Implementar QoS no Cisco SD-WAN

Introdução

Este documento descreve a Abordagem Cisco-Viptela para implementar Qualidade de Serviço (QoS) com WAN Definida por Software (SD-WAN). A SD-WAN é a inovação mais recente para integração com empresas, negócios e organizações em todo o mundo. A nova onda de tecnologias SD-WAN permite que governos e empresas forneçam suporte a aplicativos críticos sem problemas adicionais. Embora a nuvem tenha simplificado bastante o processo de provisionamento de capacidade, ela possui vários novos desafios na área de gerenciamento de QoS. A nova SD-WAN precisa corresponder aos níveis de desempenho, confiabilidade e disponibilidade oferecidos por um aplicativo e pela plataforma ou infraestrutura que a hospeda.

Pré-requisitos

Requisitos

A Cisco recomenda que você tenha conhecimento destes tópicos:

• Solução SD-WAN
• Estrutura tradicional de QoS e políticas

Componentes Utilizados

As informações neste documento são baseadas nestas versões de software e hardware:

• Dispositivos de hardware Cisco vEdge
• Software Cisco vEdge (VM)

As informações neste documento foram criadas a partir de dispositivos em um ambiente de laboratório específico. Todos os dispositivos utilizados neste documento foram iniciados com uma configuração (padrão) inicial. Se a rede estiver ativa, certifique-se de que você entenda o impacto potencial de qualquer comando.

Problema

Até recentemente, as redes eram estritamente construídas com base em como as redes de transmissão subjacentes são. Algumas soluções, como Multiprotocol Label Switching (MPLS) Traffic Engineering, influenciaram a seleção de caminhos entre os nós, mas cada dispositivo da origem para o destino precisava ser programado para permitir ou negar o tráfego que flui entre dois pontos finais e tomar decisões completamente autônomas.

Os serviços de operadora tradicionais, como uma VPN IP ou MPLS, foram considerados por muitos como a única maneira confiável de fornecer serviços de QoS para uma organização. A maior desvantagem do MPLS é o custo de largura de banda. Os consumidores de hoje estão cada vez mais interessados em conteúdo multimídia que consome muita largura de banda, como vídeos e realidade aumentada (AR)/realidade virtual (VR), e no alto custo por megabit que as demandas de MPLS podem ficar fora de alcance. Por fim, uma rede MPLS não oferece proteção de dados incorporada e, se implementada incorretamente, pode abrir a rede para vulnerabilidades.

Além disso, do ponto de vista da segurança, o tráfego MPLS não é criptografado por padrão. As redes MPLS oferecem muitos recursos de segurança, no entanto, suas soluções VPN tradicionais não estão isentas de desafios. Uma chave pré-compartilhada é usada para autenticar dispositivos VPN IPSec, mas para gerenciar um grande número de chaves pré-compartilhadas em vários dispositivos não escala e é menos seguro. 

Solução

Por outro lado, a abordagem de SD-WAN usa controladores de WAN centralizados para hospedar e gerenciar todas as adjacências com nós na rede. Ele oferece flexibilidade na criação e aplicação de políticas. Como cada dispositivo faz peers somente com controladores para conectividade e políticas de plano de controle a fim de passar o tráfego de dados entre os nós de serviço, eles podem ser ajustados dinamicamente com base na visibilidade geral das condições de rede. Como mostrado aqui, cada roteador anuncia suas informações locais ao controlador. Isso permite que o fluxo de dados seja facilmente manipulado pelo controlador central com o uso de políticas aplicadas em cada roteador local.

Neste exemplo, R1 e R4 não têm adjacências em pares apenas no caminho do plano de dados. Portanto, o controlador central controla e modifica facilmente o fluxo de tráfego. Por exemplo, ele pode controlar todos os prefixos de R1 que são anunciados para R4 por meio de R3, ou que certos prefixos são anunciados para R4 por meio de R3, enquanto certos são anunciados diretamente de R1, onde R3 pode ser um ponto de aplicação para uma política de firewall. Essa abordagem reduz drasticamente o volume de políticas de plano de dados que precisariam ser implementadas em cada roteador, com o uso de topologias de rede tradicionais. A SD-WAN é uma rede de sobreposição que pode ajudar os administradores a identificar o tráfego crítico e dar a ele um tratamento especial em toda a rede.

Configurar e implementar o Cisco SD-WAN QoS

Na rede de sobreposição SD-WAN, a QoS funciona quando examina os pacotes que entram na borda da rede. Cada um dos roteadores vEdge na rede deve ser configurado para provisionar QoS. Depois que a rede de sobreposição SD-WAN e as conexões do plano de controle estiverem ativadas e em execução, o tráfego de dados fluirá automaticamente sobre as conexões IPsec entre os roteadores vEdge. O fluxo de encaminhamento de pacote de dados padrão pode ser modificado quando a política de dados centralizada ou a política de dados localizados forem criadas e aplicadas.

A política de dados centralizada dá o controle para gerenciar o caminho de tráfego que é roteado através da rede e o tráfego pode ser controlado (permitir ou bloquear) com base nos campos de endereço, porta e Ponto de Código de Serviços Diferenciados (DSCP - Differentiated Services Code Point) no cabeçalho IP do pacote.

A política de dados localizada pode controlar o fluxo de tráfego de dados para dentro e fora das interfaces de um roteador vEdge e habilitar recursos como QoS. As políticas podem ser ativadas se você aplicar as listas de acesso, na direção de saída ou na direção de entrada.

Cada interface tem oito filas em roteadores vEdge de hardware, numeradas de 0 a 7. A fila 0 é reservada e é usada para tráfego de controle e enfileiramento de baixa latência (LLQ). Para LLQ, qualquer classe mapeada para a fila 0 também deve ser configurada para usar LLQ. Todo o tráfego de controle é transmitido. As filas de 1 a 7 estão disponíveis para o tráfego de dados.

Como ilustrado na Imagem 2, as políticas de QoS são aplicadas a um pacote de dados quando ele é transmitido de uma filial para outra:

1. Classificar Entrada - O tráfego de entrada pode ser classificado pela associação de cada pacote a uma classe de encaminhamento. As classes de encaminhamento agrupam pacotes de dados e atribuem pacotes a filas de saída para transmissão ao seu destino, com base na classe de encaminhamento.

2. ACLs de Entrada e Definir Vigilante - A taxa máxima de tráfego de dados enviados ou recebidos em uma interface pode ser controlada pela configuração de vigilantes e para particionar uma rede em vários níveis de prioridade. Os vigilantes aplicados ao tráfego de interface de entrada permitem conservar recursos, descartando o tráfego que não precisa ser roteado através da rede.

3. Pesquisa de Rota - O roteador vEdge verifica a tabela de rotas locais para determinar qual interface o pacote deve usar para alcançar seu destino.

4. ACLs de Saída e Vigilante - O tráfego que está em conformidade com a taxa de vigilante, é transmitido e o tráfego que excede a taxa de vigilante é enviado com uma prioridade reduzida ou é descartado. Os Vigilantes aplicados ao tráfego de interface de saída controlam a quantidade de largura de banda usada.

5. Agendamento de Saída - Os pacotes podem ser priorizados configurando-se um mapa de QoS para cada fila de saída a fim de especificar a largura de banda, o tamanho do buffer de atraso e a prioridade de Perda de Pacotes (PLP) das filas de saída. Depende da prioridade do tráfego que você pode atribuir aos pacotes maior ou menor largura de banda, níveis de buffer e perfis de queda.

6. Saída de Regravação - Se você regravar regras, isso permitirá que você mapeie o tráfego para codificar pontos quando o tráfego sair do sistema. Defina rewrite-rule para substituir o campo DSCP do cabeçalho IP externo. Aplique a regra de regravação na interface de saída (saída).

Configurar política de QoS

Estas etapas descrevem a Configuração da Política de Dados Localizados (QoS):

Etapa 1. Configurar as classes de encaminhamento e o mapeamento para as filas de saída. Defina o mapa de classes para classificar pacotes, por importância, em classes de encaminhamento apropriadas. Consulte o mapa de classes em uma lista de acesso.  

policy

 class-map

  class best-effort queue 3

  class bulk-data queue 2

  class critical-data queue 1

  class voice queue 0

Etapa 2. Configurar as classes de encaminhamento do programador de QoS. Defina o agendador de qos e especifique a taxa na qual o tráfego é enviado na interface. Consulte o vigilante em uma lista de acesso.

policy

 qos-scheduler be-scheduler

  class                          best-effort

  bandwidth-percent     20

  buffer-percent            20

  scheduling                 wrr

  drops                         red-drop

 !

 qos-scheduler bulk-scheduler

  class                          bulk-data

  bandwidth-percent     20

  buffer-percent            20

  scheduling                 wrr

  drops                         red-drop

 !

 qos-scheduler critical-scheduler

 class                           critical-data

  bandwidth-percent     40

  buffer-percent            40

  scheduling                 wrr

  drops                         red-drop

 !

 qos-scheduler voice-scheduler

  class                          voice

  bandwidth-percent     20

  buffer-percent            20

  scheduling                 llq

  drops                         tail-drop

Etapa 3. Agrupe os agendadores de QoS e defina o mapa de QoS:

policy

 qos-map MyQoSMap

  qos-scheduler be-scheduler

  qos-scheduler bulk-scheduler

  qos-scheduler critical-scheduler

  qos-scheduler voice-scheduler

Etapa 4. Aplique o mapa de QoS à interface de saída:

interface ge0/1

  qos-map  MyQoSMap

Etapa 5. Definir uma lista de acesso para classificar pacotes de dados em classes de encaminhamento apropriadas:

policy

 access-list MyACL

  sequence 10

   match

    dscp 46

   !

   action accept

    class voice

   !

  !

  sequence 20

   match

    source-ip          10.1.1.0/24

    destination-ip   192.168.10.0/24

   !

   action accept

    class bulk-data

    set

     dscp 32

    !

   !

  !

  sequence 30

   match

    destination-ip  192.168.20.0/24

   !

   action accept

    class critical-data

    set

     dscp 22

    !

   !

  !

  sequence 40

   action accept

    class best-effort

    set

     dscp 0

    !

   !

  !

  default-action drop

Etapa 6. Aplicar a lista de acesso a uma interface:

vpn 10

 interface ge0/0

  access-list MyACL in

 !

Informações Relacionadas

Requisitos ideais para atingir a QoS garantida com SD-WAN:

É fácil entender por que essa solução ameaça as WANs MPLS tradicionais, pois a solução Cisco SD-WAN QoS pode fornecer os níveis de QoS que correspondem pela Internet com o uso de métodos dinâmicos. O Cisco SD-WAN seleciona dinamicamente a variedade mais econômica de links privados e conexões públicas da Internet. Com a SD-WAN, os aplicativos não ficam à mercê da largura de banda padrão, mas, em vez disso, a conexão mais aplicável a cada aplicativo é selecionada.

Independentemente de MPLS ou SD-WAN ser a melhor solução, é importante observar que a QoS com SD-WAN pode ser alcançada sem MPLS com uma Internet simétrica sem perda de pacotes com VPN. Se o tráfego atravessa vários saltos através de vários ISPs, uma empresa não pode garantir como os serviços de missão crítica e sensíveis a atrasos serão executados. O fato é que os produtos SD-WAN precisam de configurações ativo-ativo para melhorar a confiabilidade e a QoS da WAN.

Em resumo, a SD-WAN é uma tecnologia fantástica que reduz a dependência de redes MPLS no futuro. Você pode descarregar parte do tráfego não interativo em uma conexão de Internet de banda larga. Por exemplo, a SD-WAN pode rotear tráfego sensível à latência, como voz sobre um link MPLS, que garante QoS, e tudo mais sobre uma conexão de Internet de banda larga, ou pode combinar dois links de banda larga para aproximar o MPLS.