QoS em Roteadores CISCO

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QoS em roteadores Cisco
Alberto S. Matties1, Andre´ Moraes2
1Curso Superior de Tecnologia em Redes de Computadores
Rua Gonc¸alves 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 QoS
in data network and the application of this technique on Cisco routers.
Resumo. Esse artigo tem como objetivo documentar e mostrar a importaˆncia
de QoS em uma rede de dados e a aplicac¸a˜o desta te´cnica em roteadores Cisco.
1. Introduc¸a˜o
Hoje em dia muitos servic¸os demandam cada vez mais de uma maior banda na rede, eles
podem ter a suaperformance prejudicada por outros sevic¸os e aplicac¸o˜es que tambe´m
fazem uso da rede, neste artigo sera´ mostrado como contornar este problema utilizando
te´cnicas de QoS em roteadores Cisco.
2. Conceitos te´cnicos
Neste capitulo sa˜o demonstrados alguns conceitos te´cnicos que devem ser entendidos para
a fundamentac¸a˜o do artigo.
2.1. Roteador
Roteador e´ um equipamento usado para fazer a comutac¸a˜o de dados entre diferentes redes
de computadores. A principal caracterı´stica desses equipamentos e´ selecionar a rota mais
apropriada para encaminhar os pacotes recebidos. Ou seja, escolher o melhor caminho
disponı´vel na rede para um determinado destino.
2.2. Cisco
A Cisco Systems e´ uma companhia multinacional e sua atividade principal e´ o ofereci-
mento de soluc¸o˜es para redes e comunicac¸o˜es, fabricando diversos dispositivos de rede
como roteadores e switchs.
2.3. ACL
Uma lista de controle de acesso ( ACL ) e´ uma lista de regras ordenadas que permitem ou
bloqueiam o tra´fego de pacotes baseado em certas informac¸o˜es presentes nestes.
2.4. Campo DSCP
No cabec¸alho do pacote IP existe um campo chamado ToS (Type of Service) que possui
um sub-campo chamado ”DS Filed”que acopla o DSCP (DiffServ Code Point) formado
por seis bits, a marcac¸a˜o padra˜o deste campo tem valor igual a 0 (zero) ,neste campo fica
a informac¸a˜o necessa´ria para se destituir o tipo de trafego.
2.5. Wireshark
O Wireshark e´ uma ferramenta que analisa o tra´fego de rede, e o organiza por protocolos
enderec¸os 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´ muito
util para medir o desempenho de uma rede.
2.7. VoIP
A Voz sobre IP, tambe´m chamada de VoIP (Voice over Internet Protocol), telefonia IP,
telefonia Internet, telefonia em banda larga ou voz sobre banda larga e´ o roteamento de
conversac¸a˜o humana usando a Internet ou qualquer outra rede de computadores baseada
no Protocolo de Internet, tornando a transmissa˜o de voz mais um dos servic¸os suportados
pela rede de dados.
2.8. SSH
Secure Shell ou SSH e´, simultaneamente, um programa de computador e um protocolo de
rede que permite a conexa˜o com outro computador na rede, de forma a executar comandos
de uma unidade remota. Possui as mesmas funcionalidades do TELNET, com a vantagem
da conexa˜o entre o cliente e o servidor ser criptografada.
3. QoS
QoS e´ o acroˆnimo de Quality of Service, ou seja, Qualidade de Servic¸o. Trata-se de uma
nomenclatura gene´rica para designar um conjunto de algoritmos capazes de fornecer
va´rios nı´veis de tratamentos para diferentes tipos de tra´fego na rede. O propo´sito dessa
tecnologia e´ otimizar o uso da banda passante provendo um tra´fego fim-a-fim eficaz e
econoˆmico. O QoS resolve ate´ um certo limite a necessidade da aquisic¸a˜o de mais banda
para a rede, pois supre a demanda de tra´fego das LANs/WANs de forma inteligente e
organizacional atrave´s dos mais diversos mecanismos que ele dispo˜e.
O QoS e´ muito importante para as redes convergentes, pois as tornam capazes de
transportar de maneira bem pro´ximo ao ideal os mais diversos tra´fegos, como vı´deo, voz
e dados, de modo simultaˆneo sem que um interfira no outro. Cada um desses tra´fegos me-
rece um tratamento especial conforme suas caracterı´sticas. QoS tornou-se indispensa´vel
em alguns casos, como por exemplo, ficaria impratica´vel o tra´fego pela WAN de vı´deo e
voz se na˜o houvesse QoS.
3.1. Classificac¸a˜o
Como cada tipo de trafego merece um tratamento diferenciado e essa classificac¸a˜o deve
ser baseada em algum crite´rio, por exemplo, enderec¸os IP e/ou porta da aplicac¸a˜o, que
identifique os dados que devera˜o ser atendidos pelas classes de servic¸os. Estas sera˜o
posteriormente referenciadas na marcac¸a˜o dos pacotes atrave´s da configurac¸a˜o do valor
de DSCP que tem valores definidos na RFC4594[2].
Figura 1. Tabela de valores RFC4594
Abaixo uma tabela de conversa˜o de valores do campo DSCP.
Figura 2. Tabela de conversa˜o
3.2. Tipos de QoS
Neste capitulo sa˜o demonstrados alguns tipos de Qos e suas diferenc¸as.
3.2.1. IntServ
Servic¸os Integrados, usa um conceito baseado em fluxo unido com uma sinalizac¸a˜o
do protocolo ao longo do caminho que o pacote percorrer. Subdividido em: Servic¸os
Garantidos para fornecer o fim-a-fim e Carga Controlada para carregar e descarregar
tra´fegos na rede. Vantagens: conceito simples, como exemplo de uso desse servic¸o temos
o CAC (Controle de Admissa˜o de Chamadas) e descreve para o fluxo de QoS , marcando
arquitetura chamada. Desvantagens: todos os pontos sa˜o implementados pelo RSVP
(Protocolo de Reserva de Recursos), e´ pouco escala´vel, apresenta perio´dica atualizac¸a˜o
de mensagens que sa˜o usadas durante o transporte fim-a-fim e todos os elementos da rede
obrigam principalmente o estado do caˆmbio sinalizar as mensagens.
3.2.2. DiffServ
Servic¸os Diferenciados, usa a marcac¸a˜o para classificar e tratar cada pacote independen-
temente. Vantagens: escala´vel, performance devido a` decisa˜o de QoS ser realizado no
valor fixo, flexı´vel, como todos os fabricantes usam IPv4 ou IPv6 o DiffServ torna-se
inter-operante e apresenta baixo consumo de CPU para os equipamentos. Desvantagens:
sem fim-a-fim de reserva de banda, garantia de servic¸os pode ser prejudica pela rede, na˜o
e´ capaz de implementar o mecanismo com atuac¸a˜o do RSVP.
3.2.3. BestEffort
Servic¸o de Melhor Esforc¸o. Na realidade, na˜o e´ definido como um tipo de QoS, pois
ele trata todos os pacotes como de igual importaˆncia. Portanto, nele o pacote que chegar
primeiro e´ o que saira´ primeiro. Um exemplo cla´ssico e´ o tra´fego pela Internet, pois na˜o
ha´ como propagar diferenciac¸a˜o de pacote por esse meio.
3.2.4. MPLS
Multi-layer Protocol Label Switching , normalmente, e´ implementado somente pelos
switches modulares de camada 3 ou roteadores de alto porte. Ele e´ o protocolo que
engloba todas funcionalidades de QoS, incluindo InterServ+DiffServ e integrando de
forma inteligeˆncia um pre´-roteamento, feito pelo LabelSwitching.
4. Trabalho proposto
O objetivo deste trabalho e´ demonstrar a importaˆncia de QoS em uma rede de dados e a
aplicac¸a˜o desta te´cnica em roteadores Cisco utilizando a te´cnica DiffServ.
4.1. Cena´rio proposto
O cena´rio que foi proposto tem trafego de diferentes servic¸os que normalmente concor-
reriam pela banda na rede, mas com te´cnicas de Qos aplicadas cada servic¸o tera´ uma
prioridade desejada.
Figura 3. Cena´rio proposto
5. Testes realizados
Neste capitulo sa˜o demonstrados todos os cena´rios e testes que foram realizados.
5.1. Teste de marcac¸a˜o de pacotes
Foi utilizado um roteador Cisco 1841 e dois hosts para testes, abaixo um exemplo do
cena´rio.
Neste teste nos hosts foram utilizadas as ferramentas Wireshark e jperf onde foram
Figura 4. Cena´rio do teste de marcac¸a˜o de pacotes
gerados dois fluxos de dados de uma maquina para a outra onde um tinha como destino a
porta 5001 e outro a porta 5002, a marcac¸a˜o de pacotes foi verificada com a ferramenta
Wireshark analisando o campo DSCP no cabec¸alho IP, como anteriormentehavia
sido priorizado o trafego na porta 5001 este fluxo teve maior reserva de banda assim
diminuindo o fluxo de dados na porta 5002 que na˜o tinha marcac¸a˜o alguma.
5.1.1. Configurac¸a˜o do roteador
Primeiramente foi criada uma ACL para associar para identificar trafego que se deseja
priorizar.
ip access-list extended jperf
permit tcp any any eq 5001
Depois foram criadas duas classes uma que associa a polı´tica ha´ ACL e a outra que vai
associar a marcac¸a˜o dos pacotes.
- Associa polı´tica ha´ ACL.
class-map match-any marca
match access-group name jperf
- Associa a marcac¸a˜o dos pacotes.
class-map match-all identifica
match ip dscp 46
Criada a classe foram criadas duas polı´ticas um que vai marcar o trafego previamente
classificado e a outra vai aplicar a priorizac¸a˜o de trafego escolhida.
- Marca o pacote com o valor 46 que corresponde ao valor EF como pode ser observado
na tabela 2.
policy-map qos_marca
class marca
set ip dscp 46
- Prioriza o trafego identificado na classe em 70 Mbp/s
policy-map qos_prio
class identifica
priority 70000 (Em Kbp/s)
Na interface local do roteador, por onde entra o tra´fego a ser priorizado, aplica-se a
polı´tica de marcac¸a˜o dos pacotes.
service-policy input qos_marca
Na interface de saı´da, aplicam-se as polı´ticas de priorizac¸a˜o do tra´fego.
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 cena´rio na˜o foi
priorizado o trafego de nenhum servic¸o, neste caso foi limitado todo o trafego de um
host.
Figura 5. Cena´rio do teste
Neste teste foi transferido um arquivo de um host para o outro para se verificar o
funcionamento do QoS.
5.2.1. Configurac¸a˜o do roteador
Foi criada uma ACL para marcar todo trafego que sera´ limitado, no caso o ip 192.168.0.10
e´ do host ’PC0’.
ip access-list extended teste
permit ip host 192.168.0.10 any
permit ip any host 192.168.0.10
Criando uma classe para ligar a marcac¸a˜o com a ACL.
class-map match-any User
match access-group name teste
Tambe´m foi criada uma polı´tica para limitar a banda em 256 Kbp/s.
policy-map qos
class User
police rate 256000
Depois foi aplicada a polı´tica na interface.
Interface FastEthernet0/0
ip address 192.168.0.1 255.255.255.0
no shutdown
service-policy output qos
5.3. Priorizando o trafego de servic¸os
Foi utilizado neste cena´rio dois roteadores Cisco 1841 onde o Router1 apenas faz a
marcac¸a˜o dos pacotes e o Router0 aplica as polı´ticas de QoS, mais treˆs hosts foram
utilizados como clientes de servic¸os disponibilizados pelo servidor Sever0 para verificar
o funcionamento do QoS nos roteadores.
Figura 6. Cena´rio do teste com servic¸os
Neste teste foi iniciada uma transfereˆncia de arquivos entre Server0 e PC1, enquanto
ocorria a transfereˆncia foi feita uma ligac¸a˜o (VOIP) entre o PC2 e PC0 que tambe´m
estabelecia uma conexa˜o por SSH no Servidor.
Inicialmente na˜o havia nenhuma configurac¸a˜o em relac¸a˜o a QoS nos roteadores,
enta˜o pode se verificar que a ligac¸a˜o VOIP ficou pe´ssima com falhas e cortes na voz e
o terminal do SSH no PC2 ficou com a resposta lenta, um simples comando para listar
direto´rios demorou a retornar resultados.
Depois de aplicadas as configurac¸o˜es referentes a QoS nos roteadores pode se observar
que a velocidade da transfereˆncia de arquivos ficou com o valor bem pro´ximo a velocidade
que foi definida na configurac¸a˜o, a ligac¸a˜o VoIP teve uma boa qualidade na conversac¸a˜o
e o acesso via SSH na˜o estava mais lento como antes.
5.3.1. Configurac¸a˜o dos roteadores
- Router 0
Este roteador ficou encarregado de fazer apenas fazer a marcac¸a˜o dos pacotes.
- Router 1
Este roteador aplica apenas as regras estabelecidas em sua configurac¸a˜o dividindo cada
porc¸a˜o de banda para seu determinado Servic¸o.
6. Conclusa˜o
Este trabalho que teve como objetivo demonstrar a importaˆncia da utilizac¸a˜o de QoS
em uma rede e a implantac¸a˜o desta te´cnica em roteadores Cisco, foram feitos testes em
laborato´rio onde o cena´rio simulado tinha a necessidade de que fosse priorizado o trafego
de VOIP e SSH, com a aplicac¸a˜o de QoS foi resolvido os problemas com estes servic¸os.
Conclui-se que com isso foi possı´vel verificar a necessidade da aplicac¸a˜o de QoS e que
essa te´cnica resolve em muitos casos a necessidade da aquisic¸a˜o de mais banda apenas
classificando o trafego rede.
7. Refereˆncias
[1]Considerac¸o˜es acerca do estabelecimento de QoS no RNP2.
Disponı´vel em: http://www.rnp.br
[2]RFC 4594 (Configuration Guidelines for DiffServ Service Classes).
Disponı´vel em: http://tools.ietf.org
[3]QoS (Qualidade de Servic¸o) - parte I.
Disponı´vel em: http://blog.ccna.com.br
[4]QoS (Qualidade de Servic¸o) - parte II.
Disponı´vel em: http://blog.ccna.com.br
[5]Cisco(Comparing the bandwidth and priority Commands of a QoS Service
Policy)
Disponı´vel em: http://www.cisco.com
	Introdução
	Conceitos técnicos
	Roteador
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	ACL
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	Jperf
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	 Tipos de QoS
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	 MPLS 
	Trabalho proposto
	Cenário proposto
	Testes realizados
	Teste de marcação de pacotes
	Configuração do roteador
	Reduzindo a banda de um host especifico
	Configuração do roteador
	Priorizando o trafego de serviços 
	Configuração dos roteadores
	Conclusão
	Referências