CCNA Gün 39 - QoS (Quality of Service) Part 1 - Networkous

Bu Yazıda IP Phone, Voice VLAN ve PoE (Power over Ethernet) Hakkında Bilgi Edinip QoS (Quality of Service) ve QoS Queuing Konularına Giriş Yapacağız.

QoS, Gecikme / Paket Kaybı gibi Durumları En Aza İndirmek için Belirli Ağ Trafiği Türlerine Öncelik Vermek için Kullanılır.

QoS Konusu Toplam İki Bölümden Oluşmaktadır. Bu Yazı, QoS Konusunun İlk Bölümüdür.

İkinci Bölümde QoS Classification / Marking, PCP / CoS (Class of Service), IP ToS (Type of Service) Byte, RFC 4954, Trust Boundary, QoS Queuing / Congestion Management ve QoS Shaping / Policing Hakkında Bilgi Edineceğiz.

IP Phone

Geleneksel Telefonlar PSTN (Public Switched Telephone Network) Üzerinden Çalışır. Bazen Buna POTS (Plain Old Telephone Service) Denir.

IP Phone, IP Ağı Üzerinden Telefon Araması Gerçekleştirmek için VoIP (Voice over IP) Teknolojisini Kullanır.

Ses Verileri IP Paketlerinde Kapsüllenir ve Ağ Üzerinden Gönderilir. IP Phone, Diğer Hostlar gibi Switch'e Bağlanır.

Topoloji

Yukarıdaki Resimde Her Biri Switch Portuna Bağlı Bir PC ve IP Phone Görüyorsunuz. Bu Tür Bir Tasarım İşe Yarar ve Bir Seçenektir. Ancak Bu Seçenekten Çok Daha İyi ve Daha Yaygın Bir Yaklaşım Vardır.

IP Phone, Üç Portlu Dahili Switch'e Sahiptir.

• 1 Port, Harici Switch'e Bağlanan Uplink Bağlantısıdır.

• 1 Port, PC'ye Bağlanan Downlink Bağlantısıdır.

• 1 Port Dahili olarak IP Telefonun Kendisine Bağlanır.

IP Phone, Üç Porta Sahip Küçük Bir Dahili Switch'e Sahiptir. Bunlardan Biri Ethernet Kablosuyla Switch'e Bağlanır. Biri Ethernet Kablosuyla PC'ye Bağlanır. Sonuncusu ise Dahili olarak IP Telefonun Kendisine Bağlanır. 

Bu Tasarım Öncekinden Neden Daha İyi? PC ve IP Phone, Tek Bir Switch Portunu Paylaşabilir. PC'den Gelen Trafik, IP Telefondan Switch'e Gider. IP Telefonun Kendisinden Gelen Trafik de Switch'e Gider.

Böylece Aynı Sayıda Cihaz ile Switch'deki Port Sayısının Yarısını Kullanabiliriz, Bu da Daha Az Switch'e İhtiyacımız olduğu Anlamına Gelir (Maliyetler Düşer).

IP Telefondan Gelen Voice Trafiği ile PC'den Gelen Data Trafiğini Ayrı VLAN'lara Ayırmalıyız.

QoS Yapılandırırken IP Telefondan Gelen Trafiği Belirleyebilmek ve Buna Normal Data Trafiğinden Daha Yüksek Öncelik Vermek İstiyoruz. Bu, Voice VLAN Kullanılarak Gerçekleştirilebilir. PC'den Gelen Trafik Etiketlenmez, Ancak IP Telefondan Gelen Trafik Bir VLAN ID ile Etiketlenir.

Voice VLAN Yapılandırma Komutu (config-if): switchport voice vlan vlan-id

Switch Port Mode, Trunk Encapsulation Type, Access / Voice VLAN Hakkında Bilgi Görüntüleme Komutu: show interfaces [interface-id] switchport

VLAN ve DTP/VTP Konularında Eksiğiniz Varsa veya Tekrar Etmek İsterseniz İlgili Yazıları Okumanızı Tavsiye Ederim.

PC ve IP Telefonun Farklı VLAN'lar Kullandığına Dikkat Edin. Bu Yapılandırma ile Birlikte PC1 Trafiğini Normal Şekilde Etiketlemeden olarak Gönderir.

SW1, PH1'e Trafiğini VLAN 11 olarak Etiketlemesini Söylemek için CDP Kullanır.

Dolayısıyla Bu Access Port Artık Birden Çok VLAN'dan Gelen Trafiği Kabul Ediyor. Ne Tür Bir Port Birden Çok VLAN Trafiği Taşır? Trunk Port. Peki G0/0 Trunk Port Mu? Trunk Değil, switchport mode access Komutu ile Access Port olarak Yapılandırdık.

Administrative Mode: static access

Operational Mode: static access

Access Mode VLAN: 10

Voice VLAN: 11

10 ve 11 Olmak Üzere İki VLAN Trafiği Taşınmasına Rağmen G0/0, Trunk Port olarak Kabul Edilmez. Access Port olarak Kabul Edilir.

show interfaces g0/0 trunk Komutunda da Hiçbir Şey Görüntülenmedi, Bu G0/0'ın Trunk Port olmadığı Anlamına Gelir.

Status: not-trunking (Trunk Port Değil).

Topoloji

IP Telefonun Elektrik İhtiyacını Gidermek için Duvar Prizine veya Başka Bir Elektrik Prizine Takabiliriz. Ekstra Elektrik Prizi Gerektirmeyen Daha İyi Bir Çözüm Var: PoE (Power over Ethernet).

PoE (Power over Ethernet)

PSE'nin (Power Sourcing Equipment) Ethernet Kablosu Üzerinden PD'ye (Powered Device) Elektrik Gücü Sağlamasına Olanak Tanır.

Tipik olarak PSE Bir Switch'dir. PD ise IP Phone, IP Camera, Wireless AP, vb. olabilir. Güç Sağlamak ve Veri İletmek için Tek Bir Ethernet Kablosu Kullanılır, Ayrı Kabloya İhtiyacınız Yok. 

PSE olan Switch, Prizden AC Power Alır, Bunu DC Power'a Dönüştürür ve Bu DC Power'ı PD'lere Verir.

Duvar Prizine Bağlı Switch: PSE (Power Sourcing Equipment).

IP Phone: PD (Powered Device).

Priz AC Power Sağlar, Ancak Elektronik Cihazlar DC Power Kullanır. Switch, AC Power'ı DC Power'a Dönüştürür ve IP Telefonlara Verir. Ethernet Kablosu Veri İletmek için de Kullanılır.

Cihazlara Elektrik Akımı Sağlama Konusunda Dikkatli Olmalısınız. Çok Fazla Elektrik Akımı PD'lere Zarar Verebilir.

PoE, Bağlı Cihazın Güce İhtiyacı Olup Olmadığını ve Gerekiyorsa Ne Kadar Güce İhtiyacı Olduğunu Belirleyen Bir Sürece Sahiptir:

• Temel Olarak Cihaz, PoE Özellikli Switch Portuna Bağlandığında PSE (Switch) Düşük Güç Sinyalleri Gönderir, Yanıtı İzler ve PD'nin Ne Kadar Güce İhtiyacı Olduğunu Belirler. Gönderilen Bu İlk Sinyaller, PSE'nin Bağlı Cihaza Çok Fazla Güç Verip Zarar Vermemesi için Çok Zayıftır.

• Bağlı Cihaza Güç Gerekiyorsa PSE, PD'nin Boot Yapmasına İzin Vermek için Güç Sağlar.

• PSE, PD'yi İzlemeye ve Gerektiğinde Güç Sağlamaya Devam Eder, Ancak Yine de Çok Fazla Güç Sağlamaz.

PD'nin Çok Fazla Güç Almasını Engelleyen Özelliğe Power Policing Adı Verilir.

Temel PoE Yapılandırması

Varsayılan Ayarlar ile Power Policing Yapılandırma Komutu (config-if): power inline police

PD Çok Fazla Güç Çekerse Port Devre Dışı Bırakılır (err-disable) ve Bir Syslog Mesajı Gönderilir. Bu Durum, power inline police action err-disable Komutuna Eşdeğerdir. Bu Komutların Her İkisi de Power Policing için Varsayılandır ve Aynı Etkiye Sahiptir. Port, err-disable Durumuna Getirilir ve Ardından shutdown - no shutdown Komutları Uygulanarak Yeniden Etkinleştirilebilir.

power inline police action log komutu, PD Çok Fazla Güç Çekerse Portu Kapatmaz. Yalnızca Portu Yeniden Başlatacak ve Bir Syslog Mesajı Gönderecektir. Port Yeniden Başlatıldığında PD'nin Gücü Kesilecektir. Ardından PSE ile PD Arasında Güç İhtiyacını Yeniden Hesaplayan Süreç Başlayacaktır.

Power Policing Yapılandırılmış Port Hakkında Bilgi Görüntüleme Komutu: show power inline police interface-id

SW1 G0/0 Portunda power inline police Komutunu Verdim. Ardından show power inline police g0/0 Komutunu Kullandım.

Available: 800(w) Used: 32(w) Remaining: 768 (w)

• Switch'in (PSE) Ne Kadar Güç Sağladığını ve Ne Kadarının Kullanıldığını Belirten Bilgi.

Admin Police: errdisable

• Varsayılan Olarak errdisable Durumunun Kullanıldığını Görebilirsiniz.

SW1 G0/0 Portunda Bu Sefer power inline police action log Komutunu Verdim. Ardından show power inline police g0/0 Komutunu Kullandım.

Admin Police: log

PoE Standartları

Ethernet ve Fast Ethernet Kablolarındaki 1-2 ve 3-6 Pinleri, Veri Alma ve Gönderme için Kullanıldı. 4-5 ve 7-8 Pinleri ise Güç için Kullanılmıştır.

Bilgisayarların Güç Alması için Yine de Bir Prize Takılması Gerekir.

IP Telefondan Gelen Ses Verilerine Daha Yüksek Öncelik Vermek ve Yüksek Ses Kalitesi Sağlamak için QoS Kullanacağız.

QoS (Quality of Service)

QoS Neden Oluşturuldu? Tarihçesine Basitçe Bakalım.

Voice Trafiği ve Data Trafiği, Tamamen Ayrı Ağlarda Kullanıldı.

• Voice Trafiği, PSTN Ağını Kullandı.

• Data Trafiği, IP Ağını Kullandı.

Farklı Trafik Türleri Bant Genişliği için Rekabet Etmediğinden QoS Gerçekten Gerekli Değildi. Örnek olarak İnternet Bağlantısı Meşgulse Telefon Görüşmesinin Ses Kalitesi Etkilenmez. PSTN Tamamen Ortadan Kalkmadı, Tüm Dünyada Hala Kullanılıyor. Ancak Bundan Sonra Yalnızca IP Ağına Odaklanacağız.

Günümüzde IP Telefon, Video, Web gibi Trafiklerin Tümü Aynı IP Ağını Paylaşır. Buna Modern Ağ (Converged Network) Diyoruz.

Converged Network, Voice / Video Trafiği için Daha Gelişmiş Özelliklerin Yanı Sıra Maliyet Tasarrufu Sağlar. Örneğin IP Telefon, Cisco WebEx veya Microsoft Teams gibi Yazılımlar ile Entegre Olabilir.

Ancak Artık Farklı Trafik Türlerinin Bant Genişliği için Rekabet Etmesi Gerekiyor. Yeterli Miktarda Kullanılabilir Bant Genişliği Varsa ve Ağ Sıkışık Değilse Bu Bir Sorun Değildir. Ağ Sıkışıklığı (Network Congestion), Gecikme gibi Şeylere Duyarlı Olan Voice / Video Trafiği için Sorun Oluşturabilir.

Ağ Cihazları Tarafından Farklı Trafik Türlerine Farklı Öncelik Uygulamak için QoS Kullanılır. Belirli Trafik Türleri Daha Yüksek Öncelikli İşlem Görürken Diğer Trafik Türleri Daha Düşük Öncelikli İşlem Görür.

QoS, Ağ Trafiğinin Aşağıdaki Dört Özelliğini Yönetmek için Kullanılır.

1. Bandwidth

• Bağlantının Toplam Kapasitesini İfade Eder ve Bit Per Second (Kbps, Mbps, Gbps, ..) Cinsinden Ölçülür.

• QoS, Belirli Trafik Türleri için Belirli Miktarda Bandwidth Ayırmanıza Olanak Tanır. Örneğin Bir Bağlantının Bandwidth'inin %20'sini Voice Trafiği için, %30'unu Önemli Veri Trafiği Türleri için ve %50'sini Diğer Tüm Trafik için Ayırabilirsiniz.

2. Delay

• Delay Ölçmenin İki Ana Yolu Vardır:

• Trafiğin Kaynaktan Hedefe Gitmesi için Geçen Süre = One-Way Delay.

• Trafiğin Kaynaktan Hedefe Gitmesi ve Geri Dönmesi için Geçen Süre = Two-Way Delay.

3. Jitter

• Jitter, Aynı Uygulama Tarafından Gönderilen Paketler Arasındaki One-Way Delay Değişikliğidir.

• Bazı Paketler Hedefe 10 ms'de Ulaşırken Bazıları 100 ms'de Ulaşırsa Bu Çok Fazla Jitter'e Neden Olur, Her Paketin Hedefe Ulaşmasının Ne Kadar Sürdüğü Konusunda Belirsizlik Vardır.

• Jitter, Telefon Aramalarının Ses Kalitesini Olumsuz Etkiler, Bu Nedenle IP Telefonlarında Ses Paketlerine Sabit Gecikme (Delay) Sağlamak için Jitter Buffer Kullanılır. Jitter Çok Yüksekse Buffer'ı Aşar ve Ses Kalitesi Düşer.

4. Loss

• Gönderilen ve Hedeflerine Ulaşmayan Paketlerin Yüzdesini (%) İfade Eder.

• Hatalı Kablolar veya Ağ Sıkışıklığından Kaynaklanabilir. Bir Cihazın Paket Sırası Dolduğunda ve Cihaz Paketleri Çöpe Atmaya Başladığında da Meydana Gelebilir. Bazı Ses Paketleri Hedeflerine Ulaşamazsa Bunun Arama Kalitesi Üzerinde Olumsuz Bir Etkisi Olacağı Açıktır.

Kabul Edilebilir Arama Kalitesi için Aşağıdaki Standartlar Önerilir:

• One-Way Delay <= 150 ms

• Jitter <= 30 ms

• Loss <= 1%

Bu Standartlar Karşılanmazsa Ses Kalitesinde Gözle Görülür Bir Düşüş Olabilir, Kullanıcı Deneyimi Düşer.

QoS - Queuing

Ağ Cihazı, Mesajları İlettiği Portunda İletebileceğinden Daha Hızlı Mesaj Alırsa, Mesajlar Sıraya (Queue) Yerleştirilir.

Örneğin Aşağı Resimdeki Router, G0/0 ve G0/1 Portlarında G0/2 Portunun İletebileceğinden Daha Hızlı Mesaj Alıyor.

Böylece G0/2 Portu için Queue Dolmaya Başlar.

Varsayılan Olarak Mesajlar First In First Out (FIFO) Biçiminde İletilir. Bunun Anlamı Mesajların Alındıkları Sıra ile Gönderileceğidir. Herhangi Bir Trafiğe Özel Muamele Yapılmaz.

Queue Dolarsa Ne Olacak? 

Queue Dolduğunda Gelen Yeni Paketler Çöpe Atılacaktır (Drop). Buna Tail Drop Denir.

Tail Drop, Sadece Paketler Çöpe Atıldığı için Değil, TCP Global Synchronization Adı Verilen Bir Şeye Yol Açabileceği için de Zararlıdır.

TCP'nin Sliding Window Özelliğini Hatırlayalım.

• TCP Kullanan Hostlar, Gerektiğinde Trafik Gönderme Hızını Attırmak ve Azaltmak için Sliding Window Kullanır.

• Host Trafik Gönderirken Hızını Arttırmaya Çalışacaktır.

• Bir Paket Drop Olduğunda Host Paketi Yeniden İletecektir. Ancak Bu Olduğunda Host, Trafik Gönderim Hızını Düşürür.

• Ardından Hızı Tekrar Kademeli Olarak Arttıracak ve Başka Bir Paket Drop Olursa İşlem Tekrar Edecektir.

Queue Dolduğunda ve Tail Drop Gerçekleştiğinde Trafik Gönderen Tüm Hostlar Trafik Gönderme Hızını Yavaşlatır. Daha Sonra Tüm Hostlar Trafik Gönderme Hızını Arttıracak, Bu da Ağ Sıkışıklığına ve Paketlerin Drop Edilmesine Neden Olacak ve Ardından Süreç Tekrarlanacaktır.

Ağ Sıkışıklığı (Network Congestion), Tail Drop'a Neden Olur ve Bu da Global TCP Windows Size Azalmasına Neden Olur. Global Derken TCP Trafiği Gönderen Tüm Hostları Kastediyoruz. Bu da Ağ Kapasitesinin Yeterince Kullanılmamasına Yol Açar. Tüm Hostlar İletim Hızlarını Düşürür, Bu Nedenle Trafiği Olabildiğince Hızlı Göndermezler. Ardından Tüm Hostlar Trafiği Şuanda Olduğundan Daha Hızlı Gönderebildiklerini Fark Ederek Global TCP Windows Size'i Aynı Anda Artıracaktır. Bu, Bir Kez Daha Ağ Sıkışıklığına (Network Congestion) Yol Açar ve Süreç Dalgalar Halinde Tekrarlanır. Aşırı Kullanım, Yetersiz Kullanım, Aşırı Kullanım, Yetersiz Kullanım, ..

Tail Drop ve TCP Global Synchronization Önlemeye Yönelik Çözüm: RED (Random Early Detection).

Queue'deki Trafik Miktarı Belirli Bir Eşiğe Ulaştığında, Cihaz TCP Akışlarından (TCP Flow) Paketleri Rastgele Drop Etmeye Başlar. Taildrop Gerçekleşmeden Önce Paketler Rastgele Drop Edildiği için Trafiğin Gönderilme Hızı Düşer ve Trafik Miktarının Dengede Tutulması Sağlanır. RED Tüm Trafik Türlerini Aynı Şekilde Ele Almaktadır. Genel Bir Eşik Vardır ve Queue'deki Trafik Miktarı Eşiği Geçerse Cihaz Paketleri Rastgele Drop Edecektir.

WRED (Weighted Random Early Detection) Adlı Geliştirilmiş Sürüm, Trafik Sınıfına (Traffic Class) Bağlı Olarak Hangi Paketlerin Drop Edileceğini Kontrol Etmemize Olanak Tanır. Örneğin Queue Bu Kadar Doluyken HTTP Paketlerinin, Queue Bu Kadar Doluyken FTP Paketlerinin, vb. Drop Edilmesini Sağlayabilirsiniz. Düşük Öncelikli olarak Yapılandırdığınız Trafik Türleri Daha Erken Drop Edilir.

Bir Sonraki Yazıda Trafik Sınıflarını ve QoS'un Çalışmasını Daha Ayrıntılı Olarak İnceleceğiz.

Quizs

Cevaplar (Sırası ile):

• a, d -> G0/0 Portuna Bağlı IP Telefon, CDP Kullanarak VLAN 99'da Olduğunu Öğrenmeli ve Ardından Gönderdiği Trafiği VLAN 99 ile Etiketlemelidir. Portta switchport mode access vlan-id Komutu Yoktur, Bu Nedenle Data Trafiği için Varsayılan VLAN, VLAN 1 Kullanılır. IP Telefona ve G0/0'a Bağlı Bilgisayar Tarafından Gönderilen Data Trafiği Etiketlenmeden Gönderilir.
• c
• b, c, e
• d
• a

LAB - ANKI

LAB Çözümü Sonradan Bu Yazıya Eklenecektir.

Okuduğunuz için Teşekkürler.