO/OSI modelu zařízení DSLAM Zyxel IP Express IES 1000 a následné ověření v laboratoři počítačových sítí. Zjištění, zda popis možností této funkce od výrobce odpovídá skutečnosti. Postup a zjištěné výsledky jsou zpracovány dále v tomto dokumentu. 2 Teorie V následujících částech této kapitoly bude probrána základní teorie. Není to ovšem cílem této práce, a tak se jedná pouze o stručný popis. 2.1 QoS QoS (Quality of Service) nebo-li kvalita síťových služeb je termín jenž vyjadřuje rezervaci a řízení datových toků v počítačových a telekomunikačních sítích. Protokoly zajišťující QoS se snaží vyhradit či dělit dostupnou přenosovou kapacitu sítě tak, aby při zahlcení nedocházelo ke snížení kvality síťových služeb. Při nedostatečné kapacitě sítě a absenci QoS může dojít ke zvýšení odezvy sítě (latence), kolísání (Jitter), výpadkům, zpomalení přenosu atd. QoS bychom nemuseli řešit pouze v případě kdy jsme si jistí, že charakter provozu nemůže nijak narušit správnou funkci některé z provozovaných služeb. K tomu je však potřeba dokonale znát vlastnosti sítě a jejího neměnného provozu. Zpravidla tomu tak nebývá. V praxi se ukázalo, že pro běžné počítačové sítě pracující na principu Best Effort je složitější zavádět QoS než-li zvýšit kapacitu na dostatečnou mez. [1] 2.2 IEEE 802.1p Standard IEEE 802.1p definuje 3 bitové pole (User Priority) umístěné v hlavičce Ethernet rámce. Toto pole určuje hodnotu priority rámce od 0 do 7 včetně, která může být použita např. pro QoS při rozlišování provozu. [2] Definováno je osm různých tříd služeb: Priorita Typ provozu 0 Best Effort 1 Background 2 Spare 3 Excellent Effort 4 Controlled Load 5 Video 6 Voice 7 Network Control listopad 2009 2/8
3 Podpora QoS na DSLAM Zyxel IP Express IES 1000 Tato kapitola ukazuje dvě metody zabezpečení kvality služby na zařízení DSLAM Zyxel IP Express IES 1000. První představovaná metoda je statické nastavení maximální rychlosti linky (portu), druhá metoda je použitím IEEE 802.1p tagováním rámců. Jednotlivé metody byly testovány na následující topologii. Všechna zařízení fungují v defaultním nastavení. DSLAM funguje jako bridge a na routeru R1 jsme přidali jednu statickou cestu do sítě 10.1.1.0/24 přes 192.168.1.3. Router R1 je připojen na DSLAM do portu 1 a router R2 do portu 2. 3.1 Statické nastavení maximální rychlosti linky Technologie DSL umožňuje vyjednání rychlosti a dalších parametrů mezi DSLAMem a DSL modemem. Toto vyjednávání bývá dáno možnostmi koncových zařízení a testem kapacity linky, který probíhá při každém připojení modemu k DSLAMu. Zařízení Zyxel umožňuje nastavení rozsahu povolených rychlostí pro jednotlivé DSL porty. Můžeme tedy omezit rychlost na některém z portů, nebo naopak neumožnit spojení, pokud kapacita linky nedosáhne alespoň určité rychlosti. Takto omezíme rychlosti, které mohou být vyjednány mezi zařízeními. Ty si pak budou muset vybrat rychlost, kterou oba podporují a na L1 vrstvě dále komunikují touto rychlostí. První případ je užit velmi často u ISP, kdy si zákazník zaplatí za určitou rychlost připojení k síti a tu mu pak ISP nastaví jako maximální na DSLAMu. Na obrázku vidíme nastavení zařízení Zyxel, kde je na portu 1 snížená rychlost na 96 kbit/s. To znamená, že pokud linka je schopna pracovat alespoň na této rychlosti, bude se používat rychlost 96 kbit/s. Pokud by listopad 2009 3/8
linka tuto rychlost nepodporovala, spojení se nenaváže. Kapacitu linky jsme otestovali generováním velkých pingů z PC na R1. Vracely se pouze pingy do nastavené rychlosti. 3.2 Tagování IEEE 802.1p hlavičkou Druhou možností je na DSLAMu Zyxel použití tagování rámců IEEE 802.1p hlavičkou. Tato hlavička obsahuje 3 bity, které reprezentují prioritu přenášeného rámce. Zyxel je tedy schopen rozeznat 8 různých priorit a ty následně namapovat na svoje priorizované fronty. Pro DSL porty je těchto front také 8, pro Ethernetové porty jsou fronty 4. Podle výrobce jsou tyto fronty vstupní, avšak větší logiku by měly jako fronty výstupní (pomalejší rozhraní by mělo mít více front na výstupu). Pro tuto nesrovnalost byla všechna nastavení nastavována symetricky pro fronty na dsl i ethernetových rozhraních. Základní mapování je následovné: nejvyšší priorita 7 je řazená do 0 fronty, 6 do 1 atd. Celé mapování je zjevné z obrázku. listopad 2009 4/8
Pro otestování této funkce jsme použili topologii z prvního obrázku. Cílem je zahltit linku mezi DSLA- Mem a routerem R1, posíláním pingů z obou PC na router R1 a sledovat chovaní takovéto topologie. Pro testování používáme ADSL port k routeru R1, na kterém jsme uměle snížili rychlost na 96 kbit/s, abychom mohli generovat dostatek provozu k zahlcení i z dalšího ADSL portu. 1. měření Nalezli jsme velikost a čas opakování pingu dostatečně velký, aby samostatně linku nezahltily, ale po spuštění dvou instancí linku zahltily. Spustili jsme tyto pingy střídavě z PC1 a pak z PC2. Spustili jsme tyto pingy z obou PC současně. Výsledek: Při spuštění pingů střídavě byly výsledkem dvě téměř identické odezvy, odezva z ADSL portu byla o pár milisekund větší (10 ms +-). Při spuštění pingů z obou PC zároveň došlo k zahlcení linky a odpovědi přicházely se stále se zvyšujícími odezvami, až na konec vytajmautovaly. 2. měření Nakonfigurovali jsme switch tak, aby tagoval všechny rámce IEEE 802.1p hlavičkou s nejvyšší prioritou, tedy 7. Pro tuto konfiguraci jsme zapnuli na interfacu, kterým je switch připojen k DSLAMu, použití IEEE 802.1p hlaviček. Na tomto interfacu jsme zapnuli trunk mód příkazem switchport mode trunk. Enkapsulaci jsme přepnuli na IEEE 802.1q příkazem switchport trunk encapsulation dot1q. listopad 2009 5/8
Na interfacu, kterým je připojen PC1 jsme nakonfigurovali přidávání IEEE 802.1p hlavičky pro všechen příchozí provoz příkazem switchport priority extend cos 7. Nakonfigurovali jsme DSLAM, aby rámce s prioritou 7 řadil do fronty 0. Spustili jsme opět pingy střídavě z PC1 a PC2. Spustili jsme pingy z obou PC najednou. Výsledek: Při spuštění pingů střídavě byl výsledek stejný jako při 1. měření. Při spuštění pingů současně byla odezva z PC1 zpočátku nezměněna a odezva z PC2 narůstala, po několika vteřinách však začala narůstat i odezva z PC1 a dorovnala se na PC2, až pokud nevytajmautovaly. 3. měření PC1 jsme přesunuli z ethernetového portu do portu dsl. Do topologie, která je zjevná z následujícího obrázku, jsme přidali ještě jeden router R3, který měl funkci bridge mezi ethernetem a dsl. Switch pro tagování jsme museli zachovat, protože Cisco IOS neumožňuje tagovaní IEEE 802.1p hlavičkou na dsl (atm) rozhraní. Spustili jsme pingy z obou PC najednou. Výsledek: Totožný s 2. měřením. listopad 2009 6/8
listopad 2009 7/8
4 Závěr Zapojení a následné nastavení všech aktivních prvků proběhlo bez větších problémů. Nastavení DSLAMu Zyxel IP Express IES 1000 bylo realizováno skrze webové rozhraní, které bylo pro svoji intuitivnost snadno použitelné. Při statickém nastavení maximální rychlosti linky došlo k očekávanému chování a kapacita linky poklesla na požadovanou hodnotu. Jako zcela základní nástroj pro zajištění QoS lze tuto variantu použít. Druhý ze způsobů zajištění QoS na tomto DSLAMu, tedy za pomocí řazení provozu dle nastavení priority pomocí tagování IEEE 802.1p hlavičkou však nepřinesl jednoznačně přesvědčivý výsledek. Jistá míra priorizace určitého provozu byla patrná, ovšem nijak jednoznačně. Nelze však s jistotou říci, zda jde pouze o špatně nastavené laboratorní podmínky či měření nebo jde-li o špatnou implementaci ze strany výrobce. Co se týče QoS na třetí vrstvě ISO/OSI modelu, tak ani po důkladném prostudování uživatelského manuálu [3] jsme nenalezli žádnou funkci tohoto DSLAMu, která by jej podporovala. 5 Zdroje [1] WIKIPEDIE. Quality of Service. Wikipedie [online]. 28. 9. 2009. Dostupné na: <http://cs.wikipedia.org/wiki/qos>. [2] WIKIPEDIE. IEEE 802.1p. Wikipedie [online]. 28. 11. 2009. Dostupné na: <http://en.wikipedia.org/wiki/ieee_802.1p>. [3] ZyXEL. IES-1000 User's Guide. Verze 2.05. 2005. listopad 2009 8/8