Cisco Unified Wireless QoS Tech Note

Inleiding

In dit document worden technieken beschreven voor de verwerking van Quality of Service (QoS) op een Cisco Wireless LAN Controller (WLC) en de infrastructuurapparaten waarmee de controller verbinding maakt. QoS voor draadloze Cisco-producten is een vaak over het hoofd gezien gebied dat kritischer wordt met de toename van gegevenssnelheden.

De QoS-checklist is een snelle handleiding die uitlegt hoe u QoS correct kunt instellen. In de volgende secties van dit document worden instellingen en andere informatie over bekabelde netwerken uitgelegd, zodat draadloze QoS volledig kan worden gerealiseerd.

Als u bekend bent met QoS-termen en draadloze technologie, begint u met de checklist; lees anders eerst de uitleg.

Als u bekend bent met bekabelde QoS, maar niet met draadloze QoS, lees dan de uitleg over Wi-Fi Multimedia (WMM) om te begrijpen waarom draadloze QoS veel belangrijker is dan bekabelde QoS.

QoS-checklist

1. Vouw WLAN's uit en klik op het tabblad QoS.
2. Kies voor elk WLAN de optie Toegestaan in de vervolgkeuzelijst WMM-beleid.
3. Kies voor elk WLAN het juiste QoS-niveau in de vervolgkeuzelijst Quality of Service (QoS):
   
   
   • Kies Platinum voor draadloze VoIP-communicatie met andere soorten verkeer.
   • Kies Gold alleen voor videostreamingnetwerken zonder spraakverkeer.
   • Kies Silver voor alle algemene gegevensnetwerken zonder spraak- of videoverkeer.
   • Kies Brons voor alle gastnetwerken.
     
     
     
     
4. Klik in het menu Draadloos op QoS en klik op Profielen.
   
   
5. Kies 802.1p in de vervolgkeuzelijst Protocoltype en voer de juiste tag in het veld 802.1p-tag in:
   
   
   • Platina = 5
   • Goud = 4
   • Zilver = 3
   • Brons = 1
     
     

Opmerking: In versies vóór versie 7.5 werd aanbevolen om de .1p-tag in te stellen op 6 voor spraak (hoewel dit in werkelijkheid zou markeren met CoS 5). Versies na versie 7.5 standaard 5 voor platina .1p. Dit is alleen een cosmetische verandering, het gedrag blijft hetzelfde.

Aanvullende richtlijnen zijn onder meer:

• Als u vertrouwt op Class of Service (CoS), moeten alle interfaces worden gelabeld. Geen van de VLAN's moet worden ingesteld op VLAN 0, omdat dit aangeeft dat ze zich in het oorspronkelijke VLAN bevinden.
• Als u op CoS vertrouwt, moeten switchpoorten die zijn aangesloten op de WLC trunkpoorten zijn ingesteld met de opdracht mls qos trust cos.
• Schakelpoorten die zijn verbonden met toegangspunten in de lokale modus (Local Mode Access Points, AP's) en hybride toegangspunten voor de externe rand (Hybrid Remote Edge Access Point, H-REAP)/FlexConnect-toegangspunten zonder lokaal schakelende draadloze LAN's (WLAN's) moeten toegangspoorten zijn die zijn ingesteld met de opdracht mls qos trust dscp.
• Als u afhankelijk bent van CoS, moeten switchpoorten die zijn aangesloten op H-REAP/FlexConnect-toegangspunten met ten minste één lokaal geschakelde WLAN trunkpoorten zijn ingesteld met de opdracht mls qos trust cos.

WMM

Schakel WMM in op een WLAN om de eenvoudigste implementatie van QoS te maken; deze optie staat op het tabblad QoS in het menu WLAN-configuratie. Andere instellingen voor WMM-beleid zijn:

• Uitgeschakeld - WMM wordt niet gebruikt op het WLAN.
• Vereist - Klanten moeten WMM ondersteunen of ze hebben geen toegang tot het WLAN.
• Toegestaan - clients die WMM ondersteunen, kunnen het gebruiken, terwijl clients die WMM niet ondersteunen, toch verbinding kunnen maken met het netwerk. 

WMM is een Wi-Fi Alliance-certificering, die een subset is van de volledige 802.11e IEEE-standaard.

Met WMM kunnen draadloze stations (clients en toegangspunten) elk pakket dat ze verzenden prioriteren en classificeren in een van de vier toegangsklassen:

• Spraak (AC_VO)
• Video (AC_VI)
• Beste inspanning (AC_BE)
• Achtergrond (AC_BK) 

Voor het gemak van de berekening, kijk naar 802.11b alleen als de nummers scheef bij het omgaan met 802.11a/g/n. Zonder WMM krijgen alle pakketten dezelfde voorkeur in het draadloze contentie-algoritme, Distributed Coordination Function (DCF). Voordat een pakket wordt verzonden, berekent het station een willekeurige back-offtimer, die het station moet hebben voordat het het pakket probeert te verzenden.  Zonder WWM en met standaard DCF heeft elke transmissie dezelfde prioriteit omdat ze allemaal dezelfde back-off variabele krijgen. De variabele is een willekeurige back-off tussen 0 en 31, waarbij het bovenste uiteinde verdubbelt, tot een maximum van 1023, als er een botsing optreedt en het pakket opnieuw moet worden geprobeerd. 

Opmerking: de volgende afbeelding is alleen voor referentiedoeleinden en geeft de WLC-waarden niet weer.

Met WMM worden pakketten in de verschillende wachtrijen voor toegangsklassen geprioriteerd op basis van verschillende willekeurige back-offvariabelen.

De huidige back-off nummers zijn als volgt:

• AC_VO – bereik tussen 3 en 7
• AC_VI – bereik tussen 7 en 15
• AC_BE en AC_BK – bereik tussen 15 en 1.023

Een station met een hogere prioriteit verkeer te verzenden is dus veel meer kans om zijn bericht eerst verzonden en is toegestaan om vaker te proberen in het geval van botsingen. 

WMM verkort ook de Interframe Spacing-vereisten voor pakketten met hoge prioriteit, zodat spraak en video in bursts kunnen worden verzonden zonder tussendoor even lang te hoeven wachten op gegevens met lagere prioriteit. Daarnaast is WMM nodig om gegevenssnelheden van 802.11n en 802.11ac te verkrijgen. Dit betekent dat met WMM uitgeschakeld of voor niet-WMM-clients, de maximale bruikbare gegevenssnelheid 54 Mbps is.

Deze wijziging van de DCF wordt Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) genoemd en is in wezen wat de WMM-certificering heeft verwijderd uit de 802.11e, die een tweede medium-toegangsmechanisme voorstelde.

CoS en DSCP Switch Operation

Differentiated Services Code Point (DSCP) is een tag in laag 3 van de IP-header, dus het overleeft altijd tijdens de reis van het pakket. DSCP bevat een hexadecimale waarde, maar wordt meestal vertaald in een vriendelijke naam.

Een spraakpakket wordt bijvoorbeeld meestal gelabeld met Expedited Forwarding (EF), dat een decimale waarde van 46 heeft. Deze tabel geeft de correspondentie:

DSCP-naam	binair	Decimaal	IP-prioriteit
CS0	000 000	0	0
CS1	001 000	8	1
AF11	001 010	10	1
AF12	001 100	12	1
AF13	001 110	14	1
CS2	010 000	16	2
AF21	010 010	18	2
AF22	010 100	20	2
AF23	010 110	22	2
CS3	011 000	24	3
AF31	011 010	26	3
AF32	011 100	28	3
AF33	011 110	30	3
CS4	100 000	32	4
AF41	100 010	34	4
AF42	100 100	36	4
AF43	100 110	38	4
CS5	101 000	40	5
EF	101 110	46	5
CS6	110 000	48	6
CS7	111 000	56	7

Oproepsignalering wordt vaak gelabeld als CS3, terwijl spraak EF is. Meestal moet je de vriendelijke namen onthouden in plaats van de werkelijke waarden.

IP-telefoons of zelfs softwaretoepassingen verzenden spraakverkeer dat is gecodeerd als EF.

CoS is een laag 2-tag, ook wel 802.1p genoemd, die in de 802.1q VLAN-tagheader zit; daarom is deze alleen aanwezig wanneer een VLAN-tag aanwezig is, zoals op trunkpoorten. Om deze reden is het een niet-overlevende tag die verdwijnt wanneer het pakket wordt gerouteerd naar een ander subnet of wanneer het pakket door een toegangspoort gaat.

Het is volkomen acceptabel dat beide waarden naast elkaar bestaan, en ze bestaan altijd naast elkaar op trunkpoorten.

Wanneer u de opdracht mls qos trust dscp op een poort invoert, gebruikt de switch de DSCP-waarde op inkomende pakketten om de pakketten in de juiste wachtrij te plaatsen (internal voice, video of best effort queue). Wanneer het pakket aanwezig is op een andere poort, stelt de switch de CoS-tag in om overeen te komen met de DSCP, zodat er geen conflict is tussen de twee waarden; als de CoS-tag aanwezig is, is dit een trunkpoort.

Wanneer u de opdracht mls qos trust cos op een poort invoert, gebruikt de switch de CoS-markering op inkomende pakketten om het pakket in de juiste wachtrij te plaatsen. Wanneer het pakket aanwezig is, zorgt de switch ervoor dat de DSCP-waarde overeenkomt met de CoS.

Met dit systeem kunt u geen mismatch hebben, omdat de ene waarde altijd wordt herschreven om overeen te komen met de andere (de vertrouwde). U kunt dus vertrouwen op DSCP op toegangspoorten en CoS op trunkpoorten. De CoS-waarde wordt door de switch herschreven bij het uitstappen op een trunkpoort, zelfs als de waarde niet aanwezig was bij het binnendringen vanuit een toegangspoort.

Zodra u de opdracht mls qos wereldwijd op een switch invoert, vereist de switch dat u de opdracht mls qos trust cos of mls qos trust dscp op switchports uitvoert. Als u dat niet doet, worden zowel de CoS- als de DSCP-waarde overschreven naar 0. Zonder de globale configuratie van de opdracht mls qos blijft elke tag zoals hij is, maar de switch gebruikt helemaal geen prioriteitswachtrijen.

Verschillende UP-markeringen voor dezelfde verkeersklasse

Voice wordt getagd als CoS 5 over een bekabeld netwerk, maar als 6 op WMM / 802.11e. Dit wordt vaak verward tussen de 802.1p-standaard en de WMM-standaard. Steeds meer leveranciers breken de 802.11e/WMM-standaard door spraak als UP 5 over de ether te labelen (Microsoft met Lync is een beroemd voorbeeld), dus ze gebruiken in principe de 802.1p-tabel in plaats van 802.11e over de ether. Dit is iets om op te letten, omdat Cisco nog steeds de 802.11e-standaard respecteert en spraak als 6 over the air labelt. Dit is nog een reden om DSCP te vertrouwen op CoS.

Daarom voegt de eerste onderhoudsversie van de 8.1 WLC-software voor extra flexibiliteit de ondersteuning van een handmatige QoS-kaart toe. Dit betekent dat in plaats van een statische toewijzingstabel te gebruiken zoals voorheen (bijvoorbeeld een UP van 5 wordt niet als stem in de bekabelde DSCP getagd, maar in plaats daarvan als video), de beheerder kan besluiten om de oorspronkelijke DSCP-waarde te blijven vertrouwen. Als zodanig, voor de meest klassieke use case, kunt u besluiten om de DSCP EF dat een Microsoft Lync Windows-clients zal verzenden en houden het gelabeld als stem in plaats van te merken dat het wordt verzonden met UP 5 en downgraden naar een video DSCP via het netwerk.

QoS-profielen

De eerste rol van een WMM-profiel (platina, goud, zilver, brons) is het instellen van het plafond (het maximale niveau van QoS dat klanten mogen gebruiken). Als u bijvoorbeeld een zilveren profiel instelt op een WLAN, kunnen clients achtergrondverkeer of best effort-verkeer verzenden, maar mogen ze geen spraak of video verzenden. Als een stem of video wordt verzonden, worden ze behandeld als de beste inspanning.

Evenzo, als u platina instelt, mogen de clients elke QoS-tag / -klasse gebruiken. Dat wil niet zeggen dat alles als een stem wordt beschouwd. Het betekent dat, als de laptop spraakverkeer verzendt, deze als zodanig wordt behandeld en als de laptop de beste inspanning levert (zoals de meeste laptops verzenden), wordt deze ook behandeld als de beste inspanning.

Een andere rol van WMM-profielen is het definiëren van de tag van niet-QoS-verkeer. Als WMM is ingesteld op Toegestaan, mogen clients nog steeds niet-QoS-frames verzenden. Verwar niet twee verschillende situaties:

• Als een laptop WMM ondersteunt (zoals de overgrote meerderheid van de laptops) en QoS-gegevensframes verzendt, gebruikt deze een tag van 0 als het geen verkeer codeert.
• Als een laptop geen WMM ondersteunt en eenvoudige gegevensframes zonder QoS-veld verzendt, vertaalt de WLC die gegevensframes naar het QoS-profiel. Dataframes worden bijvoorbeeld vertaald als stemtags als u platina configureert.

Met QoS-profielen kunt u de WMM-waarden die in de draadloze ruimte worden gebruikt, vertalen naar QoS-markeringen op een bekabeld netwerk.  De configuratie op de WLC maakt gebruik van de 802.11e-aanbevolen mappings die zijn hoe WMM is gedefinieerd, zodat Voice = Platinum = 6, Video = Gold = 5, Best Effort = Silver = 3, Achtergrond = Brons = 1.

Aan de bekabelde kant kunnen Cisco-routers en -switches werken op DSCP bij laag 3 of CoS-markeringen bij laag 2. De CoS-markeringen zijn aanwezig in de 802.1p/q-tag die aan pakketten wordt toegevoegd om het VLAN te markeren waartoe het pakket behoort.  Deze 802.1q-tag is 16 bits lang; 12 bits worden gebruikt voor de VLAN-ID (0 tot en met 4095), één bit wordt niet gebruikt en drie bits worden gebruikt voor CoS-markeringen (0-7). Omdat CoS-waarden 6 en 7 een speciale betekenis hebben op het bekabelde netwerk, verzendt Cisco geen WMM-waarden die zijn gedefinieerd als 6, 5, 3 en 1 voor platina, goud, zilver en brons. In plaats daarvan vertaalt Cisco ze naar de CoS-waarden van 5, 4, 0 en 1, zoals weergegeven in deze tabel:

Access Clash	Quality-of-Service	WMM-waarden	Cisco-Translated CoS-waarden
stem	WMM Platinum	802,11e 6	802.1p 5
Video	WMM Gold	802,11e 5	802,1p4
Beste poging	WMM Silver	802,11e 0	802,1p 0
Achtergrond	WMM Brons	802,11e 1	802.1p 1

Draadloos verkeer dat is gekoppeld aan een QoS-profiel met een hogere prioriteit, krijgt een hogere prioriteitstag aan de bekabelde kant. De op basis van de WMM aan 802.11e tot 802.1q-markering toegewezen CoS-waarde wordt gehandhaafd door zowel het toegangspunt als de WLC, zodat de CAPWAP-pakketten (Control and Provisioning of Wireless Access Points) hetzelfde niveau van bekabelde QoS krijgen als het pakket, zodra de CAPWAP-header door de WLC is verwijderd en naar het bekabelde netwerk is verzonden. 

Evenzo heeft verkeer van het bekabelde netwerk dat op weg is naar een draadloze client een CoS-waarde die hieraan is gekoppeld en die Cisco kopieert naar de CAPWAP-pakketten die naar het toegangspunt gaan. Het toegangspunt gebruikt vervolgens de CoS-waarde om te bepalen welke WMM-wachtrij moet worden gebruikt.

Gecodeerde WLC-interfaces

Het is gebruikelijk om de WLC-beheerinterface op een niet-gecodeerd/native VLAN te laten staan. Vanwege de eerder besproken CoS-codering is dit geen verstandige keuze als u 802.1p-markering op de WLC inschakelt. Zonder die 802.1q-tag kunnen de CoS-markeringen nergens worden geplaatst en mislukt QoS op de beheerinterface. 

Zelfs als u geen WLAN's op de beheerinterface plaatst, kunt u nog steeds problemen met QoS tegenkomen met:

• CAPWAP-besturingspakketten die door de WLC naar de toegangspunten worden verzonden
• Innerlijke WLC-communicatie
• Backend-verificatie die afkomstig is van de beheerinterface

Zorg er daarom voor dat al uw WLC-interfaces zijn gecodeerd op VLAN's.

Aanbeveling voor het DSCP

Omdat steeds meer leveranciers 802.1p-achtige markeringen over de lucht gebruiken in plaats van de originele 802.11e-tabel (dat wil zeggen dat spraak wordt verzonden als 5 UP in plaats van 6), raadt Cisco nu aan om DSCP end-to-end te vertrouwen om verwarring en mismatches te voorkomen. DSCP biedt ook meer waarden en keuzes, is beter bestand tegen native VLAN's en is daarom betrouwbaarder om in het hele netwerk te worden bewaard.

7.2 Gedragsverandering

Vóór WLC Release 7.2 was er geen aftopping van de interne CAPWAP DSCP-waarde. Het eerste waar je op moet aandringen is dat de innerlijke DSCP-waarde niet is veranderd en nog steeds niet is gewijzigd vanaf release 8.1. Dus als een eindstation (draadloos of bekabeld) een DSCP-pakket verzendt op een Gold (=video) WLAN, wordt Gold-markering tussen het toegangspunt en WLC afgedwongen, maar het oorspronkelijke pakket behoudt zijn oorspronkelijke DSCP-codering.

Wat nu is gewijzigd, is verbonden met draadloze pakketten die worden geleverd met een DSCP-waarde die hoger is dan het WLAN kan verdragen. De WLC, die nu vertrouwt op DSCP, herschrijft de DSCP-waarde van de buitenste CAPWAP-inkapseling om overeen te komen met het WLAN-maximum. Dezelfde herschrijving vindt ook in de andere richting plaats.

Gerelateerde informatie

• QoS over draadloze LAN-controllers en lichtgewicht AP's Configuratie Voorbeeld
• QOS op 8.0 - Video die het DSCP-aftoppingsgedrag van WLC verklaart
• Technische ondersteuning en documentatie – Cisco Systems