Nota técnica de QoS sem fio do Cisco Unified

Introduction

Este documento descreve as técnicas para lidar com a Qualidade de Serviço (QoS) em um Cisco Wireless LAN Controller (WLC) e os dispositivos de infraestrutura aos quais o controlador se conecta. A QoS para produtos sem fio da Cisco é uma área frequentemente ignorada que se torna mais importante com o aumento das taxas de dados.

A lista de verificação de QoS é um guia rápido que explica como configurar a QoS corretamente. As seções subsequentes deste documento explicam as configurações e outras informações sobre redes com fio, para que a QoS sem fio possa ser totalmente realizada.

Se você está familiarizado com os termos de QoS e a tecnologia sem fio, comece com a lista de verificação; caso contrário, leia as explicações primeiro.

Se você está familiarizado com a QoS com fio, mas não com a QoS sem fio, leia as explicações sobre a WMM (Wi-Fi Multimedia) para entender por que a QoS sem fio é muito mais crítica do que a QoS com fio.

Lista de verificação de QoS

1. Expanda WLANs e clique na guia QoS.
2. Para cada WLAN, escolha Permitido na lista suspensa Diretiva WMM .
3. Para cada WLAN, escolha o nível de QoS apropriado na lista suspensa Qualidade do serviço (QoS):
   
   
   • Escolha Platinum para comunicações VoIP sem fio com outros tipos de tráfego.
   • Escolha Gold somente para redes de transmissão de vídeo sem tráfego de voz.
   • Escolha Silver para todas as redes de dados de uso geral sem tráfego de voz ou vídeo.
   • Escolha Bronze para todas as redes de convidados.
     
     
     
     
4. No menu Sem fio, clique em QoS e em Perfis.
   
   
5. Escolha 802.1p na lista suspensa Tipo de protocolo e insira a marca apropriada no campo 802.1p Tag:
   
   
   • Platina = 5
   • Ouro = 4
   • Prata = 3
   • Bronze = 1
     
     

Note: Em versões anteriores à versão 7.5, recomendava-se definir a tag .1p como 6 para voz (embora isso realmente a marcasse com CoS 5 na realidade). Versões após a versão 7.5 padrão para 5 para platinum .1p. Esta é apenas uma alteração cosmética, o comportamento permanece o mesmo.

As diretrizes adicionais incluem:

• Se você confia na Classe de Serviço (CoS - Class of Service), todas as interfaces devem ser marcadas. Nenhum deve ser definido como VLAN 0, porque isso indica que eles estão na VLAN nativa.
• Se você confia em CoS, as portas de switch conectadas à WLC devem ser portas de tronco definidas com o comando mls qos trust cos.
• As portas de switch conectadas aos access points (APs) de modo local e aos APs Hybrid Remote Edge Access Point (H-REAP)/FlexConnect sem LANs sem switch local (WLANs) devem ser portas de acesso definidas com o comando mls qos trust dscp.
• Se você confia em CoS, as portas de switch conectadas aos APs H-REAP/FlexConnect com pelo menos uma WLAN comutada localmente devem ser portas de tronco definidas com o comando mls qos trust cos.

WMM

Habilitar WMM em uma WLAN para criar a implementação mais simples de QoS; essa opção está na guia QoS no menu de configuração da WLAN. Outras configurações de política WMM são:

• Desativado - A WMM não está em uso na WLAN.
• Obrigatório - Os clientes devem suportar WMM ou não têm permissão para acessar a WLAN.
• Permitido - Os clientes que suportam WMM podem usá-lo, enquanto os que não suportam WMM ainda podem se conectar à rede. 

WMM é uma certificação da Wi-Fi Alliance, que é um subconjunto do padrão IEEE 802.11e completo.

A WMM permite que as estações sem fio (clientes e APs) priorizem e classificem cada pacote enviado em uma das quatro classes de acesso:

• Voz (AC_VO)
• Vídeo (AC_VI)
• Melhor esforço (AC_BE)
• Fundo (AC_BK) 

Para facilitar a computação, veja o 802.11b somente como os números inclinam ao lidar com o 802.11a/g/n. Sem a WMM, todos os pacotes recebem a mesma preferência no algoritmo de contenção sem fio, DCF (Distributed Coordination Function - Função de Coordenação Distribuída).  Antes de um pacote ser transmitido, a estação calcula um temporizador de backoff aleatório, que a estação deve ter antes de tentar enviar o pacote.  Sem WM e com DCF padrão, cada transmissão tem a mesma prioridade porque todos recebem a mesma variável de backoff. A variável é um backoff aleatório entre 0 e 31, em que a extremidade superior dobra, até um máximo de 1023, se ocorrer uma colisão e o pacote precisar ser tentado novamente. 

Note: A imagem a seguir é somente para fins de referência e não reflete os valores de WLC.

Com a WMM, os pacotes nas diferentes filas de classe de acesso são priorizados com base em variáveis de backoff aleatórias diferentes.

Os números de recuo atuais são os seguintes:

• AC_VO - varia entre 3 e 7
• AC_VI - varia entre 7 e 15
• AC_BE e AC_BK - intervalo entre 15 e 1.023

Assim, é muito mais provável que uma estação com tráfego de prioridade mais alta envie sua mensagem primeiro e possa repetir mais frequentemente em caso de colisões. 

A WMM também reduz os requisitos de Espaçamento entre Quadros para pacotes de alta prioridade, de modo que voz e vídeo possam ser enviados em surtos sem a necessidade de esperar tanto por dados de menor prioridade entre eles. Além disso, a WMM é necessária para obter taxas de dados 802.11n e 802.11ac. Isso significa que com a WMM desabilitada ou para clientes não-WMM, a taxa máxima de dados utilizáveis é de 54 Mbps.

Essa modificação do DCF é chamada de Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) e é essencialmente o que a certificação WMM retirou do 802.11e, que propôs um segundo mecanismo de acesso a meio.

Operação do switch CoS e DSCP

O Differentiated Services Code Point (DSCP) é uma tag na camada 3 do cabeçalho IP, portanto, ele sempre sobrevive durante a jornada do pacote. O DSCP contém um valor hexadecimal/decimal, mas geralmente é convertido em um nome amigável.

Por exemplo, um pacote de voz é geralmente marcado como encaminhamento expresso (EF), que tem um valor decimal de 46. Este quadro dá a correspondência:

Nome DSCP	Binário	Decimal	Precedência de IP
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

A sinalização de chamada é frequentemente marcada como CS3, enquanto a voz é EF. Normalmente, é preciso lembrar os nomes amigáveis em vez dos valores reais.

Os telefones IP ou mesmo aplicativos de software enviam tráfego de voz marcado como EF.

CoS é uma marca da camada 2, também chamada de 802.1p, que se encontra no cabeçalho da marca de VLAN 802.1q; portanto, ele está presente somente quando uma marca de VLAN está presente, como em portas de tronco. Por esse motivo, é uma marca não sobrevivente que desaparece quando o pacote é roteado para outra sub-rede ou quando o pacote passa por uma porta de acesso.

É perfeitamente aceitável que ambos os valores coexistam e sempre coexistam em portas de tronco.

Quando você insere o comando mls qos trust dscp em uma porta, o switch usa o valor DSCP em pacotes de entrada para colocar os pacotes na fila certa (voz interna, vídeo ou fila de melhor esforço). Quando o pacote é reenviado em outra porta, o switch define a marca CoS para corresponder ao DSCP, de modo que não haja conflito entre os dois valores; se a marca CoS estiver presente, ela será uma porta de tronco.

Quando você insere o comando mls qos trust cos em uma porta, o switch usa a marcação de CoS em pacotes de entrada para colocar o pacote na fila certa. Quando o pacote é enviado novamente, o switch faz com que o valor de DSCP corresponda ao CoS.

Com esse sistema, você não pode ter uma incompatibilidade, pois um valor é sempre reescrito para corresponder ao outro (o confiável). Assim, você pode confiar em DSCP nas portas de acesso e CoS nas portas de tronco. O valor de CoS é regravado pelo switch ao egressar em uma porta de tronco, mesmo que o valor não estivesse presente ao ingressar de uma porta de acesso.

Assim que você digita o comando mls qos globalmente em um switch, o switch exige que você execute o comando mls qos trust cos ou mls qos trust dscp em switchports. Caso contrário, os valores de CoS e DSCP serão substituídos em 0. Sem a configuração global do comando mls qos, qualquer tag permanece como está, mas o switch não usa filas de prioridade.

Marcas UP diferentes para a mesma classe de tráfego

A voz é marcada como CoS 5 em uma rede com fio, mas como 6 em WMM/802.11e. Isso é frequentemente confundido entre o padrão 802.1p e o padrão WMM. Cada vez mais fornecedores quebram o padrão 802.11e/WMM, pois marcam a voz como UP 5 no ar (a Microsoft com Lync é um exemplo famoso), portanto eles basicamente usam a tabela 802.1p em vez de 802.11e no ar. Isso é algo que deve ser observado, pois a Cisco ainda respeita o padrão 802.11e e marca a voz como 6 no ar. Esse é outro motivo para confiar em DSCP sobre CoS.

É por isso que, para maior flexibilidade, a primeira versão de manutenção do software 8.1 WLC adiciona o suporte de um mapa manual de QoS. Isso significa que, em vez de usar uma tabela de mapeamento estático como antes (por exemplo, um UP de 5 não será marcado como voz no DSCP com fio, mas sim como vídeo), o administrador pode decidir manter a confiança no valor DSCP original. Como tal, para o caso de uso mais clássico, você pode decidir confiar no DSCP EF que um cliente Microsoft Lync Windows enviará e manterá marcado como voz, em vez de notar que ele é enviado com UP 5 e baixá-lo para um DSCP de vídeo na rede.

Perfis de QoS

A primeira função de um perfil WMM (platina, ouro, prata, bronze) é definir o teto (o nível máximo de QoS que os clientes podem usar). Por exemplo, se você definir um perfil prata em uma WLAN, os clientes poderão enviar tráfego de segundo plano ou tráfego de melhor esforço, mas não poderão enviar voz ou vídeo. Se voz ou vídeo for enviado, eles serão tratados como o melhor esforço.

Da mesma forma, se você definir platina, os clientes poderão usar qualquer marca/classe de QoS. Isso não significa que tudo seja considerado voz. Isso significa que, se o laptop enviar tráfego de voz, ele será tratado como tal e, se o laptop enviar o melhor esforço (como a maioria dos laptops envia), ele também será tratado como o melhor esforço.

Outra função dos perfis WMM é definir a marca do tráfego não QoS. Se o WMM estiver definido como permitido, os clientes ainda poderão enviar quadros não QoS. Não confunda duas situações diferentes:

• Se um notebook suporta WMM (como a grande maioria dos laptops) e envia quadro de dados de QoS, ele usa uma marca 0 se não estiver marcando o tráfego.
• Se um laptop não suporta WMM e envia quadros de dados simples sem campo QoS, a WLC converte esses quadros de dados no perfil de QoS. Por exemplo, os quadros de dados são convertidos como tags de voz se você configurar platina.

Os perfis de QoS permitem que você pegue os valores de WMM usados no espaço sem fio e os traduza em marcas de QoS em uma rede com fio.  A configuração na WLC usa os mapeamentos recomendados do 802.11e, que são como a WMM é definida, como Voz = Platina = 6, Vídeo = Ouro = 5, Melhor Esforço = Prata = 3, Fundo = Bronze = 1.

No lado com fio, os roteadores e switches Cisco podem operar no DSCP nas marcas de camada 3 ou CoS na camada 2.  As marcas de CoS estão presentes na marca 802.1p/q que é adicionada aos pacotes para marcar a VLAN à qual o pacote pertence.  Esta tag 802.1q tem 16 bits de comprimento; 12 bits são usados para o ID da VLAN (0 a 4095), um bit não é usado e três bits são usados para as marcas de CoS (0-7).  Como os valores de CoS 6 e 7 têm um significado especial na rede com fio, a Cisco não envia os valores de WMM definidos como 6, 5, 3 e 1 para platina, ouro, prata e bronze. Em vez disso, a Cisco os converte nos valores de CoS de 5, 4, 0 e 1, como mostrado nesta tabela:

Acessar classe	Qualidade de Serviço	Valores de WMM	Valores de CoS traduzidos da Cisco
Voz	WMM Platinum	802,11e 6	802,1p 5
Vídeo	WMM Gold	802,11e 5	802,1p 4
O melhor esforço	Prata WMM	802.11e 0	802,1p 0
Background	Bronze WMM	802,11e 1	802,1p 1

O tráfego sem fio associado a um perfil de QoS de prioridade mais alta recebe uma marca de prioridade mais alta no lado com fio. O valor de CoS atribuído com base na WMM para a marcação 802.11e a 802.1q é mantido pelo AP e pela WLC de modo que os pacotes de Controle e Provisionamento de Pontos de Acesso Sem Fio (CAPWAP - Control and Provisioning of Wireless Access Points) recebam o mesmo nível de QoS com fio que o pacote, uma vez que o cabeçalho CAPWAP seja desligado pela WLC e enviado para a rede com fio. 

Da mesma forma, o tráfego da rede com fio que está em rota para um cliente sem fio tem um valor de CoS associado a ele que a Cisco copia para os pacotes CAPWAP que vão para o AP. Em seguida, o AP usa o valor de CoS para determinar a fila WMM apropriada a ser usada.

Interfaces WLC marcadas

É comum deixar a Interface de Gerenciamento da WLC em uma VLAN não rotulada/nativa.  Devido à marcação de CoS discutida anteriormente, essa não é uma escolha sábia se você habilitar a marcação 802.1p na WLC. Sem essa marca 802.1q, não há lugar para colocar as marcas de CoS e a QoS falha na Interface de Gerenciamento. 

Mesmo que você não coloque nenhuma WLAN na Interface de Gerenciamento, ainda poderá encontrar problemas de QoS com:

• Pacotes de controle CAPWAP enviados pela WLC aos seus APs
• Comunicações WLC internas
• Autenticação de back-end que se origina da Interface de Gerenciamento

Portanto, certifique-se de que todas as suas interfaces WLC estejam em VLANs rotuladas.

Recomendação DSCP

Devido ao fato de que cada vez mais fornecedores usam marcas do tipo 802.1p no ar em vez da tabela 802.11e original (ou seja, a voz é enviada como 5 UP em vez de 6), a Cisco recomenda agora confiar no DSCP de ponta a ponta para evitar confusões e incompatibilidades. O DSCP também oferece mais valores e opções, é mais resiliente para VLANs nativas e, portanto, é mais confiável para ser preservado em toda a rede.

Alteração de comportamento após a versão 7.2

Antes do WLC Release 7.2, não havia nenhuma limitação do valor interno CAPWAP DSCP. A primeira coisa a insistir é que o valor interno de DSCP não foi alterado e ainda não foi modificado a partir da versão 8.1. Assim, se uma estação final (sem fio ou com fio) enviar um pacote DSCP em uma WLAN Gold (=vídeo), a marcação Gold entre o AP e a WLC será aplicada, mas o pacote original manterá sua marcação DSCP original.

O que agora é modificado é com fio para pacotes sem fio que vêm com um valor de DSCP superior ao que a WLAN pode tolerar. A WLC, que agora confia no DSCP, regrava o valor de DSCP do encapsulamento CAPWAP externo para corresponder ao máximo de WLAN. A mesma reescrita acontece também na outra direção.

Informações Relacionadas

• Exemplo de QoS em controladores LAN sem fio e configuração de APs leves
• QOS em 8.0 - Vídeo que explica o comportamento de captura de DSCP da WLC
• Suporte Técnico e Documentação - Cisco Systems