Traffic Shaping (QoS): как настроить формирование трафика на маршрутизаторе Cisco

Рассмотрим, как настроить Traffic Shaping (формирование трафика) для QoS на маршрутизаторе Cisco. Формирование трафика — это механизм Cisco IOS, позволяющий предотвращать перегрузку (congestion). Traffic Shaping сохраняет избыточные пакеты в очереди, а затем планирует последующую передачу этих пакетов через определенные промежутки времени. Результатом процесса формирования трафика будет более плавная интенсивность (сглаживание) отправки пакетов. При включении механизма необходимо убедиться в наличии достаточного объема памяти. Кроме того, для формирования трафика требуется функция планирования (scheduling function) для последующей передачи всех отложенных пакетов, поскольку данная функция позволяет разбивать трафик в очереди на несколько очередей. Функциями планирования являются, например, CBWFQ и LLQ.

Содержание:

1. Топология
2. Задачи
   1. Настройки маршрутизатора R1
   2. Настройки маршрутизатора R2
   3. Настройки компьютера РС1
   4. Настройки компьютера РС2
3. Настройка Shaping
4. Проверка формирования трафика
5. Выводы

Топология

Исследуемая топология состоит из двух маршрутизаторов (Cisco 1941 с образом Cisco IOS Release 15.2 IP Base) и двух РС. Допускается использование других моделей маршрутизаторов и версий программного обеспечения Cisco IOS. В зависимости от модели маршрутизатора и версии программного обеспечения Cisco IOS, доступные команды и полученные результаты могут отличаться от показанных в этой статье.

Схема топологии следующая:

Задачи

1. Базовые настройки
2. Формирование трафика
3. Анализ выходных данных

Настройки маршрутизатора R1

hostname R1
no ip domain-lookup
line con 0
exec-timeout 0 0
logging synchronous
!
interface s0/0/0
ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
no shutdown
!
interface g0/1
ip address 192.168.20.1 255.255.255.0
no shutdown
!
ip route 192.168.30.0 255.255.255.0 serial0/0/0
!
enable secret cisco
!
line vty 0 4
exec-timeout 0 0
transport input all
password cisco
login
!
end

Настройки маршрутизатора R2

hostname R2
no ip domain-lookup
line con 0
exec-timeout 0 0
logging synchronous
!
interface s0/0/0
ip address 192.168.10.2 255.255.255.0
no shutdown
!
interface g0/1
ip address 192.168.30.1 255.255.255.0
no shutdown
!
ip route 192.168.20.0 255.255.255.0 serial0/0/0
!
enable secret cisco
!
line vty 0 4
exec-timeout 0 0
transport input all
password cisco
login
!
end

Настройки компьютера РС1

IP address — 192.168.20.2
Subnet mask — 255.255.255.0
Default Gateway — 192.168.20.1

Настройки компьютера РС2

IP address — 192.168.30.2
Subnet mask — 255.255.255.0
Default Gateway — 192.168.30.1

Настройка Shaping

Для начала на маршрутизаторе R1 установим ограничение по скорости и пропускной способности:

interface Serial 0/0/0
clock rate 128000
bandwidth 128

Далее необходимо создать карты классов с соответствием на списки контроля доступа ACL, чтобы промаркировать два потока трафика:

access-list 100 permit udp any any eq 2000
access-list 101 permit udp any any eq 3000

class-map IP
match access-group 100
exit
class-map DATA
match access-group 101

Следующий шаг — создание карты политик и непосредственно формирование двух видов трафика. В команде shape average указываем по порядку значения согласованной скорости CIR (Committed Information Rate), bc (committed burst size) — согласованный объем трафика, который может быть передан во время всплеска, и be (excess burst size) — количество битов, которое может быть отправлено сверх указанного bc после периода неактивности наряду с трафиком, передаваемым в пределах скорости CIR:

policy-map SHAPING
class IP
shape average ?
<1000-1000000000> Target Bit Rate (bits/sec). (postfix k, m, g optional;
decimal point allowed)
percent % of interface bandwidth for Committed information rate

shape average 50000 6250 4000

То же самое проделываем со вторым трафиком DATA:

class DATA
shape average 25000 3125 2000
exit

Для того, чтобы понять значение всех параметров «маркерного ведра», нужно выписать все параметры (для трафика из класса IP):

1. Линейная скорость канала связи = 128 кбит/с.

2. Средняя согласованная скорость для трафика из класса IP CIR = 50 кбит/с.

3. Разделение канала (его пропускной способности) происходит по времени, и передача осуществляется каждые 125 секунд (то есть интервал времени в 1 секунду разделен на 8 частей). Следовательно, по факту из каждых 125 секунд трафик из класса IP передается 48,8 секунд. Это и будет Tc — согласованное время всплеска.

4. Согласованный всплеск, исходя из CIR, будет равен Bc = CIR*Tc = 50000*0,0488 = 2440 бит.

Аналогичные расчеты можно сделать для трафика из класса DATA.

Активириуем карту политик на интерфейсе Serial 0/0/0 маршрутизатора R1:

interface Serial 0/0/0
service-policy output SHAPING

Проверка формирования трафика

Для дальнейшего шага, а именно, для генерации трафика с РС1 на РС2, используем программное обеспечение D-ITG. Distributed Internet Traffic Generator — это платформа, способная генерировать трафик на уровне пакетов. ПО поддерживает генерацию трафика IPv4 и IPv6 и может генерировать трафик на сетевом, транспортном и прикладном уровнях.

Примечание: Чтобы очистить предыдущие записи policy-map, используйте команду clear counters (interface), а для очистки записей ACL — clear access-lists counters.

На РС1 генерируем 3 потока UDP трафика со следующими заданными параметрами:

-a 192.168.30.2 -T UDP -rp 2000 -C 40 -c 100 -t 30000
-a 192.168.30.2 -T UDP -rp 3000 -C 40 -c 100 -t 30000
-a 192.168.30.2 -T UDP -rp 4000 -C 40 -c 100 -t 30000

Значение ключей в записях, которые описывают трафик:

-a — IP-адрес получателя;

-T — протокол транспортного уровня;

-rp — порт получателя;

— C — скорость передачи (пакеты в секунду);

-c — размер пакета (байты);

-t — время моделирования (секунды).

На РС2 анализируем выходные данные:

Порт получателя 2000, пропускная способность 32 Кбит/с:

Flow number: 1
From 192.168.20.2:63838
To 192.168.30.2:2000
----------------------------------------------------------
Total time = 30.081000 s
Total packets = 1200
Minimum delay = 0.611000 s
Maximum delay = 0.845000 s
Average delay = 0.703254 s
Average jitter = 0.023461 s
Delay standard deviation = 0.042058 s
Bytes received = 120000
Average bitrate = 31.913833 Kbit/s
Average packet rate = 39.892291 pkt/s
Packets dropped = 0 (0.00 %)
Average loss-burst size = 0.000000 pkt

Порт получателя 3000, пропускная способность 32 Кбит/с:

Flow number: 2
From 192.168.20.2:63837
To 192.168.30.2:3000
----------------------------------------------------------
Total time = 30.522000 s
Total packets = 732
Minimum delay = 0.621000 s
Maximum delay = 3.587000 s
Average delay = 3.062447 s
Average jitter = 0.029826 s
Delay standard deviation = 0.802808 s
Bytes received = 73200
Average bitrate = 19.186161 Kbit/s
Average packet rate = 23.982701 pkt/s
Packets dropped = 377 (33.99 %)
Average loss-burst size = 2.900000 pkt

Порт получателя 4000, пропускная способность 32 Кбит/с:

Flow number: 3
From 192.168.20.2:63839
To 192.168.30.2:4000
----------------------------------------------------------
Total time = 30.434000 s
Total packets = 1023
Minimum delay = 0.675000 s
Maximum delay = 1.644000 s
Average delay = 1.365228 s
Average jitter = 0.022797 s
Delay standard deviation = 0.202898 s
Bytes received = 102300
Average bitrate = 26.890977 Kbit/s
Average packet rate = 33.613721 pkt/s
Packets dropped = 177 (14.75 %)
Average loss-burst size = 1.752475 pkt

Также проверим настройку на R1 с помощью команды show policy-map:

show policy-map interface Serial0/0/0

Serial0/0/0

Service-policy output: SHAPING

Class-map: IP (match-all)
1200 packets, 158400 bytes
5 minute offered rate 3000 bps, drop rate 0000 bps
Match: access-group 100
Queueing
queue limit 64 packets
(queue depth/total drops/no-buffer drops) 0/0/0
(pkts output/bytes output) 1200/158400
shape (average) cir 50000, bc 6250, be 4000
target shape rate 50000

Class-map: DATA (match-all)
1200 packets, 158400 bytes
5 minute offered rate 3000 bps, drop rate 0000 bps
Match: access-group 101
Queueing
queue limit 64 packets
(queue depth/total drops/no-buffer drops) 0/414/0
(pkts output/bytes output) 786/103752
shape (average) cir 25000, bc 3125, be 2000
target shape rate 25000

Class-map: class-default (match-any)
1225 packets, 159726 bytes
5 minute offered rate 3000 bps, drop rate 0000 bps
Match: any

queue limit 64 packets
(queue depth/total drops/no-buffer drops) 0/0/0
(pkts output/bytes output) 1225/159726

Выводы

Спасибо за уделенное время на прочтение статьи. Теперь Вы умеете настраивать Shaping (формирование трафика) для QoS на маршрутизаторе Cisco.

Если возникли вопросы, задавайте их в комментариях.

Подписывайтесь на обновления нашего блога и оставайтесь в курсе новостей мира инфокоммуникаций!

Чтобы знать больше и выделяться знаниями среди толпы IT-шников, записывайтесь на курсы Cisco, курсы по кибербезопасности, полный курс по кибербезопасности, курсы DevNet / DevOps (программируемые системы) от Академии Cisco, курсы Linux от Linux Professional Institute на платформе SEDICOMM University (Университет СЭДИКОММ).