QoS em roteadores CiscoAlberto S. Matties1, Andre Moraes2

1Curso Superior de Tecnologia em Redes de ComputadoresRua Goncalves Chaves 602 – 96.015-000 – Pelotas – RS – Brasil

2FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAC PELOTAS (FATEC PELOTAS)

albertomatties@yahoo.com.br

Abstract. This article aims to document and demonstrate the importance of QoSin data network and the application of this technique on Cisco routers.

Resumo. Esse artigo tem como objetivo documentar e mostrar a importanciade QoS em uma rede de dados e a aplicacao desta tecnica em roteadores Cisco.

1. IntroducaoHoje em dia muitos servicos demandam cada vez mais de uma maior banda na rede, elespodem ter a suaperformance prejudicada por outros sevicos e aplicacoes que tambemfazem uso da rede, neste artigo sera mostrado como contornar este problema utilizandotecnicas de QoS em roteadores Cisco.

2. Conceitos tecnicosNeste capitulo sao demonstrados alguns conceitos tecnicos que devem ser entendidos paraa fundamentacao do artigo.

2.1. RoteadorRoteador e um equipamento usado para fazer a comutacao de dados entre diferentes redesde computadores. A principal caracterıstica desses equipamentos e selecionar a rota maisapropriada para encaminhar os pacotes recebidos. Ou seja, escolher o melhor caminhodisponıvel na rede para um determinado destino.

2.2. CiscoA Cisco Systems e uma companhia multinacional e sua atividade principal e o ofereci-mento de solucoes para redes e comunicacoes, fabricando diversos dispositivos de redecomo roteadores e switchs.

2.3. ACLUma lista de controle de acesso ( ACL ) e uma lista de regras ordenadas que permitem oubloqueiam o trafego de pacotes baseado em certas informacoes presentes nestes.

2.4. Campo DSCPNo cabecalho do pacote IP existe um campo chamado ToS (Type of Service) que possuium sub-campo chamado ”DS Filed”que acopla o DSCP (DiffServ Code Point) formadopor seis bits, a marcacao padrao deste campo tem valor igual a 0 (zero) ,neste campo ficaa informacao necessaria para se destituir o tipo de trafego.

2.5. Wireshark

O Wireshark e uma ferramenta que analisa o trafego de rede, e o organiza por protocolosenderecos de origem ou destino e muitos outros tipos de filtros.

2.6. Jperf

Jperf e uma ferramenta de teste que pode criar fluxos de dados TCP e UDP, ela e muitoutil para medir o desempenho de uma rede.

2.7. VoIP

A Voz sobre IP, tambem chamada de VoIP (Voice over Internet Protocol), telefonia IP,telefonia Internet, telefonia em banda larga ou voz sobre banda larga e o roteamento deconversacao humana usando a Internet ou qualquer outra rede de computadores baseadano Protocolo de Internet, tornando a transmissao de voz mais um dos servicos suportadospela rede de dados.

2.8. SSH

Secure Shell ou SSH e, simultaneamente, um programa de computador e um protocolo derede que permite a conexao com outro computador na rede, de forma a executar comandosde uma unidade remota. Possui as mesmas funcionalidades do TELNET, com a vantagemda conexao entre o cliente e o servidor ser criptografada.

3. QoSQoS e o acronimo de Quality of Service, ou seja, Qualidade de Servico. Trata-se de umanomenclatura generica para designar um conjunto de algoritmos capazes de fornecervarios nıveis de tratamentos para diferentes tipos de trafego na rede. O proposito dessatecnologia e otimizar o uso da banda passante provendo um trafego fim-a-fim eficaz eeconomico. O QoS resolve ate um certo limite a necessidade da aquisicao de mais bandapara a rede, pois supre a demanda de trafego das LANs/WANs de forma inteligente eorganizacional atraves dos mais diversos mecanismos que ele dispoe.

O QoS e muito importante para as redes convergentes, pois as tornam capazes detransportar de maneira bem proximo ao ideal os mais diversos trafegos, como vıdeo, voze dados, de modo simultaneo sem que um interfira no outro. Cada um desses trafegos me-rece um tratamento especial conforme suas caracterısticas. QoS tornou-se indispensavelem alguns casos, como por exemplo, ficaria impraticavel o trafego pela WAN de vıdeo evoz se nao houvesse QoS.

3.1. Classificacao

Como cada tipo de trafego merece um tratamento diferenciado e essa classificacao deveser baseada em algum criterio, por exemplo, enderecos IP e/ou porta da aplicacao, queidentifique os dados que deverao ser atendidos pelas classes de servicos. Estas seraoposteriormente referenciadas na marcacao dos pacotes atraves da configuracao do valorde DSCP que tem valores definidos na RFC4594[2].

Figura 1. Tabela de valores RFC4594

Abaixo uma tabela de conversao de valores do campo DSCP.

Figura 2. Tabela de conversao

3.2. Tipos de QoS

Neste capitulo sao demonstrados alguns tipos de Qos e suas diferencas.

3.2.1. IntServ

Servicos Integrados, usa um conceito baseado em fluxo unido com uma sinalizacaodo protocolo ao longo do caminho que o pacote percorrer. Subdividido em: ServicosGarantidos para fornecer o fim-a-fim e Carga Controlada para carregar e descarregartrafegos na rede. Vantagens: conceito simples, como exemplo de uso desse servico temoso CAC (Controle de Admissao de Chamadas) e descreve para o fluxo de QoS , marcandoarquitetura chamada. Desvantagens: todos os pontos sao implementados pelo RSVP(Protocolo de Reserva de Recursos), e pouco escalavel, apresenta periodica atualizacaode mensagens que sao usadas durante o transporte fim-a-fim e todos os elementos da redeobrigam principalmente o estado do cambio sinalizar as mensagens.

3.2.2. DiffServ

Servicos Diferenciados, usa a marcacao para classificar e tratar cada pacote independen-temente. Vantagens: escalavel, performance devido a decisao de QoS ser realizado novalor fixo, flexıvel, como todos os fabricantes usam IPv4 ou IPv6 o DiffServ torna-seinter-operante e apresenta baixo consumo de CPU para os equipamentos. Desvantagens:sem fim-a-fim de reserva de banda, garantia de servicos pode ser prejudica pela rede, naoe capaz de implementar o mecanismo com atuacao do RSVP.

3.2.3. BestEffort

Servico de Melhor Esforco. Na realidade, nao e definido como um tipo de QoS, poisele trata todos os pacotes como de igual importancia. Portanto, nele o pacote que chegarprimeiro e o que saira primeiro. Um exemplo classico e o trafego pela Internet, pois naoha como propagar diferenciacao de pacote por esse meio.

3.2.4. MPLS

Multi-layer Protocol Label Switching , normalmente, e implementado somente pelosswitches modulares de camada 3 ou roteadores de alto porte. Ele e o protocolo queengloba todas funcionalidades de QoS, incluindo InterServ+DiffServ e integrando deforma inteligencia um pre-roteamento, feito pelo LabelSwitching.

4. Trabalho propostoO objetivo deste trabalho e demonstrar a importancia de QoS em uma rede de dados e aaplicacao desta tecnica em roteadores Cisco utilizando a tecnica DiffServ.

4.1. Cenario proposto

O cenario que foi proposto tem trafego de diferentes servicos que normalmente concor-reriam pela banda na rede, mas com tecnicas de Qos aplicadas cada servico tera umaprioridade desejada.

Figura 3. Cenario proposto

5. Testes realizados

Neste capitulo sao demonstrados todos os cenarios e testes que foram realizados.

5.1. Teste de marcacao de pacotes

Foi utilizado um roteador Cisco 1841 e dois hosts para testes, abaixo um exemplo docenario.

Neste teste nos hosts foram utilizadas as ferramentas Wireshark e jperf onde foram

Figura 4. Cenario do teste de marcacao de pacotes

gerados dois fluxos de dados de uma maquina para a outra onde um tinha como destino aporta 5001 e outro a porta 5002, a marcacao de pacotes foi verificada com a ferramentaWireshark analisando o campo DSCP no cabecalho IP, como anteriormente haviasido priorizado o trafego na porta 5001 este fluxo teve maior reserva de banda assimdiminuindo o fluxo de dados na porta 5002 que nao tinha marcacao alguma.

5.1.1. Configuracao do roteador

Primeiramente foi criada uma ACL para associar para identificar trafego que se desejapriorizar.

ip access-list extended jperfpermit tcp any any eq 5001

Depois foram criadas duas classes uma que associa a polıtica ha ACL e a outra que vaiassociar a marcacao dos pacotes.- Associa polıtica ha ACL.

class-map match-any marcamatch access-group name jperf

- Associa a marcacao dos pacotes.

class-map match-all identificamatch ip dscp 46

Criada a classe foram criadas duas polıticas um que vai marcar o trafego previamenteclassificado e a outra vai aplicar a priorizacao de trafego escolhida.- Marca o pacote com o valor 46 que corresponde ao valor EF como pode ser observadona tabela 2.

policy-map qos_marcaclass marcaset ip dscp 46

- Prioriza o trafego identificado na classe em 70 Mbp/s

policy-map qos_prioclass identificapriority 70000 (Em Kbp/s)

Na interface local do roteador, por onde entra o trafego a ser priorizado, aplica-se apolıtica de marcacao dos pacotes.

service-policy input qos_marca

Na interface de saıda, aplicam-se as polıticas de priorizacao do trafego.

service-policy output qos_prio

5.2. Reduzindo a banda de um host especifico

Foi utilizado um roteador Cisco 1841 e dois hosts para o teste, neste cenario nao foipriorizado o trafego de nenhum servico, neste caso foi limitado todo o trafego de umhost.

Figura 5. Cenario do teste

Neste teste foi transferido um arquivo de um host para o outro para se verificar ofuncionamento do QoS.

5.2.1. Configuracao do roteador

Foi criada uma ACL para marcar todo trafego que sera limitado, no caso o ip 192.168.0.10e do host ’PC0’.

ip access-list extended testepermit ip host 192.168.0.10 anypermit ip any host 192.168.0.10

Criando uma classe para ligar a marcacao com a ACL.

class-map match-any Usermatch access-group name teste

Tambem foi criada uma polıtica para limitar a banda em 256 Kbp/s.

policy-map qosclass Userpolice rate 256000

Depois foi aplicada a polıtica na interface.

Interface FastEthernet0/0ip address 192.168.0.1 255.255.255.0no shutdownservice-policy output qos

5.3. Priorizando o trafego de servicosFoi utilizado neste cenario dois roteadores Cisco 1841 onde o Router1 apenas faz amarcacao dos pacotes e o Router0 aplica as polıticas de QoS, mais tres hosts foramutilizados como clientes de servicos disponibilizados pelo servidor Sever0 para verificaro funcionamento do QoS nos roteadores.

Figura 6. Cenario do teste com servicos

Neste teste foi iniciada uma transferencia de arquivos entre Server0 e PC1, enquantoocorria a transferencia foi feita uma ligacao (VOIP) entre o PC2 e PC0 que tambemestabelecia uma conexao por SSH no Servidor.

Inicialmente nao havia nenhuma configuracao em relacao a QoS nos roteadores,entao pode se verificar que a ligacao VOIP ficou pessima com falhas e cortes na voz eo terminal do SSH no PC2 ficou com a resposta lenta, um simples comando para listardiretorios demorou a retornar resultados.Depois de aplicadas as configuracoes referentes a QoS nos roteadores pode se observarque a velocidade da transferencia de arquivos ficou com o valor bem proximo a velocidadeque foi definida na configuracao, a ligacao VoIP teve uma boa qualidade na conversacaoe o acesso via SSH nao estava mais lento como antes.

5.3.1. Configuracao dos roteadores

- Router 0Este roteador ficou encarregado de fazer apenas fazer a marcacao dos pacotes.

- Router 1Este roteador aplica apenas as regras estabelecidas em sua configuracao dividindo cadaporcao de banda para seu determinado Servico.

6. ConclusaoEste trabalho que teve como objetivo demonstrar a importancia da utilizacao de QoSem uma rede e a implantacao desta tecnica em roteadores Cisco, foram feitos testes emlaboratorio onde o cenario simulado tinha a necessidade de que fosse priorizado o trafegode VOIP e SSH, com a aplicacao de QoS foi resolvido os problemas com estes servicos.Conclui-se que com isso foi possıvel verificar a necessidade da aplicacao de QoS e queessa tecnica resolve em muitos casos a necessidade da aquisicao de mais banda apenasclassificando o trafego rede.

7. Referencias[1]Consideracoes acerca do estabelecimento de QoS no RNP2.Disponıvel em: http://www.rnp.br

[2]RFC 4594 (Configuration Guidelines for DiffServ Service Classes).Disponıvel em: http://tools.ietf.org

[3]QoS (Qualidade de Servico) - parte I.Disponıvel em: http://blog.ccna.com.br

[4]QoS (Qualidade de Servico) - parte II.Disponıvel em: http://blog.ccna.com.br

[5]Cisco(Comparing the bandwidth and priority Commands of a QoS ServicePolicy)Disponıvel em: http://www.cisco.com