QoS - Part 3

CASE STUDY TRIỂN KHAI AUTOQoS VoIP

Những đặc điểm của một giải pháp QoS xuyên suốt (đầu cuối - đầu cuối) mạnh mẽ cho lưu thông VoIP:

Sự áp đặt chính sách xuyên suốt (Đầu cuối - đầu cuối Policy Enforcement): QoS phải được áp dụng xuyên suốt. Vì vậy, chính sách này phải độc lập với platform, thiết bị và môi trường truyền thông khi hoạt động ở Layer 3 và những layer bên trên để đảm bảo tính năng hoạt động xuyên suốt trên những thiết bị mạng khác nhau như: router, switche, firewall, access server, gateway và trên những loại đường truyền khác nhau như: ATM, FR, Ethernet.

Đa thông số (Multiple Parameters): Các chính sách QoS phải dựa trên cách thức được sử dụng của mạng. Những thiết bị phải có được khả năng linh hoạt để sử dụng và áp đặt QoS dựa trên những thông số tương ứng với những thông số của chính sách QoS mà nhà quản trị mạng đề ra nhằm phân loại các luồng lưu thông dựa vào: địa chỉ IP hay MAC, loại ứng dụng, thời gian trong ngày, vị trí bên trong mạng hoặc có thể sử dụng kết hợp những thông số trên.
Điều khiển tập trung (Centralized Control): Chính sách áp đặt QoS dựa theo mạng thường mang đến sự triển khai và áp đặt chính sách một cách đồng nhất.
Những công cụ QoS tinh vi (Sophisticated QoS Tools): Có rất nhiều các thành phần mạng và các thông số khác nhau được yêu cầu để có thể triển khai và áp dụng chính sách policy xuyên suốt. Đó là một tập hợp những công cụ liên quan đến cấu hình QoS bao gồm: Cisco AutoQoS, QoS Policy Manager và Cisco Class-Based QoS MIB có đầy đủ các tính năng để một nhà quản trị mạng có thể xây dựng hệ thống mạng một cách hiệu quả như mong muốn.

CASE STUDY

Hình 131.

NHỮNG YÊU CẦU QOS GIÀNH CHO LAN:
1. Nhận biết ranh giới tin cậy và ranh giới tin cậy mở rộng.
2. Đánh dấu lưu thông dựa trên sự phân loại.
3. Định nghĩa ra những ánh xạ của CoS sang DSCP và IP precedence sang DSCP.
4. Ánh xạ những giá trị CoS thành những hàng đợi đi ra khác nhau.
5. Cấu hình kích thước hàng đợi và những trọng số Weighted Round Robin (WRR).
6. Định nghĩa ra CoS để ánh xạ hàng đợi đi ra.
7. Cấu hình QoS trên mỗi port.

NHỮNG YÊU CẦU QoS DÀNH CHO WAN:
1. Nhận biết những ứang dụng và giao thức quan tâm (tin cậy hoặc không tin cậy).
2. Đánh dấu lại lưu thông dựa trên phân loại của MQC QoS.
3. Định nghĩa ra số lượng class.
4. Định nghĩa ra phương pháp xếp hàng cần kích hoạt.
5. Những yêu cầu băng thông của mỗi class để QoS thỏa mãn những nhu cầu của voice và băng thông đảm bảo cho các lưu thông khác.
6. Vận chuyển những tính năng QoS chuyên biệt:

• Định hình lưu lượng (Traffic shaping)
• Gom kênh PPP (MLPPP)
• Cài đặt các thông số hàng đợi cứng (TX-ring setting)

7. Những tính năng QoS chuyên biệt trên những đường truyền băng thông thấp (<>

Cơ chế nén RTP header (RTP header compression)

Cài đặt cơ chế phân mảnh dữ liệu (MLP/LFI hay FRF.12)

8. Cài đặt các cơ chế cảnh báo và sự kiện dùng cho mục đích giám sát.

TRIỂN KHAI QOS CHO LƯU THÔNG VOIP SỬ DỤNG AUTOQOS

Hình 132.

Việc triển khai QoS tối ưu và xuyên suốt giành cho lưu thông VoIP có thể dễ dàng thực hiện bằng Cisco AutoQoS như hình 132.


Cisco AutoQoS thực hiện việc triển khai QoS theo yêu cầu chỉ qua 3 bước:

• Chỉ định cấu hình theo mô hình dùng lại giá trị đánh dấu (Trust) / không dùng lại giá trị đánh dấu (Untrust).
• Cấu hình thông số băng thông (bandwidth) trên cổng chính hay cổng phụ (Sub-interface).
• Đặt địa chỉ IP

NHỮNG YÊU CẦU QoS GIÀNH CHO LAN ĐƯỢC GIẢI QUYẾT BỞI AUTOQoS:

• Một câu lệnh kích hoạt Cisco AutoQoS giành cho VoIP trong LAN (cung cấp hỗ trợ Cisco IP phone và Cisco softphone).
• Những thông số QoS cấu hình tự động và hiệu suất tối ưu giành cho voice dựa trên những đề cử thực tiễn nhất của Cisco, những thực nghiệm lab mở rộng và những thông tin phản hồi từ những khách hàng cài đặt AVVID.
• Định nghĩa ra những thiết lập ranh giới tin cậy và ranh giới tin cậy mở rộng một cách tự động
• Sự tin cậy bị mất đi khi IP phone bị tháo ra.
• Cấu hình ánh xạ từ CoS sang DSCP và hàng đợi.
• Định nghĩa ra những cấu hình PQ và WRR tối ưu cho các cổng tham gia VLAN động, tĩnh hay thuộc VLAN thoại và trunk các đường trung kế.

NHỮNG YÊU CẦU QoS DÀNH CHO WAN ĐƯỢC GIẢI QUYẾT BỞI AUTOQoS:

• Đơn giản hóa việc cấu hình QoS cho VoIP (chỉ một câu lệnh để kích hoạt Cisco QoS giành cho VoIP).
• Sự đơn giản hóa, sự tự động hóa và sự phân loại thông minh, sự phát sinh và phân phối chính sách, giám sát được thực hiện xuyên suốt.
• Phân loại lưu thông mang VoIP lưu thông tín hiệu (H.323, Skinny, SIP và MGCP).
• Sự phân phối dựa trên những đề cử thực tiễn nhất của Cisco.
• Sự phát sinh chính sách thông minh
  • Dựa trên băng thông có sẵn và cơ sở công nghệ Layer 2 bên dưới.
  • Kích hoạt cơ chế nén IP RTP header khi cần thiết.
  • Kích hoạt FRTS khi cần thiết.
  • Quyết định cơ chế phân mảnh (fragmentation) (FRF.12, MLP/LFI) khi cần thiết.
  • Hỗ trợ trên những đường truyền FR, ATM, HDLC, PPP và FR-ATM.

• Cung cấp những báo động RMON nếu gói tin VoIP bị rớt.

VẤN ĐỀ QUẢN LÝ MẠNG
Cisco AutoQoS cung cấp những chính sách QoS đến từng routers và switches. CiscoWorks QoS Policy Manager (QPM) có thể được sử dụng để thiết kế QoS, quản trị và giám sát lưu thông một cách tập trung đối với những triển khai QoS giành cho voice, video và dữ liệu rộng lớn.
Kết hợp với tính năng thông minh của hệ thống mạng Cisco, công cụ quản lý QPM chứa công cụ hướng dẫn từng bước quá trình cài đặt QoS cho mạng thoại, công cụ giám sát lưu thông thoại, những bảng báo cáo các thiết bị sử dụng thoại trong mạng (bao gồm các thiết bị có yêu cầu phần mềm hay phần cứng cần hỗ trợ QoS cho thoại) và công cụ kiểm toán. Công cụ hỗ trợ cấu hình IP telephony bằng giao diện có thể nhận biết những điểm tiềm năng trong mạng (interface của thiết bị) cần triển khai QoS và lựa chọn những chính sách QoS phù hợp để gán cho từng interface trên đường đi của thoại. QPM chứa một thư viện bảng mẫu những chính sách QoS và những đặc tính giành cho thoại được định nghĩa dựa trên những đề nghị của việc thiết kế Cisco IP telephony. Người dùng có thể dễ dàng hiệu chỉnh những bảng mẫu được định trước hay gán lại chính sách mặc định khi cần thiết để phù hợp với hệ thống của tổ chức.
QPM hỗ trợ class-based QoS MIB cung cấp khả năng quan sát thấy được những hoạt động mạng. Người dùng có thể đo được thông lượng của lưu thông của những ứng dụng hàng đầu và những lớp dịch vụ. Người dùng còn có thể theo dõi và khắc phục sự cố bằng những thông tin tức thời hay những thông tin QoS phản hồi. Lưu thông và những trạng thái QoS được biểu diễn dưới dạng biểu đồ cột hay biểu đồ vạch trình bày rõ số lượng bit / gói tin trên mỗi giây, mỗi interface hay mỗi chính sách. QPM cho phép người dùng xem biểu đồ trước và sau khi triển khai QoS, xem những chính sách hay những bộ lọc lưu thông và kết quả của mỗi chính sách QoS.
QPM cho phép người dùng xem được:

• Những trạng thái tương ứng với những chónh sách hay bộ lọc lưu thông, bao gồm luôn cả bộ lọc Cisco IOS NBAR.
• Tốc độ lưu thông trước và sau những hành động của chính sách QoS, lưu thông truyền đi sau những hành động của chính sách QoS và những lưu thông bị rớt bởi chính sách QoS loại bỏ lưu thông đó.
• Những trạng thái hành động của QoS: WRED, cơ chế khống chế lưu lượng, cơ chế định hình lưu lượng và cơ chế hàng đợi.

CISCO AUTOQoS DATA SHEET

Cisco AutoQoS là một cuộc cách mạng công nghệ làm đơn giản những thử thách đối với người quản trị bằng cách giảm đi sự phức tạp, thời gian, cũng như chi phí triển khai QoS trong mạng doanh nghiệp. Cisco AutoQoS kết hợp sự thông minh (value-added intelligence) trong IOS và Catalyst OS để cung cấp và quản lý các triển khai QoS ở mức độ lớn.

Giai đoạn đầu tiên của Cisco AutoQoS cung cấp khả năng thực hiện tự động các triển khai QoS cho VoIP đối với các khách hàng muốn sử dụng IP Telephony nhưng thiếu chuyên gia và/hoặc đội ngũ để thiết kế và triển khai IP QoS và IP services.
Khách hàng có thể cung cấp dễ dàng và quản trị thành công một dự án triển khai QoS bằng cách kết hợp Cisco AutoQoS với CiscoWorks QoS Policy Manager (QPM). AutoQoS cung cấp QoS cho từng router và switch, làm đơn giản việc thực hiện và giảm thiểu những sai sót so với khi QoS được thực hiện bởi người quản trị. QPM cho phép thiết kế, quản trị và giám sát lưu lượng một cách tập trung, đồng thời cho phép mở rộng triển khai QoS cho mạng lớn hơn.

Tổng quan về triển khai QoS

• Cisco AutoQoS làm đơn giản và ngắn gọn quy trình triển khai QoS. Có 5 công đoạn chính để thực hiện thành công một quy trình triển khai QoS:
• Phân loại ứng dụng (Application classification)
• Đưa ra chính sách (Policy generation)
• Cấu hình (Configuration)
• Giám sát và báo cáo (Monitoring & reporting)
• Nhất quán (Consistency)

Mỗi công đoạn đều là một thử thách đối với quản trị viên.
Phân loại ứng dụng
Bước đầu tiên trong triển khai QoS là nhận diện và phân loại traffic trên mạng do các ứng dụng tạo ra. Thông thường, người ta dùng ACL để nhận diện các loại traffic. ACL sử dụng các thông tin lớp 3 (IP address) và lớp 4 (TCP/UDP port) để thực hiện công việc này. Tuy nhiên, nếu chỉ sử dụng ACL để triển khai QoS thì sẽ nhanh chóng làm tăng số lượng và kích thước ACL cần thiết cho toàn mạng. Hơn nữa, ACL không thể dễ dàng nhận diện tất cả các ứng dụng được (ví dụ có nhiều loại lưu lượng HTTP).
Đưa ra chính sách
Phát triển các chính sách QoS ban đầu luôn là thử thách đối với khách hàng do họ phải cân đối các tham số trong chính sách QoS (băng thông, trễ, jitter và mất gói) để đạt được hiệu suất của các ứng dụng chạy trong mạng. Cisco QoS cấp quyền cho quản trị viên được đặt ra các chính sách để phân phối hiệu suất cho các ứng dụng trong mạng theo yêu cầu có trước, tuy vậy, nhiều khách hàng vẫn thiếu kinh nghiệm ngay tại điểm bắt đầu đặt ra chính sách cho QoS.
Cấu hình
Các thiết bị mạng cần được lập trình chính xác với các tính năng và thông số để thực thi chính sách. Mặc dù QoS có nhiều tính năng, thế nhưng việc xử lý các thực thi hiệu quả thì lại tốn nhiều thời gian. Nếu không có sự tự động, việc cấu hình QoS sẽ trở thành thách thức lớn.
Giám sát và báo cáo
Khách hàng thường bị “ngập đầu” bởi một số lượng dữ liệu khổng lồ nhưng lại chứa rất ít thông tin liên quan để nhận biết nguyên nhân của một vấn đề cụ thể hay một xu hướng quan trọng nào đó (ví dụ, mẫu lưu lượng hay một số ngoại lệ). Lấy được thông tin chính xác có thể gây ra tốn kém rất lớn và thường kết quả lấy được lại quá chậm trễ so với yêu cầu. Một ví dụ điển hình là tìm một ai đó trên mạng (xác định địa chỉ IP hay người sử dụng nào đó) sẽ gây nghẽn hoặc tạo ra một tải bất thường trên đấu nối. Nếu không có sự tự động, việc thiết lập một quá trình giám sát hiệu quả thường phải trải qua nhiều tháng.
Nhất quán
Khách hàng phải đối mặt với việc đồng bộ hay nhất quán các chính sách QoS trên nhiều loại thiết bị trong mạng như IP phone, switch, router. Các thiết bị và các hãng khác nhau thường có những triển khai QoS riêng, điều này thực sự gây khó khăn cho quản trị viên.

1. CISCO AUTOQoS: MỘT MÔ HÌNH MỚI TRONG VIỆC ĐƠN GIẢN HÓA CÁC TRIỂN KHAI QoS
Cisco AutoQoS đưa ra một mô hình mới để tự động hóa quá trình phân phối QoS trong mạng. Nó cung cấp một giải pháp thông minh và làm ngắn gọn chu trình triển khai QoS so với trước đây.
Khách hàng có thể sử dụng AutoQoS để:

• Có một bước khởi đầu nhanh chóng trong việc triển khai QoS.
• Tự động triển khai các tình huống thường gặp nhất.
• Nhận diện và phân loại các ứng dụng.
• Thiết lập các điều kiện để cảnh báo.

Cisco AutoQoS chỉ ra các yếu tố chính của mô hình đầu cuối - đầu cuối QoS, sử dụng kinh nghiệm nhiều năm của các chuyên gia, sử dụng các kết quả thử nghiệm trong nhiều năm liên tục và dữ liệu đưa vào từ một nguồn rộng lớn của mạng AVVID của khách hàng để xác định cấu hình QoS tối ưu trong triển khai QoS cho VoIP.

Cisco AutoQoS – Đơn giản hóa triển khai QoS
Cisco AutoQoS chỉ ra 5 yếu tố quan trọng khi triển khai QoS.
Phân loại ứng dụng
Cisco AutoQoS sử dụng một kiểu phân loại thông minh trên router bằng cách dùng NBAR để cung cấp việc kiểm tra gói chi tiết và theo trạng thái (deep and stateful packet inspection). Cisco AutoQoS dùng CDP cho các gói tin thoại, đảm bảo là thiết bị đang gắn trong mạng thực sự là một IP phone.
Đưa ra chính sách
Cisco AutoQoS tính toán môi trường mạng và đưa ra một chính sách QoS ban đầu. Nó tự động xác định các thiết lập trên kết nối WAN như phân mảnh (fragmentation), nén (compression), đóng gói (encapsulation) và các thiết lập trong môi trường Frame-Relay. Nó loại bỏ hoàn toàn việc cần thiết phải hiểu lý thuyết về QoS cũng như việc cần thiết phải trải qua thực tế thiết kế QoS. Khách hàng có thể hiệu chỉnh các chính sách ban đầu để đạt được yêu cầu của họ.
Phiên bản đầu tiên của Cisco AutoQoS cung cấp tính năng AutoQoS-VoIP để tự động thiết lập QoS cho VoIP. Tính năng này tự động cấu hình interface, policy map, class map và ACL. AutoQoS sẽ tự động sử dụng Cisco NBAR để phân loại lưu lượng thoại và đánh dấu nó bằng giá trị DSCP tương ứng. AutoQoS-VoIP có thể lập trình để tin tưởng (trust) vào giá trị DSCP đã đánh dấu.
Cấu hình
Chỉ bằng 1 lệnh, Cisco AutoQoS tự động cấu hình port dành riêng cho traffic voice mà không ảnh hưởng đến các lưu lượng khác, đồng thời vẫn cho phép linh hoạt hiệu chỉnh QoS cho mạng cụ thể.
Cisco AutoQoS không chỉ tự động phát hiện IP phone và cấu hình QoS mà còn tự động tắt QoS đi khi thiết bị dời đi nơi khác, tránh các hoạt động có mục đích xấu.
Giám sát và báo cáo
Cisco AutoQoS cho phép nhìn thấy bên trong các lớp dịch vụ bằng cách sử dụng các bẫy (trap) của SNMP và system logging, thông báo về những sự kiện bất thường (ví dụ như loại bỏ gói tin thoại).
Cisco QPM dùng mạng IP thông minh để cho phép nhìn thấy sự hoạt động bên trong của mạng. Người sử dụng có thể đo đạc thông lượng cho các ứng dụng bên trên và cho cả các lớp dịch vụ bên dưới, đồng thời có thể xử lý các sự cố thời gian thực và các hồi đáp (feedback) của QoS. Các thống kê về lưu lượng và QoS có thể biểu diễn theo biểu đồ dạng đường cong hoặc biểu đồ cột, tính theo bps (bit per second) hay pps (packet per second), trên từng cổng hoặc từng chính sách cụ thể. Cisco QPM cho phép người sử dụng xem các đồ thị trước và sau khi QoS được triển khai, kết hợp với các bộ lọc lưu lượng và các chính sách, cũng như kết quả hoạt động của từng chính sách QoS.
Nhất quán
Các chính sách của Cisco AutoQoS được thiết kế để hoạt động trên các thiết bị Cisco sao cho có hiệu quả và nhất quán từ đầu đến cuối.
Cisco QPM cho phép user thấy được:

• Các thống kê khớp với chính sách và bộ lọc cụ thể, bao gồm cả bộ lọc NBAR.
• Tốc độ lưu lượng trước khi áp dụng các chính sách QoS, lưu lượng được truyền sau khi áp dụng chính sách và lưu lượng bị loại bỏ.
• Thống kê các hoạt động của QoS: WRED, khống chế lưu lượng, định hình lưu lượng, cơ chế hàng đợi.

2. TÍNH NĂNG VÀ LỢI ÍCH
Cisco AutoQoS đơn giản hóa việc triển khai và tăng tốc việc cung cấp QoS cho hạ tầng mạng Cisco. Nó giảm thiểu sai sót do con người tạo ra đồng thời giảm chi phí đào tạo cho nhân viên. Với Cisco AutoQoS-VoIP, chỉ cần 1 câu lệnh để bật tính năng QoS cho VoIP trên mọi router và switch. Người sử dụng cũng có thể hiệu chỉnh lại các thông số trong chính sách của mình để phù hợp với yêu cầu QoS cho mạng cụ thể.

Bảng 1 và 2 trình bày chi tiết các tính năng và lợi ích của Cisco AutoQoS

Bảng 1: Cisco AutoQoS cho VoIP trong mạng WAN




Bảng 2: Cisco AutoQoS cho VoIP trong mạng LAN

CiscoWorks QoS Policy Manager
Mặc dù Cisco AutoQoS cho phép người sử dụng cấu hình QoS ở mức thiết bị, các doanh nghiệp lại thường sử dụng Cisco QPM để quản lý QoS trong mạng IP của họ nhằm tiết kiệm chi phí hơn. QPM cho phép phân tích sâu, thiết kế QoS thông minh và triển khai mở rộng.


Tính năng và lợi ích của CiscoWorks QPM



Các thiết bị hỗ trợ AutoQoS

AUTOQOS – VoIP
Tính năng AutoQoS – VoIP cho phép tự động phân phối QoS trên mạng và cung cấp một phương tiện làm đơn giản việc triển khai QoS cho traffic VoIP.
Chú ý: Tính năng AutoQoS – VoIP được đưa vào bổ sung từ các phiên bản IOS 12.2(15)T
Các thiết bị hỗ trợ AutoQoS – VoIP: Cisco 2600 series, Cisco 2600 XM series, Cisco 2691, Cisco 3620, Cisco3640, Cisco 3660, Cisco3725, Cisco3745, Cisco 7200 series.

1. Những yêu cầu khi triển khai AutoQoS - VoIP
Đảm bảo rằng không có chính sách QoS nào đang được áp dụng trên interface đang đề cập. Tính năng này sẽ không có hiệu lực nếu như có một chính sách QoS đang áp dụng lên interface đó.
Để các bẫy SNMP hoạt động (dùng để giám sát), phải bật tính năng SNMP server.
2. Hạn chế đối với AutoQoS – VoIP
a. Hạn chế chung

• Tính năng AutoQoS – VoIP chỉ được hỗ trợ trên các cổng, DLCI và PVC sau:
• Cổng serial với kiểu đóng gói PPP hoặc HDLC
• Frame Relay DLCI kiểu đấu nối điểm-điểm cho cổng phụ.
• ATM PVC.
• AutoQoS – VoIP chỉ được hỗ trợ trên ATM PVC cổng phụ đấu nối điểm điểm ở tốc độ thấp. Ở tốc độ cao thì tất cả kiểu cổng phụ (sub-interface) đều hỗ trợ tính năng này.

Chú ý: ATM PVC được xem là tốc độ thấp khi băng thông bằng hoặc nhỏ hơn 768 kbps, nếu lớn hơn thì được xếp loại tốc độ cao.

• Đường đấu nối giữa Frame Relay – ATM.

b. Hạn chế về cấu hình trên cổng serial
Đối với cổng serial tốc độ thấp, Multilink PPP (MLP) sẽ được tự động cấu hình. Cổng serial phải có một địa chỉ IP. Khi MLP được cấu hình xong, địa chỉ IP này sẽ được gỡ bỏ khỏi cổng serial và được gán cho toàn bộ bó MLP. Để đảm bảo cho lưu lượng đi qua đường tốc độ thấp, phải thỏa mãn các điều kiện sau:

• AutoQoS – VoIP phải được cấu hình ở cả 2 đầu của kết nối
• Băng thông ở cả 2 đầu kết nối phải giống nhau hoàn toàn.

c. Hạn chế trên Frame Relay DLCI

• AutoQoS – VoIP không thể cấu hình trên một DLCI nếu DLCI này đã áp dụng một class map trước đó
• Khi AutoQoS – VoIP đã được cấu hình trên một cổng phụ (subinterface) thì các cổng phụ (subinterface) khác không thể cấu hình AutoQoS – VoIP nữa
• Trong trường hợp Frame Relay DLCI tốc độ thấp được sử dụng để tạo kết nối Frame Relay – ATM, MLP chạy qua đấu nối Frame Relay (MLPoFR) phải được tự động thiết lập. Subinterface phải có địa chỉ IP. Sau khi MLPoFR đã được thiết lập thì địa chỉ IP này sẽ được gán lại cho bó MLP mới. AutoQoS – VoIP phải được cấu hình trên cả 2 đầu kết nối.
• Cũng trong trường hợp Frame Relay DLCI tốc độ thấp được sử dụng để tạo kết nối Frame Relay – ATM, nếu DLCI đã cấu hình một virtual template thì AutoQoS – VoIP không thể cấu hình trên đó nữa.

d. Hạn chế trên ATM PVC

• Đối với ATM PVC tốc độ thấp, AutoQoS – VoIP không thể cấu hình nếu một virtual template đã được cấu hình trước đó.
• Đối với ATM PVC tốc độ thấp, MLPoATM được cấu hình tự động. Subinterface cũng phải có địa chỉ IP. Khi MLPoATM cấu hình xong, địa chỉ này sẽ được gán lại cho bó MLP. AutoQoS – VoIP phải được cấu hình trên cả 2 đầu kết nối.