PPP Multilink: фрагментация и чередование для оптимизации QoS

PPP Multilink (Multilink PPP, MLPPP) позволяет объединять несколько физических интерфейсов в один логический интерфейс, что обеспечивает балансировку нагрузки на канальном уровне (уровне 2 модели OSI), а не на сетевом уровне (уровне 3). Это позволяет повысить эффективность использования доступной пропускной способности.

Содержание:

1. Введение
2. Топология
   1. Настройки маршрутизатора R1
   2. Настройки маршрутизатора R2
3. Применение технологии
4. Проверка конфигурации
5. Выводы

Введение

На изображении ниже два маршрутизатора соединены между собой двумя последовательными каналами. Для реализации балансировки нагрузки традиционно можно было бы настроить подсети на каждом последовательном канале и активировать оба канала в протоколе маршрутизации, таком как EIGRP или OSPF. Это позволило бы выполнять балансировку нагрузки на сетевом уровне:

Однако, используя PPP Multilink, можно объединить эти два последовательных канала в один логический интерфейс уровня 3 и выполнять балансировку нагрузки на канальном уровне. PPP Multilink разбивает исходящие пакеты на более мелкие фрагменты, добавляет к ним порядковые номера и передает их через доступные последовательные интерфейсы. Это обеспечивает равномерное распределение нагрузки между физическими каналами.

Одной из ключевых функций PPP Multilink является фрагментация пакетов, что особенно полезно при передаче голосового трафика VoIP между маршрутизаторами.

Большинство голосовых кодеков требуют максимальной задержки между пакетами VoIP не более 10 мс. Допустим, имеется последовательный канал с пропускной способностью 128 Кбит/с. Сколько времени потребуется для отправки голосового пакета длиной около 60 байтов?

60 байтов * 8 бит/байт = 480 бит
480 бит / 128000 бит/с = 0,00375 с

Таким образом, для передачи голосового пакета потребуется примерно 3,75 мс, что значительно меньше допустимой задержки в 10 мс. Однако проблемы могут возникнуть, если одновременно отправляются большие пакеты данных. Например, если необходимо передать пакет данных размером 1500 байт:

1500 байт * 8 бит/байт = 12000 бит
12000 бит / 128000 бит/с = 0.093 с

Следовательно, для отправки этого пакета данных по каналу с пропускной способностью 128 Кбит/с потребуется около 93,75 мс. Теперь представьте, что в этот момент поступает голосовой пакет. Ему придется ожидать минимум 93,75 мс, прежде чем завершится передача пакета данных, что превышает допустимую задержку в 10 мс.

Multilink PPP решает эту проблему за счет фрагментации пакетов данных и чередования фрагментов голосовых пакетов с фрагментами данных. Таким образом, большие пакеты данных не задерживают передачу голосовых пакетов на значительное время, обеспечивая необходимый уровень качества обслуживания (QoS).

Топология

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

Схема топологии следующая:

Настройка маршрутизатора R1

hostname R1
no ip domain-lookup
line con 0
exec-timeout 0 0
logging synchronous
exit

interface Serial0/0
ip address 192.168.12.1 255.255.255.0
no shutdown
exit

Настройка маршрутизатора R2

hostname R2
no ip domain-lookup
line con 0
exec-timeout 0 0
logging synchronous
exit

interface Serial0/0
ip address 192.168.12.2 255.255.255.0
no shutdown
exit

Применение технологии

Используются два маршрутизатора с одним последовательным соединением между ними. Несмотря на то, что метод называется Multilink PPP, его все равно можно настроить даже при наличии одного канала.

Будет использоваться виртуальный шаблон для настройки IP-адресов и конфигурации многоканального соединения PPP. Команды ppp multilink fragment delay позволяют настроить максимальную задержку. В данном примере эта задержка установлена на уровне 10 мс. Важно не забыть активировать команду ppp multilink interleave, иначе чередование пакетов не будет работать. Вот как это выполняется:

Маршрутизатор R1:

interface virtual-template 1
bandwidth 128
ip address 192.168.12.1 255.255.255.0
fair-queue
ppp multilink fragment delay 10
ppp multilink interleave

Маршрутизатор R2:

interface virtual-template 1
bandwidth 128
ip address 192.168.12.2 255.255.255.0
fair-queue
ppp multilink fragment delay 10
ppp multilink interleave

Для повышения приоритетности голосового трафика по сравнению с данными используется WFQ (Weighted Fair Queueing), что достигается с помощью команды fair-queue. Чередование будет происходить между очередями WFQ и FIFO и будет состоять из двух очередей: обычной и приоритетной. Нефрагментированный трафик направляется в приоритетную очередь, тогда как фрагментированный трафик будет обрабатываться в обычной очереди. Теперь можно связать виртуальный шаблон с PPP Multilink:

Маршрутизаторы R1 & R2:

multilink virtual-template 1

И, наконец, что не менее важно, настроим интерфейсы для использования PPP multilink:

Маршрутизаторы R1:

interface Serial0/0
bandwidth 128
encapsulation ppp
ppp multilink

Маршрутизаторы R2:

interface Serial0/0
bandwidth 128
encapsulation ppp
ppp multilink

Просто убедитесь, что активирована инкапсуляция PPP (encapsulation ppp) и многоканальная связь PPP (ppp multilink) на интерфейсах.

Проверка конфигурации

Теперь давайте посмотрим, как работает технология PPP multilink:

R1#show ppp multilink

Virtual-Access2
Bundle name: R2
Remote Endpoint Discriminator: [1] R2
Local Endpoint Discriminator: [1] R1
Bundle up for 00:00:25, total bandwidth 128, load 1/255
Receive buffer limit 12192 bytes, frag timeout 1000 ms
Interleaving enabled
0/0 fragments/bytes in reassembly list
0 lost fragments, 0 reordered
0/0 discarded fragments/bytes, 0 lost received
0x2 received sequence, 0x2 sent sequence
Member links: 1 (max not set, min not set)
Se0/0, since 00:00:25, 160 weight, 152 frag size
No inactive multilink interfaces

R1#show interfaces virtual-access 2
Virtual-Access2 is up, line protocol is up
Hardware is Virtual Access interface
Internet address is 192.168.12.1/24
MTU 1500 bytes, BW 128 Kbit/sec, DLY 100000 usec,
reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255
Encapsulation PPP, LCP Open, multilink Open
Open: IPCP
MLP Bundle vaccess, cloned from Virtual-Template1
Vaccess status 0x40, loopback not set
Keepalive set (10 sec)
DTR is pulsed for 5 seconds on reset
Last input 00:01:05, output never, output hang never
Last clearing of "show interface" counters 00:01:05
Input queue: 0/75/0/0 (size/max/drops/flushes); Total output drops: 0
Queueing strategy: weighted fair
Output queue: 0/1000/64/0 (size/max total/threshold/drops)
Conversations 0/1/32 (active/max active/max total)
Reserved Conversations 0/0 (allocated/max allocated)
Available Bandwidth 96 kilobits/sec
5 minute input rate 0 bits/sec, 0 packets/sec
5 minute output rate 0 bits/sec, 0 packets/sec
2 packets input, 28 bytes, 0 no buffer
Received 0 broadcasts, 0 runts, 0 giants, 0 throttles
0 input errors, 0 CRC, 0 frame, 0 overrun, 0 ignored, 0 abort
2 packets output, 40 bytes, 0 underruns
0 output errors, 0 collisions, 0 interface resets
0 output buffer failures, 0 output buffers swapped out
0 carrier transitions

Из вывода выше можно увидеть, что PPP multilink включен и используется чередование.

Выводы

Спасибо за уделенное время на прочтение статьи. Теперь Вы знаете как настроить PPP Multilink фрагментацию и чередование для оптимизации QoS.

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 (программируемые сети) от Академии Cisco, курсы Linux от Linux Professional Institute на платформе SEDICOMM University (Университет СЭДИКОММ).