Implementieren von Quality-of-Service-Richtlinien mit Differentiated Services Code Point

Einleitung

Dieses Dokument beschreibt, wie Sie die Differentiated Services Code Point(DSCP) -Werte in Quality of Service (QoS)-Konfigurationen auf einem Cisco Router festlegen.

Voraussetzungen

Anforderungen

Sie sollten mit den Feldern im IP-Header und in der Cisco IOS^®-CLI vertraut sein.

Verwendete Komponenten

Dieses Dokument ist nicht auf bestimmte Software- und Hardware-Versionen beschränkt.

Die Informationen in diesem Dokument beziehen sich auf Geräte in einer speziell eingerichteten Testumgebung. Alle Geräte, die in diesem Dokument benutzt wurden, begannen mit einer gelöschten (Nichterfüllungs) Konfiguration. Wenn Ihr Netzwerk in Betrieb ist, stellen Sie sicher, dass Sie die möglichen Auswirkungen aller Befehle kennen.

Konventionen

Weitere Informationen zu Dokumentkonventionen finden Sie in den technischen Tipps von Cisco zu Konventionen.

Hintergrundinformationen

Differentiated Services (DiffServ) ist ein neues Modell, bei dem der Traffic von Zwischensystemen mit relativen Prioritäten basierend auf dem Typ der Services (ToS) behandelt wird. Der in RFC 2474 und RFC 2475 definierte DiffServ-Standard ersetzt die ursprüngliche Spezifikation zur Definition der in RFC 791 beschriebenen Paketpriorität. DiffServ erhöht die Anzahl der definierbaren Prioritätsstufen, wenn Bits eines IP-Pakets neu zugewiesen werden, um es als Priorität zu markieren.

Die DiffServ-Architektur definiert das DiffServ-Feld (DS), das das ToS-Feld in IPv4 ersetzt, um PHB-Entscheidungen (Per-Hop Behavior) zur Paketklassifizierung und zu conditioning Datenverkehrsfunktionen wie metering , marking , shaping und policing zu treffen.

Die RFCs geben nicht vor, wie PHBs implementiert werden sollen. Hierfür ist der Anbieter verantwortlich. Cisco implementiert queuing  Techniken, die das PHB auf der IP-Rangfolge oder dem DSCP-Wert im IP-Header eines Pakets basieren. Basierend auf dem DSCP-Wert oder der IP-Priorität kann der Traffic einer bestimmten Serviceklasse zugeordnet werden. Pakete innerhalb einer Serviceklasse werden auf die gleiche Weise behandelt.

Differentiated Services Code Point

Die sechs wichtigsten Bits des DiffServ-Felds werden als DSCP bezeichnet. Die letzten beiden CU-Bits (Current Unused) im DiffServ-Feld wurden nicht in der DiffServ-Feldarchitektur definiert. Diese Bits werden jetzt als ECN-Bits (Explicit Congestion Notification) verwendet. Router am Netzwerk-Edge klassifizieren Pakete und markieren diese mit der IP-Priorität oder dem DSCP-Wert in einem Diffserv-Netzwerk. Andere Netzwerkgeräte im Core, die Diffserv unterstützen, verwenden den DSCP-Wert im IP-Header, um ein PHB-Verhalten für das Paket auszuwählen und die entsprechende QoS-Behandlung bereitzustellen.

Die Diagramme in diesem Abschnitt zeigen einen Vergleich zwischen dem in RFC 791 definierten ToS-Byte und dem DiffServ-Feld.

ToS-Byte

P2

P1

P0

T2

T1

T0

CU1

CU0

• IP-Priorität – drei Bit (P2 bis P0)

• Verzögerung, Durchsatz und Zuverlässigkeit – drei Bit (T2 bis T0)

• CU (Currently Unused, derzeit nicht verwendet) – zwei Bits (CU1 bis CU0)

DiffServ-Feld

DS5	DS4	DS3	DS2	DS1	DS0	ECN	ECN

• DSCP – sechs Bit (DS5 bis DS0)

• ECN – zwei Bit

Das standardisierte DiffServ-Feld des Pakets ist mit einem Wert markiert, damit das Paket an jedem Netzwerkknoten eine bestimmte Weiterleitungsbehandlung (Particular Forwarding Treatment, kurz PHB) erhält.

Der Standard-DSCP ist 000 000. Klassenauswahl-DSCPs sind Werte, die abwärtskompatibel mit der IP-Rangfolge sind. Bei der Konvertierung zwischen IP-Priorität und DSCP-Wert müssen die drei wichtigsten Bits zugeordnet werden. So

IP Prec 5 (101) maps to IP DSCP 101 000

ToS-Byte

1

0

1

T2

T1

T0

CU2

CU0

DiffServ-Feld

1	0	1	0	0	0	ECN	ECN

Der DiffServ-Standard verwendet dieselben Prioritätsbits (die wichtigsten Bits – DS5, DS4 und DS3) zur Prioritätsfestlegung, präzisiert jedoch die Definitionen, was eine feinere Granularität durch die Verwendung der nächsten drei Bits im DSCP bietet. DiffServ ordnet die Prioritätsstufen (die noch durch die drei wichtigsten Bits des DSCP-Werts definiert werden) neu an und benennt sie in folgende Kategorien um (die Stufen werden in diesem Dokument ausführlicher erläutert):

Prioritätsstufe	Beschreibung
7	Bleibt gleich (Verbindungsschicht und Routing-Protokoll bleiben erhalten)
6	Bleibt gleich (wird für IP-Routing-Protokolle verwendet)
5	Express Forwarding (EF)
4	Klasse 4
3	Klasse 3
2	Klasse 2
1	Klasse 1
0	Best Effort (BE)

Bei diesem System priorisiert ein Gerät den Traffic zunächst nach Klasse. Anschließend wird der Traffic der gleichen Klasse unter Berücksichtigung der Drop-Wahrscheinlichkeit differenziert und priorisiert.

Der DiffServ-Standard gibt keine genaue Definition der „niedrigen“, „mittleren“ und „hohen“ Drop-Wahrscheinlichkeit vor. Nicht alle Geräte erkennen die DiffServ-Einstellungen (DS2 und DS1), und selbst wenn diese Einstellungen erkannt werden, lösen sie nicht notwendigerweise dieselbe PHB-Weiterleitungsaktion an jedem Netzwerkknoten aus. Jeder Knoten implementiert je nach Konfiguration seine eigene Antwort.

Zuversichtlich Forwarding

RFC 2597 definiert das Assured forwarding (AF) PHB und beschreibt es als ein Mittel für eine Provider-DS-Domäne, verschiedene Sicherheitsstufen forwarding  für IP-Pakete anzubieten, die von einer Client-DS-Domäne empfangen werden. Das Assured Forwarding  PHB garantiert einer AF-Klasse eine bestimmte Bandbreite und ermöglicht den Zugriff auf zusätzliche Bandbreite, falls verfügbar. Es gibt vier AF-Klassen: AF1x bis AF4x. Innerhalb jeder Klasse gibt es drei Drop-Wahrscheinlichkeiten. Abhängig von der Richtlinie eines bestimmten Netzwerks können Pakete für einen PHB basierend auf dem erforderlichen Durchsatz, der Verzögerung, dem Jitter, dem Verlust oder der Priorität des Zugriffs auf Netzwerkservices ausgewählt werden.

Die Klassen 1 bis 4 werden als AF-Klassen bezeichnet. Diese Tabelle zeigt den DSCP-Code, der die AF-Klasse mit der Wahrscheinlichkeit angibt. Die Bits DS5, DS4 und DS3 definieren die Klasse; die Bits DS2 und DS1 geben die Tropfwahrscheinlichkeit an; das Bit DS0 ist immer Null.

Verwerfen	Klasse 1	Klasse 2	Klasse 3	Klasse 4
Niedrig	001010 AF11 DSCP 10	010010 AF21 DSCP 18	011010 AF31 DSCP 26	100010 AF41 DSCP 34
Mittel	001100 AF12 DSCP 12	010100 AF 22 DSCP 20	011100 AF32 DSCP 28	100100 AF42 DSCP 36
Hoch	001110 AF13 DSCP 14	010110 AF23 DSCP 22	011110 AF33 DSCP 30	100110 AF43 DSCP 38

Beschleunigt Forwarding

RFC 2598 definiert das Expedited Forwarding (EF) PHB: "Das EF PHB kann verwendet werden, um einen verlustarmen End-to-End-Service über DS (Diffserv)-Domänen mit niedriger Latenz und geringem Jitter sowie gesicherter Bandbreite zu erstellen. Ein solcher Service erscheint den Endpunkten wie eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung oder eine „virtuelle Mietleitung“. Dieser Service wurde auch als Premium-Service bezeichnet.“ Codepoint 101110 wird für den EF-PHB empfohlen, was einem DSCP-Wert von 46 entspricht.

Auch hier müssen für die Implementierung dieser PHBs herstellerspezifische Mechanismen konfiguriert werden. In RFC 2598 finden Sie weitere Informationen zu EF-PHB.

Verwenden des DSCP-Felds

Es gibt drei Möglichkeiten, das DSCP-Feld zu verwenden:

• Classifier (Klassifizierung): Wählen Sie ein Paket basierend auf den Inhalten einiger Teile des Paket-Headers aus und wenden Sie den PHB basierend auf den durch den DSCP-Wert definierten Serviceeigenschaften an.

• Marker (Markierung): Legen Sie das DSCP-Feld basierend auf dem Traffic-Profil fest.

• Metering - Überprüfen Sie die Konformität mit dem Datenverkehrsprofil mit einer Shaper- oder Dropper-Funktion.

Die Cisco IOS-Software berücksichtigt die Prioritäts-Bits des ToS-Feldes, wenn Traffic mit Weighted Fair Queuing (WFQ), Weighted Random Early Detection (WRED) oder Weighted Round Robin (WRR) in die Warteschlange gestellt wird. Die Prioritäts-Bits werden nicht berücksichtigt, wenn Policy Routing, Priority Queuing (PQ), Custom Queuing (CQ) oder Class Based Weighted Fair Queuing (CBWFQ) konfiguriert ist. Weitere Informationen finden Sie unter Class Based Weighted Fair Queuing (CBWFQ).

Paketklassifizierung

Die Paketklassifizierung beinhaltet die Verwendung eines Traffic-Deskriptors zur Kategorisierung eines Pakets innerhalb einer bestimmten Gruppe sowie das Zugänglichmachen des Pakets für das QoS-Management im Netzwerk. Mithilfe der Paketklassifizierung können Sie den Netzwerk-Traffic in mehrere Prioritätsstufen oder Serviceklassen (Class of Service, kurz CoS) aufteilen.

Sie können zum Abgleich von DSCP-Werten entweder Zugriffslisten (Access Lists, kurz ACLs) oder den Befehl match in der modularen QoS-CLI verwenden. Die Auswahl eines DSCP-Werts im Befehl „match“ wurde in Cisco IOS-Softwareversion 12.1(5)T eingeführt.

Router1(config)#access-list 101 permit ip any any ?
dscp       Match packets with given dscp value 
fragments  Check non-initial fragments 
log        Log matches against this entry 
log-input  Log matches against this entry, including input interface 
precedence Match packets with given precedence value 
time-range Specify a time-range 
tos        Match packets with given TOS value

Wenn Sie den Wert ip dscp im Befehl class map angeben, wird Folgendes ausgegeben:

Router(config)#class-map match-all VOIP 
 1751-uut1(config-cmap)#match ip dscp ? 
   <0-63>   Differentiated services codepoint value 
   af11     Match packets with AF11 dscp (001010) 
   af12     Match packets with AF12 dscp (001100) 
   af13     Match packets with AF13 dscp (001110) 
   af21     Match packets with AF21 dscp (010010) 
   af22     Match packets with AF22 dscp (010100) 
   af23     Match packets with AF23 dscp (010110) 
   af31     Match packets with AF31 dscp (011010) 
   af32     Match packets with AF32 dscp (011100) 
   af33     Match packets with AF33 dscp (011110) 
   af41     Match packets with AF41 dscp (100010) 
   af42     Match packets with AF42 dscp (100100) 
   af43     Match packets with AF43 dscp (100110) 
   cs1      Match packets with CS1(precedence 1) dscp (001000) 
   cs2      Match packets with CS2(precedence 2) dscp (010000) 
   cs3      Match packets with CS3(precedence 3) dscp (011000) 
   cs4      Match packets with CS4(precedence 4) dscp (100000) 
   cs5      Match packets with CS5(precedence 5) dscp (101000) 
   cs6      Match packets with CS6(precedence 6) dscp (110000) 
   cs7      Match packets with CS7(precedence 7) dscp (111000) 
   default  Match packets with default dscp (000000) 
   ef       Match packets with EF dscp (101110) 
 Router1(config-cmap)#match ip dscp af31 

Marking

Der DSCP kann am Netzwerk-Edge auf einen gewünschten Wert festgelegt werden, um es Core-Geräten zu erleichtern, das Paket wie im Abschnitt Paketklassifizierung gezeigt zu klassifizieren und ein geeignetes Servicelevel bereitzustellen. Mit dem klassenbasierten Paket Marking kann der DSCP-Wert wie folgt festgelegt werden:

policy-map pack-multimedia-5M 

!--- Creates a policy map named pack-multimedia-5M.

  class management 
  
!--- Specifies the policy to be created for the !--- traffic classified by class management.

    bandwidth 50 
    set ip dscp 8 
    
!--- Sets the DSCP value of the packets matching !--- class management to 8.

  class C1 
    priority 1248 
    set ip dscp 40 
  class voice-signalling 
    bandwidth 120 
    set ip dscp 24

Verwenden der Committed Access Rate oder des Class-Based Policing

Committed Access Rate und Class-Based Policing sind Mechanismen zur Verkehrsregulierung, die den Verkehrsfluss regulieren, um die vereinbarten Service-Parameter einzuhalten. Diese Mechanismen können zusammen mit dem DSCP verwendet werden, um verschiedene Services für nicht konformen und konformen Traffic bereitzustellen, indem der DSCP-Wert entsprechend geändert wird (siehe dieser Abschnitt).

Weitere Informationen finden Sie unter Configuring Traffic Policing  and Comparing Class-Based Policing and Committed Access Rate.

interface Serial1/0.1 point-to-point 
 bandwidth 5000 
 ip address 192.168.126.134 255.255.255.252 
rate-limit output access-group 150 8000 1500 2000 conform-action 
  set-dscp-transmit 10 exceed-action set-dscp-transmit 20 

!--- For traffic matching access list 150, sets the DSCP value of conforming traffic !--– to 10 and that of non-conforming traffic to 20.

rate-limit output access-group 152 8000 1500 2000 conform-action 
  set-dscp-transmit 15 exceed-action set-dscp-transmit 25 
rate-limit output access-group 154 8000 1500 2000 conform-action 
  set-dscp-transmit 18 exceed-action set-dscp-transmit 28 
frame-relay interface-dlci 17 
class shaper-multimedia-5M

DSCP-konformes WRED

Weighted Random Early Detection (WRED), verwirft selektiv Traffic mit niedrigerer Priorität, wenn die Schnittstelle überlastet wird. WRED kann unterschiedliche Performance-Merkmale für verschiedene CoS bereitstellen. Dieser differenzierte Service kann auf dem DSCP basieren, wie hier dargestellt:

class C2 
 bandwidth 1750 
 random-detect dscp-based 
    
!--- Enable dscp-based WRED as drop policy.

 random-detect exponential-weighting-constant 7 
    
!--- Specifies the exponential weight factor for the !--- average queue size calculation for the queue.
  
 random-detect dscp 16 48 145 10 
    
!--- Specifies the minimum and maximum queue thresholds !--- for each DSCP value.

 random-detect dscp 32 145 435 10

Weitere Informationen finden Sie im Abschnitt „DiffServ-konformes WRED“ unter Überblick: Überlastungsvermeidung.

Bekannte Probleme in Cisco IOS-Software Schulungsversion 12.2

Der Zugriff auf Bug-Tools und -Informationen ist nur für registrierte Cisco Kunden verfügbar.

Sie können mit dem Bug Search Tool nach diesen Fehlern suchen.

• Cisco Bug-ID CSCdt63295 - Wenn Sie das ToS-Byte mit den neuen DSCP- marking Befehlen auf den DFÜ-Peers (auf 0 eingestellt) in Cisco IOS Software Release 12.2.2T nicht festlegen, können Pakete nicht markiert werden, und sie können mit einem ToS von 0 erhalten bleiben.

• Cisco Bug-ID CSCdt74738: Die Unterstützung für den Befehl set ip dscp auf dem Router der Cisco 7200-Serie und einfachen Plattformen für Multicast-Pakete muss ab Cisco IOS-Software Version 12.2(3.6) verfügbar sein.

Zugehörige Informationen

• Cisco IOS-Software: Netzwerklösungen für Service Provider
• Technischer Support – Cisco Systems
• QoS: Konfigurationsleitfaden zur Überlastungsvermeidung