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Medindo o Atraso, a Variação e a Perda de Pacote com o SAA e o RTTMON do Cisco IOS

3 Abril 2008 - Tradução Manual
Outras Versões: Versão em PDFpdf | Tradução por Computador (29 Julho 2013) | Inglês (25 Outubro 2005) | Feedback


Índice

Introdução
Medindo o Atraso, a Variação e a Perda de Pacote em Redes de Dados Habilitadas para Voz
     A Importância de Medir o Atraso, a Variação e a Perda de Pacote
     Definindo Atraso, Variação e Perda de Pacote
     SAA e RTTMON
Implantando Roteadores de Agente de Atraso e Variação
     Onde Implantar
     Chamada de Voz Simultânea
     Exemplo de Implantação da Prova de Atraso e Variação
Exemplo de Levantamento de Dados
     Tabela de MIB de Pesquisa
Monitoramento Proativo de Limiares
     Comando do Limiar de SAA
     Alarme e Evento de RMON
Apêndice
     Cálculos de Variação em Provas de Variação e Atraso de SAA da Cisco
     Configurações de Software e Hardware do Roteador de Prova de Atraso e Variação
Discussões relacionadas da comunidade de suporte da Cisco
Informações Relacionadas

Introdução

Este documento descreve métodos para medir atraso, variação e perda de pacote na rede de dados com a utilização dos recursos Cisco IOS® Service Assurance Agent (SAA) e Round Trip Time Monitor (RTTMON), bem como de roteadores da Cisco.

Medindo o Atraso, a Variação e a Perda de Pacote em Redes de Dados Habilitadas para Voz

A Importância de Medir o Atraso, a Variação e a Perda de Pacote

Com o surgimento de novos aplicativos em redes de dados, está ficando cada vez mais importante para os clientes prever com precisão o impacto de novos rollouts de aplicativo. Há pouco tempo, era fácil alocar largura de banda para aplicativos e deixar que os aplicativos se adaptassem à natureza explosiva dos fluxos de tráfego por meio das funções de expiração e retransmissão dos protocolos de camada superior. Agora, porém, os novos aplicativos, como os de voz e vídeo, são mais suscetíveis a alterações nas características de transmissão das redes de dados. Para garantir êxito, é fundamental compreender as características do tráfego da rede antes de implantar novos aplicativos.

Definindo Atraso, Variação e Perda de Pacote

Voice over IP (VoIP) é suscetível a comportamentos da rede denominados atraso e variação, que podem degradar o aplicativo de voz a ponto de torná-lo inaceitável para o usuário médio. O atraso é o tempo levado de ponto a ponto em uma rede. O atraso pode ser medido como um atraso de sentido único ou de ida e volta. Os cálculos dos atrasos de sentido único requerem mecanismos de teste sofisticados e caros e estão acima do orçamento e da experiência da maioria dos clientes. Entretanto, medir o atraso de ida e volta é mais fácil e requer um equipamento menos caro. Para obter uma medição geral do atraso de sentido único, meça o atraso de ida e volta e divida o resultado por dois. VoIP normalmente tolera atrasos de até 150 ms antes de a qualidade da chamada ser considerada inaceitável.

Variação significa a variação do atraso ao longo do tempo de ponto a ponto. Se o atraso das transmissões variar muito em uma chamada de VoIP, a qualidade da chamada será altamente degradada. A quantidade de variação tolerável nas redes é afetada pela profundidade do buffer de variação no equipamento da rede no caminho de voz. Quanto mais buffer de variação estiver disponível, mais a rede poderá reduzir os efeitos de variação.

A perda de pacote ocorre ao longo do caminho de dados, o que degrada severamente o aplicativo de voz.

Antes de implantar aplicativos VoIP, é importante avaliar o atraso, a variação e a perda de pacote na rede de dados para determinar se os aplicativos de voz funcionam. As medições de atraso, variação e perda de pacote podem, portanto, auxiliar no desenho e na configuração correta da priorização de tráfego, bem como nos parâmetros de buffer do equipamento da rede de dados.

SAA e RTTMON

Os recursos SAA e RTTMON MIB estão disponíveis no Cisco IOS Software, nas versões 12.0(5)T e posteriores. Esses recursos permitem testar e coletar estatísticas de atraso, variação e perda de pacote na rede de dados. O Internetwork Performance Monitor (IPM) é um aplicativo de gerenciamento de redes da Cisco que pode configurar os recursos e monitorar os dados de SAA e RTTMON. Os recursos SAA e RTTMON podem ser usados para medir atraso, variação e perda de pacote implantando pequenos roteadores Cisco IOS como agentes para simular estações finais do cliente. Os roteadores são denominados provas de atraso e variação. Além disso, as provas de atraso e variação poderão ser configuradas com alarme de monitoramento remoto (RMON) e disparadores de evento quando os valores de linha de base forem determinados. Isso permite que as provas de atraso e variação monitorem a rede quanto a níveis de serviço de atraso e variação predeterminados e alertem as estações do sistema de gerenciamento de redes (NMS) quando um limite for excedido.

Implantando Roteadores de Agente de Atraso e Variação

Onde Implantar

O atraso e a variação podem ser medidos pela implantação de roteadores Cisco 17xx ou posteriores com código do Cisco IOS Software versão 12.05T ou posterior e pela configuração de recursos SAA do Cisco IOS. Os roteadores devem ser colocados nas redes do campus, ao lado dos hosts. Isso fornece estatísticas para conexões de ponta a ponta. Como não é prático medir cada possível caminho de voz da rede, colocar as provas em locais típicos de hosts fornece uma amostragem estatística de caminhos de voz típicos. Estes são alguns exemplos:

  • um caminho campus-to-campus local

  • um caminho local campus-to-remote via circuito Frame Relay de 384 kbs

  • um caminho local campus-to-remote via um circuito virtual permanente (PVC) ATM

No caso de implantações de VoIP feitas com o uso de telefones tradicionais conectados a roteadores Cisco que usam as portas Estação de Câmbio Internacional (FXS), use o roteador conectado aos telefones como provas de atraso e variação. Depois de implantada, a prova coleta estatísticas e preenche as tabelas MIB do Simple Network Management Protocol (SNMP) no roteador. Em seguida, os dados podem ser acessados por meio do aplicativo Cisco IPM ou de ferramentas de pesquisa SNMP. Além disso, depois que os valores da linha de base forem estabelecidos, o SAA poderá ser configurado para enviar alertas a uma estação NMS, se os limiares de atraso, variação e perda de pacote forem excedidos.

Chamada de Voz Simultânea

Uma das vantagens de usar o SAA como mecanismo de teste é a possibilidade de simulação de uma chamada de voz. Por exemplo, imagine que deseje simular uma chamada de voz do G.711. Você sabe que ele usa portas RTP/UDP 14384 e superiores, tem aproximadamente 64 kb/s e o tamanho do pacote é de 200 bytes {(160 bytes de payload + 40 bytes para IP/UDP/RTP (descompactados)}. Você pode simular esse tipo de tráfego configurando a Prova de Variação/Atraso do SAA como mostrado abaixo.

A operação de variação precisa fazer o seguinte:

  • Enviar a solicitação para o a porta RTP/UDP número 14384.

  • Enviar pacotes de 172 bytes (160 de payload + tamanho do cabeçalho do RTP de 12 bytes + 28 bytes (IP + UDP).

  • Enviar 3000 pacotes para cada ciclo de freqüência.

  • Enviar cada pacote com 20 milissegundos de diferença por uma duração de 60 segundos e descansar 10 segundos antes de iniciar o próximo ciclo de freqüência.

Esses parâmetros fornecem 64 kb/s por 60 segundos.

  • ((3000 datagramas * 160 bytes por datagrama)/ 60 segundos)) * 8 bits por byte = 64 kb/s

A configuração do roteador é a seguinte:

rtr 1
type jitter dest-ipaddr 172.18.179.10 dest-port 14384 num-packets 3000+
request-data-size 172*
frequency 70
rtr schedule 1 life 2147483647 start-time now

Observação: IP+UDP não é considerada no tamanho dos dados solicitados quando o roteador os adiciona de forma automática ao lado internamente.

Observação: Atualmente, o Cisco IOS suporta apenas 1000 pacotes por operação. Este limite pode ser aumentado em uma versão futura.

Exemplo de Implantação da Prova de Atraso e Variação

Os roteadores do exemplo a seguir simulam chamadas de voz de 60 segundos a cada 60 segundos e registram atraso, variação e perda de pacotes nas duas direções.

Observação: Os cálculos de atraso são feitos em ida e volta e devem ser divididos por dois para que se obtenha o atraso de sentido único.

saa-1.gif

saarouter1#
rtr responder
rtr 1
type jitter dest-ipaddr 172.18.179.10 dest-port 14384 num-packets 1000
request-data-size 492
frequency 60
rtr schedule 1 life 2147483647 start-time now

saarouter2#
rtr responder
rtr 1
type jitter dest-ipaddr 172.18.178.10 dest-port 14385 num-packets 1000
request-data-size 492
rtr schedule 1 life 2147483647 start-time now

saarouter3#
rtr responder
rtr 1
type jitter dest-ipaddr 172.18.179.100 dest-port 14385 num-packets 1000
request-data-size 492
frequency 60
rtr schedule 1 life 2147483647 start-time now

saarouter4#
rtr responder
rtr 1
type jitter dest-ipaddr 172.18.178.100 dest-port 14385 num-packets 1000
request-data-size 492
frequency 60
rtr schedule 1 life 2147483647 start-time now

Exemplo de Levantamento de Dados

Tabela de MIB de Pesquisa

As provas de atraso e variação começam a coletar dados que são colocados em tabelas MIB de SNMP. A tabela rttMonStats fornece uma média de uma hora de todas as operações de variação da última hora. A tabela rttMonLatestJitterOper fornece os valores da última operação concluída. Para estatísticas gerais de atraso e variação, pesquise a tabela rttMonStats a cada hora. Para obter estatísticas mais granulares, pesquise a tabela rttMonLatestJitterOper em um nível de freqüência mais alto que a operação de variação. Por exemplo, se a prova de atraso e variação for calcular a variação a cada cinco minutos, não pesquise a MIB em nenhum intervalo inferior a cinco minutos.

A tela a seguir mostra dados da rttMonJitterStatsTable levantados em uma pesquisa MIB do Gerenciador de Nó de Rede OpenView da HP.

saa-2.gif

Exemplo de Relatório do SAA

O gráfico dos dados de SAA a seguir é uma combinação de pontos de dados de perda de pacote, variação e atraso por um período de oito horas para um par de provas de atraso e variação.

saa-3.gif

Exemplos de Dados da Linha de Comando

Os dados também pode ser exibidos com o comando show do Cisco IOS na linha de comando das provas de atraso e variação. Um script Perl Expect pode ser usado para reunir dados da linha de comando e exportá-los para um arquivo de texto para futura análise. Além disso, os dados da linha de comando também podem ser usados para monitoramento em tempo real e solução de problemas de atraso, variação e perda de pacote.

O exemplo a seguir mostra a saída de comando do comando show rtr collection-stats no roteador saarouter1.

#show rtr collection-stats 100

Collected Statistics

Entry Number: 100
Target Address: 172.16.71.243, Port Number: 16384
Start Time: 13:06:04.000 09:25:00 Tue Mar 21 2000
RTT Values:
NumOfRTT: 600   RTTSum: 873     RTTSum2: 1431
Packet Loss Values:
PacketLossSD: 0 PacketLossDS: 0
PacketOutOfSequence: 0  PacketMIA: 0    PacketLateArrival: 0
InternalError: 0        Busies: 0
Jitter Values:
MinOfPositivesSD: 1     MaxOfPositivesSD: 1
NumOfPositivesSD: 23    SumOfPositivesSD: 23    Sum2PositivesSD: 23
MinOfNegativesSD: 1     MaxOfNegativesSD: 1
NumOfNegativesSD: 1     SumOfNegativesSD: 1     Sum2NegativesSD: 1
MinOfPositivesDS: 1     MaxOfPositivesDS: 1
NumOfPositivesDS: 7     SumOfPositivesDS: 7     Sum2PositivesDS: 7
MinOfNegativesDS: 1     MaxOfNegativesDS: 1
NumOfNegativesDS: 18    SumOfNegativesDS: 18    Sum2NegativesDS: 18

Entry Number: 100
Target Address: 172.16.71.243, Port Number: 16384
Start Time: 14:06:04.000 09:25:00 Tue Mar 21 2000
RTT Values:
NumOfRTT: 590   RTTSum: 869     RTTSum2: 1497
Packet Loss Values:
PacketLossSD: 0 PacketLossDS: 0
PacketOutOfSequence: 0  PacketMIA: 0    PacketLateArrival: 0
InternalError: 0        Busies: 0
Jitter Values:
MinOfPositivesSD: 1     MaxOfPositivesSD: 1
NumOfPositivesSD: 29    SumOfPositivesSD: 29    Sum2PositivesSD: 29
MinOfNegativesSD: 1     MaxOfNegativesSD: 1
NumOfNegativesSD: 7     SumOfNegativesSD: 7     Sum2NegativesSD: 7
MinOfPositivesDS: 1     MaxOfPositivesDS: 1
NumOfPositivesDS: 47    SumOfPositivesDS: 47    Sum2PositivesDS: 47
MinOfNegativesDS: 1     MaxOfNegativesDS: 1
NumOfNegativesDS: 5     SumOfNegativesDS: 5     Sum2NegativesDS: 5

Monitoramento Proativo de Limiares

Há várias formas de monitorar os níveis de atraso, variação e perda de pacote na rede, depois que os valores da linha de base são estabelecidos pela coleta inicial de dados. Um dos métodos é usar o comando threshold do SAA: Outra é usar um recurso no código da linha principal do Cisco IOS chamado Alarme e Evento de RMON.

Comando do Limiar de SAA

O comando threshold do conjunto de recursos do SAA define a elevação do limiar (hysteresis) que gera um evento de reação e armazena informações do histórico da operação. A configuração de limiar de SAA a seguir da prova de atraso e variação permite o monitoramento da variação e cria uma armadilha de SNMP na violação de um limiar de 5 ms.

saarouter1#
rtr 100
rtr reaction-configuration 100 threshold-falling 5 threshold-type immediate

Alarme e Evento de RMON

As provas de atraso e variação monitoram limiares predeterminados usando recursos de SAA do Cisco IOS ou o método de alarme e evento de RMON do Cisco IOS. Nos dois casos, o roteador monitora o atraso, a variação e a perda de pacote e, em seguida, alerta as estações NMS sobre as violações de limiar por meio de armadilhas de SNMP.

A configuração da armadilha de alarme e evento de RMON a seguir faz com que o saarouter1 fere uma armadilha de SNMP se a elevação do limiar exceder o tempo máximo de ida e volta de 140 ms. Ela também envia outra armadilha quando o tempo máximo de ida e volta cair abaixo de 100 ms. A armadilha é então enviada ao registro no roteador, bem como à estação NMS 172.16.71.19.

saarouter1#
rmon alarm 10 rttMonJitterStatsRTTMax.100.120518706 1 absolute rising-threshold 140 100 falling-threshold 100 101 owner jharp
rmon event 100 log trap private description max_rtt_exceeded owner jharp
rmon event 101 log trap private description rtt_max_threshold_reset owner jharp

Apêndice

Cálculos de Variação em Provas de Variação e Atraso de SAA da Cisco

Variação significa a variação na latência de sentido único e é calculada com base no envio e no recebimento de marcações de data e hora de pacotes enviados consecutivamente.

Marcação de Data e Hora

Remetente

Respondendor

T1

send pkt1

 

T2

 

recv pkt1

T3

 

send back reply for pkt1

T4

recv reply for pkt1

 

T5

send pkt2

 

T6

 

recv pkt2

T7

 

send back reply for pkt2

T8

recv reply for pkt2

 

Para o pacote 1 e o pacote 2 acima, use os seguintes cálculos de origem e destino:

  • Variação da origem ao destino (JitterSD) = (T6-T2) - (T5-T1)

  • Variação do destino à origem (JitterDS) = (T8-T4) - (T7-T3)

A variação é calculada com marcações de data e hora em cada dois pacotes consecutivos. Por exemplo:

Router1 send packet1 T1 = 0
Router2 receives packet1 T2 = 20 ms
Router2 sends back packet1 T3 = 40 ms
Router1 receives packet1 response T4 = 60 ms
Router1 sends packet2 T5 = 60 ms
Router2 receives packet2 T6 = 82 ms
Router2 sends back packet2 T7 = 104 ms
Router1 receives packet2 response T8 = 126 ms

Jitter from source to destination (JitterSD) = (T6-T2) - (T5-T1)
Jitter from source to destination (JitterSD) = (82 ms - 20 ms) - (60 ms - 0 ms) = 2 ms positive jitter SD

Jitter from destination to source (JitterDS) = (T8-T4) - (T7-T3)
Jitter from destination to source (JitterDS) = (126 ms - 60 ms) - (10 4ms - 40 ms) = 2 ms positive jitter DS 

Configurações de Software e Hardware do Roteador de Prova de Atraso e Variação

  • CISCO1720 — Roteador modular 10/100Base com dois slots de WAN e Cisco IOS IP Software.

  • MEM1700-16U24D — Cisco 1700 16 MB a 24 MB DRAM com atualização de fábrica

  • MEM1700-4U8MFC — Cisco 1700 4 MB a 8 MB Míni Cartão Flash com atualização de fábrica

  • CAB-AC — Cabo de alimentação, 110V

  • S17CP-12.1.1T — Cisco 1700 IOS IP PLUS


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