ID do Documento: 21662

Atualizado em: 15 de fevereiro de 2008

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CAC

Introduction

H.323 é o padrão com aceitação global para conferências multimídia em uma rede IP. Este documento discute as ferramentas para implementar a Qualidade de Serviço (QoS) para as videoconferências H.323 em uma WAN empresarial com links de baixa velocidade.

Prerequisites

Requirements

Os leitores deste documento devem estar cientes destes tópicos:

Componentes Utilizados

Este documento não se restringe a versões de software e hardware específicas.

Conventions

For more information on document conventions, refer to the Cisco Technical Tips Conventions.

Informações de Apoio

A maioria das redes atuais suporta um ou mais destes tipos de tráfego de vídeo:

Tipo de vídeo Características do tráfego
Videoconferência Largura de banda de grupos pequenos, bidirecional e ao vivo: Um ou mais fluxos por usuário
Vídeo sob demanda Largura de banda unidirecional ponto a ponto (modelo pull): Um fluxo por usuário
Vídeo de transmissão (programado) Largura de banda unidirecional de um para muitos (modelo push): Um fluxo para usuários ilimitados (multicast IP)

Ao mesmo tempo, muitas empresas examinam a infraestrutura de rede de dados, voz e vídeo existente e muitas vezes separada para determinar as maneiras mais eficientes de reunir essas redes em uma infraestrutura IP. Nessas redes convergidas, a QoS é obrigatória em qualquer ponto de congestionamento potencial na rede. A QoS garante que o tráfego sensível a retardo e queda, o vídeo em tempo real e a voz passem desimpedidos em relação aos aplicativos de dados tolerantes a descarte. Em particular, a QoS é crucial no roteador de borda da WAN. Lá, centenas de megabits de tráfego potencial se agregam em links de velocidade mais lenta na faixa de quilobits ou megabits por segundo.

H.323

Muitos aplicativos de videoconferência IP usam o conjunto de protocolos H.323. A International Telecommunications Union (ITU) H.323 define um padrão internacional para multimídia sobre IP. A ITU aprovou a primeira versão do padrão H.323 em 1996. A versão atual é 4. Muitos aplicativos agora geralmente implantam sistemas de vídeo H.323 baseados em LAN. Um exemplo de aplicativo é o Microsoft NetMeeting, que utiliza o H.323 para videoconferência e colaboração compartilhada.

Anteriormente, os sistemas de videoconferência com H.320 como base eram comuns. Cada sistema tinha sua própria conexão PSTN (Public Switched Telephone Network, rede de telefonia pública comutada). Como mostra o lado esquerdo da figura nesta seção, hoje você pode usar gateways de vídeo para comunicação entre a rede H.323 convergida e a rede de vídeo legada. O lado direito da figura mostra como você pode usar adaptadores de terminal de vídeo para vincular endpoints H.320 individuais perfeitamente em uma rede H.323.

video-qos-1.gif

Caracterização do tráfego de videoconferência

Diferentemente da voz, o vídeo tem uma taxa de pacote muito alta e extremamente variável com uma MTU (Maximum Transmission Unit, unidade máxima de transmissão) média muito mais alta. Esta figura ilustra uma típica divisão de tamanho de pacote do tráfego de videoconferência:

video-qos-2.gif

Um fluxo de tráfego de videoconferência consiste em dois tipos de quadros, como ilustra esta figura:

video-qos-3.gif

O quadro "I" é um exemplo completo do vídeo. Os quadros "P" e "B" usam a quantificação por meio de vetores de movimento e algoritmos de previsão.

Planejamento de capacidade

Antes de colocar o tráfego de vídeo em uma rede, verifique se há largura de banda adequada para todos os aplicativos necessários. Primeiro, calcule os requisitos mínimos de largura de banda para cada aplicativo principal, por exemplo, voz, vídeo e dados. A soma representa o requisito mínimo de largura de banda para qualquer link específico. Essa quantidade não deve consumir mais de 75% da largura de banda total disponível nesse link. Essa regra de 75% pressupõe que alguma largura de banda é necessária para o tráfego de sobrecarga. Exemplos de tráfego de sobrecarga incluem atualizações do protocolo de roteamento e keepalives da Camada 2, bem como aplicativos adicionais, como e-mail e tráfego HTTP. O tráfego de voz e vídeo não ocupa mais de 33% da capacidade do link. Este cenário de exemplo explica o planejamento de capacidade em uma rede convergida.

Cenário de exemplo

Um local tem uma capacidade de link de 1,544 Mbps e contém dois terminais de vídeo que suportam uma taxa de dados máxima de 256 kbps cada. Embora a taxa das duas chamadas de vídeo seja igual a 512 kbps, adicione 20% à taxa de dados da chamada para considerar a sobrecarga. Vinte por cento é uma porcentagem conservadora que garante o planejamento adequado da capacidade na maioria dos ambientes. Você pode começar com 20% a mais para sobrecarga e depois ajustar esse valor, maior ou menor, com os resultados do seu monitor como base.

Provisione a fila de prioridade para largura de banda suficiente para permitir que ambos os terminais de vídeo tenham uma chamada ativa na WAN simultaneamente, sem a possibilidade de uma saturação da fila de prioridade. Neste cenário de exemplo, se você adicionar um terceiro terminal de vídeo, precisará implementar alguma forma de CAC.

Determinar o consumo de largura de banda por chamada

Com o planejamento de capacidade, um dos conceitos mais importantes a entender é a quantidade de largura de banda usada para cada chamada. Esta seção lista a largura de banda que cada coder-decoder (codec) usa. Consulte Voz sobre IP - Consumo de Largura de Banda por Chamada para obter mais informações.

Áudio H.323

Os sinais de áudio contêm som digitalizado e comprimido (normalmente fala). O H.323 suporta algoritmos de codec de áudio padrão ITU. Os algoritmos com suporte incluem:

A seleção do codec correto reflete as compensações entre a qualidade da fala, a taxa de bits, a potência de computação e o atraso do sinal.

Vídeo H.323

De acordo com o padrão H.323, os recursos de vídeo em terminais H.323 são opcionais. Entretanto, quando você implementa os terminais H.323, os terminais devem suportar o codec H.261, com suporte opcional para o padrão H.263.

Classificação

Para fornecer as garantias de QoS apropriadas para o tráfego de vídeo, os dispositivos de rede precisam ser capazes de identificar esse tráfego.

O modelo de serviços diferenciados (DiffServ) de QoS usa valores de ponto de código (DSCP) do DiffServ para separar o tráfego em classes. O DiffServ define estes dois conjuntos de valores de DSCP:

Para obter informações adicionais sobre DSCP, consulte Implementando a qualidade das políticas de serviço com o DSCP.

Geralmente, os guias de design da Cisco recomendam AF41 (valor DSCP 100010) para vídeo. Não há vantagem se você tratar a parte de áudio dos fluxos de vídeo melhor do que os pacotes de vídeo em um aplicativo de videoconferência IP. Portanto, use AF41 como valor de DSCP para mídia de voz e vídeo em uma videoconferência.

Na camada 2, você pode usar os 3 bits de classe de serviço (CoS) no campo IEEE 802.1p, que faz parte da marca IEEE 802.1Q.

Atualmente, não há padrões que descrevam qual valor é mais apropriado para videoconferência IP. No entanto, a Cisco normalmente recomenda este esquema de marcação para redes multisserviço:

Tipo de tráfego CoS da camada 2 Precedência de IP da camada 3 DSCP de camada 3
RTP de voz1 5 5 EF
Controle de voz 3 3 AF31
Videoconferência 4 4 AF41
Transmissão de vídeo (IP/TV) 1 1 AF13
Dados 0-2 0-2 0-AF23

1 RTP = Protocolo de Transporte em Tempo Real

Esta tabela atribui valores separados de classificação e marcação de streaming de vídeo e videoconferência. O fluxo de vídeo tem uma melhor capacidade de armazenar em buffer fluxos e lidar com retardo e jitter. Portanto, a transmissão de vídeo exige níveis de QoS diferentes.

Além disso, você pode separar as partes de controle e de dados dos fluxos de videoconferência. Para separar estas duas partes dos fluxos, marque o controle com AF31 e os dados com AF41. No entanto, esse projeto não é o melhor. Nem todos os endpoints permitem marcar o portador e controlar o tráfego de forma diferente, e um Cisco Proxy marca todo o tráfego de videoconferência com um valor. Além disso, as taxas de bits de tráfego de controle são insignificantes em relação às taxas de bits da chamada de vídeo.

Realize a classificação o mais perto possível da origem. Parceiros de vídeo de terceiros VCON, PictureTel e Polycom podem definir os bits de precedência de IP. Se o terminal H.323 não definir nenhum valor de cabeçalho, você poderá marcar os pacotes nestes pontos na rede:

Selecione um mecanismo de enfileiramento sofisticado

O Cisco IOS Software agora inclui vários mecanismos de enfileiramento. Esses mecanismos atendem às necessidades do tipo de tráfego que entra na rede e dos meios de longa distância que o tráfego atravessa. No campus ou na WAN, sempre que houver um ponto de congestionamento potencial na rede, a aplicação de técnicas de enfileiramento adequadas é necessária. A fila garante que o tráfego sensível a retardo e descarte, como voz e vídeo em tempo real, passe desimpedido em relação aos aplicativos de dados tolerantes a descarte. Uma interrupção é típica no roteador de borda da WAN. Lá, centenas de megabits de tráfego potencial se agregam em links de velocidade mais lenta na faixa de quilobits ou megabits por segundo.

Configure os métodos de fila mais recentes com os comandos da interface de linha de comando (CLI) (CLI) de QoS modular. Com o MQC, especifique uma garantia de largura de banda mínima com o comando bandwidth. Especifique o desenfileiramento de prioridade estrita para a fila de nível de interface com o comando priority. O comando bandwidth implementa CBWFQ (Class-Based Weighted Fair Queueing) e o comando priority implementa LLQ. Consulte Comparando os Comandos de largura de banda e prioridade de uma Política de Serviço de QoS para obter mais informações.

Esquema de modelo/priorização

A Cisco recomenda este modelo ou esquema de priorização em uma rede multisserviço:

Tipo de Enlace de Dados Versão mínima do software Cisco IOS Classificação Priorização LFI1 Modelagem de tráfego
Linhas seriais Software Cisco IOS versão 12.0(7)T DSCP = EF para voz; DSCP = AF41 para todo o tráfego de videoconferência; DSCP = AF31 para tráfego de controle de voz; outras classes de tráfego têm uma classificação exclusiva. LLQ com CBWFQ MLP2
Frame Relay Software Cisco IOS versão 12.1(2)T DSCP = EF para voz; DSCP = AF41 para vídeo; DSCP = AF31 para tráfego de controle de voz; outras classes de tráfego têm uma classificação exclusiva. LLQ com CBWFQ FRF.12 Forme o tráfego para CIR3.
ATM Software Cisco IOS versão 12.1(5)T DSCP = EF para voz; DSCP = AF41 para vídeo; DSCP = AF31 para tráfego de controle de voz; outras classes de tráfego têm uma classificação exclusiva. LLQ com CBWFQ MLP sobre ATM Modelar o tráfego para a parte garantida da largura de banda.
ATM e Frame Relay Software Cisco IOS versão 12.1(5)T DSCP = EF para voz; DSCP = AF41 para vídeo; DSCP = AF31 para tráfego de controle de voz; outras classes de tráfego têm uma classificação exclusiva. LLQ com CBWFQ MLP sobre ATM e Frame Relay Modelar o tráfego para a parte garantida da largura de banda no link mais lento.

1 LFI = Fragmentação e intercalação de link

2 MLP = PPP multilink

3 CIR = taxa de informação comprometida

Esta lista explica alguns pontos principais do modelo/esquema de priorização.

Todo o tráfego restante pode entrar em uma fila padrão. Se você especificar uma largura de banda, a operação de enfileiramento será FIFO. Como alternativa, se você especificar a palavra-chave fair, a operação será Weighted Fair Queuing (WFQ).

Além disso, não faça videoconferência em velocidades de link inferiores a 768 kbps. Em links de taxa de bits baixa, o uso de RTP (cRTP) compactado e LFI pode reduzir os efeitos da serialização e do atraso de enfileiramento.

Não use cRTP com videoconferências IP. Esta lista fornece as melhores práticas para cRTP:

A voz e o vídeo devem compartilhar o LLQ?

Uma consideração frequente com as políticas de serviço de QoS multisserviço é configurar o tráfego de conferência de voz e vídeo como classes de prioridade. Essa consideração vem do fato de que o LLQ atualmente suporta uma única fila de prioridade estrita, mesmo quando você configurou várias classes para priorização. Quando você configura as classes de VoIP e vídeo com prioridade, o tráfego dessas duas classes entra em uma única fila. Portanto, esses motivos podem fazer com que você escolha não colocar vídeo na fila de prioridade:

A Cisco realizou testes que colocaram o vídeo na fila de prioridade. Os testes foram com velocidades de link superiores a 768 kbps e com CAC apropriado para evitar excesso de assinaturas. A Cisco descobriu que a colocação de vídeo na fila de prioridade não apresentou um aumento notável no atraso dos pacotes de voz.

Em geral, você pode selecionar um desses modelos. A Cisco testou ambos os modelos:

Uma terceira abordagem é separar o componente de áudio da videoconferência. Em outras palavras, coloque o componente de áudio na fila de prioridade e o componente de vídeo em uma fila de largura de banda. No entanto, os codificadores de vídeo tendem a ter atrasos de codificação mais longos do que os codificadores de voz. Portanto, se você der prioridade absoluta aos fluxos de áudio de uma videoconferência, os fluxos de áudio chegarão cedo e serão realizados para alcançar a sincronização labial. Portanto, não há vantagem se você colocar pacotes de voz associados a uma videoconferência em uma fila com um serviço melhor do que o serviço que os pacotes de vídeo recebem.

Se você optar por colocar vídeo e voz na fila de prioridade, marque os tipos de tráfego com valores de DSCP diferentes. Se você marcar os tipos de tráfego com valores de DSCP diferentes, poderá usar uma instrução de prioridade diferente em sua política de serviço de QoS para controlar o vídeo. Em particular, o vídeo pode exigir um parâmetro de intermitência maior.

CAC

A priorização do tráfego resolve apenas parte do desafio do provisionamento de QoS para vídeo sobre IP. Uma solução completa requer CAC.

CAC, ou controle de largura de banda, é necessário para evitar a sobreassinatura dos recursos de rede. Com a videoconferência, uma rejeição de um terminal de vídeo que solicita recursos de rede é necessária para manter a qualidade dos fluxos de vídeo existentes se o novo terminal exceder a largura de banda disponível. Em outras palavras, o CAC protege o vídeo do vídeo.

Em geral, há três esquemas de provisão CAC para chamadas de vídeo:

O apêndice II do padrão H.323 versão 4 descreve uma abordagem para o uso de RSVP. Os principais pontos são:

Modelagem de tráfego

O uso do Frame Relay para conectividade WAN introduz outro requisito de QoS. Especificamente, quando um site central de alta velocidade alimenta um ou mais locais remotos de baixa velocidade, o site central pode exceder a largura de banda física e a largura de banda CIR do local remoto. Para evitar o envio de muita largura de banda para um local remoto, implemente a modelagem de tráfego no roteador do local central. Consulte estes recursos para obter mais informações sobre a modelagem de tráfego do Frame Relay:

Interconexão com terminais H.323

As redes de videoconferência H.323 normalmente consistem em cinco componentes funcionais:

A Cisco oferece soluções de produto para todos esses componentes, exceto terminais de vídeo. A prova mostra que os produtos Cisco H.323 interoperam com terminais H.323 de terceiros.

Em alguns casos, esses terminais oferecem ferramentas de QoS para garantir a satisfação dos parâmetros de atraso e perda do tráfego de vídeo em face de fluxos de dados imprevisíveis. Por exemplo, a Polycom Viewstation controla todos os pacotes de vídeo após o estabelecimento de uma chamada. A Polycom Viewstation relata a latência média, bem como o número de pacotes de vídeo ou áudio perdidos. Esta ferramenta também suporta depurações com saída legível. Essas depurações podem ajudar a indicar a origem de um problema que não é detectável através da análise da saída de vídeo. Para obter mais informações, consulte o documento How to Configure Video over IP for Polycom Video Units.

Configuração de exemplo

Este exemplo de configuração demonstra como aplicar o LLQ ao tráfego de videoconferência que atravessa um link de WAN:

Configuração de exemplo
Sample Configuration 
class-map Video-Conf 
  match access-group 102 
class-map Streaming-Video 
  match access-group 103 
! 
policy-map QoS-Policy 
  class Video-Conf 
    priority 450 30000 
  class Streaming-Video 
    bandwidth 150 
class class-default 
    fair-queue 
! 
! -- Video-Conf Traffic 
access-list 102 permit ip any any dscp cs4 
access-list 102 permit ip any any dscp af41 
! 
! -- Streaming Traffic 
access-list 103 permit ip any any dscp cs1 
access-list 103 permit ip any any dscp af13

Depois de criar um mapa de política de QoS, aplique a política com o comando service-policy. O tipo de interface ao qual você aplica a política determina os locais de aplicação do comando. Aqui estão alguns exemplos:

Tipo de interface Exemplo de configuração
Linha alugada
line interface multilink1 
  service-policy output QoS-Policy 
ATM PVC1
interface atm 1/0.1 point 
  pvc 1/50 
    service-policy output QoS-Policy
Frame Relay VC2
map-class frame-relay vcofr 
  frame cir 128000 
  frame mincir 64000 
  frame bc 1000 
  frame frag 160 
  service-policy output QoS-policy 

Observação: na série Cisco 7500 com QoS distribuído, use os comandos DTS3. Consulte Modelagem de Tráfego Frame Relay com QoS distribuída na série Cisco 7500.

1 PVC = circuito virtual permanente

2 VC = circuito virtual

3 DTS = modelagem de tráfego distribuído

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