CCNA Gün 40 - QoS (Quality of Service) Part 2 - Networkous

Bu Yazıda QoS Classification / Marking, PCP / CoS (Class of Service), IP ToS (Type of Service) Byte, RFC 4594, Trust Boundary, QoS Queuing / Congestion Management ve QoS Shaping / Policing Hakkında Bilgi Edineceğiz.

Bu Yazıdan Önce QoS Part 1 Yazısını okumanızı Tavsiye Ederim.

Classification

Ağ Sıkışıklığı Sırasında Belirli Trafik Sınıflarına (Traffic Class) Diğerlerine Göre Daha Fazla Öncelik Vermek için Kullanılır.

Trafiği Nasıl Sınıflandırabiliriz? Trafiği Sınıflandırmanın Birçok Yöntemi Vardır. İşte Bazı Örnekler:

• ACL

• ACL Tarafından İzin Verilen Trafik (Permit), Yüksek Öncelikli Olarak İşlem Görür ve ACL Tarafından Reddedilen (Deny) Diğer Trafik ise Düşük Öncelikli Olarak İşlem Görecektir. Bu, Dynamic NAT için ACL'yi Nasıl Kullandığımıza Benziyor.
• ACL, Trafiğe Gerçekten İzin vermek veya Reddetmek için Kullanılmaz. Yalnızca Belirli Bir Trafiği Tanımlamak için Kullanılır.

• NBAR (Network Based Application Recognition)

• Bazen TCP / UDP Port Numarası ve IP Adres gibi Bilgilere Bakmak Trafiğin Tam Olarak Hangi Türde Olduğunu Belirlemek için Yeterli Olmaz.
• NBAR, Trafik Türünü Tanımlamak için Layer 3 ve Layer 4 Bilgilerinin Ötesine Geçerek Layer 7'ye Kadar Bakmak için Deep Packet Inspection olarak Adlandırılan Şeyi Gerçekleştirir.
• Layer 2 ve Layer 3 Başlıklarında Trafiği Sınıflandırmak Amacıyla Kullanılan Belirli Alanlar Vardır.
• 802.1Q Etiketinin PCP (Priority Code Point) Alanı, Yüksek / Düşük Öncelikli Trafiği Belirlemek için Kullanılabilir. Fakat Bu Alan Yalnızca dot1q Etiketi Olduğunda Kullanılabilir.
• IP Başlığının DSCP (Differentiated Services Code Point) Alanı, Yüksek / Düşük Öncelikli Trafiği Tanımlamak için Kullanılabilir.

PCP / CoS (Class of Service)

PCP Ayrıca CoS (Class of Service) Olarak da Bilinir. Kullanımı IEEE 802.1p Tarafından Tanımlanmıştır.

PCP Length: 3 Bit = 8 Olası Değer (2^3 = 8).

Best Effort (Varsayılan) = PCP Value = 0

Best Effort, Verilerin Teslim Edildiğinin veya Herhangi Bir QoS Standardını Karşıladığının Garantisi Olmadığı Anlamına Gelir, Bu Varsayılandır. Normal Trafik, Yüksek Öncelikli Değildir. Normal Trafik PCP Alanında 0 Değerine Sahip Olacaktır.

Critical applications = PCP Value = 3

Video = PCP Value = 4

Voice = PCP Value = 5

Marking

• PCP veya DSCP Alanlarındaki Değeri Ayarlamak Anlamına Gelir.

• Mark -> İşaret, İşaretlemek - Marking -> İşaretleme.

• Ağ Cihazları, PCP veya DSCP Alanlarındaki İşaretlemelere Bakar ve Trafiği Yüksek / Düşük Öncelikli Olarak Sınıflandırır.

• IP Telefon, Çağrı Sinyal Trafiğini (Call Signal Traffic) PCP3 olarak İşaretler.

• Çağrı Sinyal Trafiği, Telefon Bağlantısı Kurmak için Kullanılır.

• IP Telefon, Gerçek Ses Trafiğini PCP5 olarak İşaretler.

Topoloji

PCP, Sadece 802.1Q Etiketinde Bulunduğundan Yalnızca Aşağıdaki Bağlantı Türleri Üzerinde Kullanılabilir:

• Trunk Bağlantı (Native VLAN Dışında).

• Voice VLAN'ın Kullanıldığı Access Bağlantı.

Yukarıdaki Resimde Turuncu Renkte Olan Bağlantılarda PCP Kullanılabilir (Layer 2). Bu Bağlantılar Üzerindeki Cihazlar, Diğer Cihazlara Trafiğe Belirli Bir Öncelik Düzeyiyle Bakmalarını Söylemek için PCP Alanını Bir Değer ile İşaretleyebilir. İşaretli Trafiği Alan Cihazlar, Trafiği Yüksek / Düşük Öncelikli Olarak Sınıflandırabilir.

PC'den Gelen Trafik, R1-R2 ve R2-External Network Arasındaki Trafikler dot1q ile Etiketlenmediğinden Dolayı PCP İşaretlemesi (PCP Marking) Kullanılamaz. PCP, Bu Bağlantılar Üzerindeki Trafiği Sınıflandırmak için Kullanılamaz.

Layer 3'te Classification ve Marking İşlemlerinin Nasıl Yapıldığına Bakalım.

IP ToS (Type of Service) Byte

• IPv4 ToS Byte: DSCP ve ECN.
• Bu Yazıda IPv4'e Odaklanacağız.

• IPv6 ToS Byte: Traffic Class.

ToS Byte (Eski)

• İlk 3 Bit olan IPP (IP Precedence) Alanı, Marking için Kullanıldı.

• IPP Marking, PCP Marking'e Benzer:

• 6 ve 7, Network Control Trafiği için ayrılmıştır (Router'lar Arasındaki OSPF Mesajları gibi).
• 5 = Voice.
• 4 = Video.
• 3 = Voice Signal.
• 0 = Best Effort.

• 6 ve 7 Dışında, Yalnızca Altı adet Olası Değer Kalır. Altı Değer, Birçok Ağ için Yeterli Olsa da Daha Karmaşık Ağların QoS Gereksinimleri Daha Fazla Esneklik Gerektirir.

ToS Byte (Geçerli)

• DSCP (Differentiated Services Code Point)

• Length: 6 Bit = 64 Olası Değer (2^6 = 64).
• RFC 2474, DSCP Alanını Tanımlar ve Diğer DiffServ RFC'leri, DSCP Alanının Kullanımı Hakkında Daha Ayrıntılı Bilgi Verir.
• DSCP, Toplam 64 Değere İzin Verdiğinden Classification ve Marking için Esneklik Sağlar.
• IPP'nin DSCP'ye Güncellenmesi ile Yeni Standart İşaretlere Karar Verilmesi Gerekiyordu. Farklı Trafik Türleri için Standart İşaretler Üzerinde Anlaşmaya Varılarak QoS Tasarımı ve Uygulaması Basitleştirilmiştir. ISP'ler ve Kuruluşlar Kullanılacak İşaretler Üzerinde Anlaştıkları için QoS Daha İyi Çalışır.
• Aşağıdaki Standart İşaretlerin Farkında Olmalısınız:

• DF (Default Forwarding) - Best Effort Traffic.
• EF (Expedited Forwarding) - Low Loss/Delay/Jitter Traffic (Genellikle Ses Trafiği için Kullanılır).
• AF (Assured Forwarding) - 12 Standart Değerden Oluşan Bir Set.
• CS (Class Selector) - 8 Standart Değerden Oluşan Bir Set. IPP ile Geriye Dönük Uyumluluk Sağlar.

QoS Yapılandırması (CCNA'de yok)

QoS Yapılandırmasında Trafiği Sınıflandırmak için class map Komutu kullanılır. Trafiği Sınıflandırırken Protokol, CoS, DSCP, NBAR gibi Seçenekleri Kullanabilirsiniz.

IP Başlığındaki DSCP Alanına göre Trafiği Sınıflandırmak için match dscp Komutunu yazıp ? (Question Mark) Kullandım. Seçenekleri Kontrol Edelim.

En Üstte DSCP Alanını 0'dan 63'e Kadar Ondalık Olarak Yapılandırma Seçeneği Bulunur. 

Bunun Altında 12 adet AF (Assure Forwarding) Değeri Bulunur. Sağdaki Açıklamada İkilik (Binary) Değeri Gösterilir. Örneğin AF11'in Binary Değeri 001 010'dur.

AF'nin altında 8 adet CS (Class Selector) Değeri Vardır. CS0 = DF (Default Forwarding).

En Altta EF (Expedite Forwarding) Seçeneği Vardır.

DF / EF

• DF (Default Forwarding)

• Best Effort Trafiği için Kullanılır.
• DF için DSCP İşareti 0'dır.

• Bir E-Posta Göndermek veya Dosya İndirmek gibi Standart Ağ Trafiğinde IP Başlığının DSCP Alanında Muhtemelen 000000 Olacaktır, Bu da Herhangi Bir Özel İşlem Gerektirmediğini Gösterir.

• EF (Expedited Forwarding)
• Low Loss/Latency/Jitter (Ses Trafiği) Gerektiren Trafik için Kullanılır.
• EF için DSCP İşareti 46'dır.

AF (Assured Forwarding)

• Dört Trafik Sınıfı Tanımlar. Bir Sınıftaki Tüm Paketler Aynı Önceliğe Sahiptir.
• Daha Yüksek Trafik Sınıfı Numarası = Daha Yüksek Öncelik.
• Her Sınıfta Üç adet Drop Precedence Seviyesi Vardır.
• Drop Precedence, Ağ Sıkışıklığı Sırasında Paketlerin WRED Nedeniyle Drop Edilme Olasılığını Belirtir. Daha Yüksek Drop Precedence Değeri, Paketlerin WRED Nedeniyle Drop Edilme Olasılığının Daha Yüksek Olduğu Anlamına Gelir.

• AF, AFXY Olarak Yazılır. X, Trafik Sınıfının Ondalık Numarası, Y, Drop Precedence Değerinin Ondalık Numarasıdır.

• Örnekler

• AF43, En Yüksek Değerdir.

• AF ile DSCP Değerleri Arasında Dönüştürme Yapabilmeniz Gerekir.

• AF Değerinden Ondalık DSCP Değerine Dönüştürme Formülü: 8X + 2Y

• AF41 = Higher Priority, Lower Drop Precedence = Best.

• AF13 = Lower Priority, Higher Drop Precedence = Worst.

CS (Class Selector)

• IPP ile Geriye Dönük Uyumluluk Sağlamak için Sekiz adet DSCP Değeri Tanımlar.

• DSCP için Eklenen Üç Bit 0'a Ayarlanır ve Orijinal IPP Bitleri 8 olası Değer için Kullanılır.

RFC 4594

• DF, EF, AF ve CS Değerlerinin Kullanımını Standartlaştırmak için Cisco'nun Yardımıyla Oluşturulmuştur.

• RFC 4594'de Bulunan Önemli Öneriler:

• Voice Traffic: EF

• Interactive Video: AF4x

• Streaming Video: AF3x

• High Priority Data: AF2x

• Best Effort: DF

• Hangi Trafiğin Hangi İşaretleri Alacağı, Ağın QoS Politikasını Belirleyen Mühendise Bağlıdır. Bunlar Sadece Standart Önerilerdir.

Trust Boundary

• Cihaz Tarafından Alınan Mesajın QoS İşaretine Güvenip / Güvenilmediği Yeri Tanımlar.

• Cihaz İşarete Güvenirse, İşareti Değiştirmeden Mesajı İletir.

• Cihaz İşarete güvenmezse, İşareti Yapılandırılan Politikaya göre Değiştirir ve Mesajı İletir.

Yukarıdaki Resimde PH1, SW1'e EF (DSCP) ve CoS5 (PCP) olarak İşaretlenmiş Mesaj Gönderiyor. SW1, PH1'den Gelen İşaretlere Güvenmez, Çünkü Trust Boundary'nin Dışındadır. Bu Nedenle SW1, DSCP İşaretlemesini EF'den DF'ye ve CoS İşaretlemesini CoS5'den CoS0'a Değiştirerek Mesajı R1'e İletir. R1 de 802.1Q Etiketini Kaldırır, Sadece DSCP DF İşareti ile Mesajı R2'ye İletir. Bu Yapılandırma İdeal Değil.

Ses Trafiğinin Yüksek Öncelikli Olmasını İstediğimiz için Genellikle IP Telefondan Gelen İşaretlere Güvenmek En İyisidir. Switch Portuna IP Telefon Bağlıysa, Trust Boundary'nin IP Telefona Taşınması Önerilir.

Trust Boundary, Doğrudan IP Telefonun Kendisinde Değil, IP Telefona Bağlı Switch Portunda Yapılandırılır. CCNA Sınavı için Trust Boundary Yapılandırmasını Bilmenize Gerek Yok.

Yukarı Resimdeki Örnekte PH1, EF ve CoS5 İşaretli Mesaj Gönderiyor. SW1 Bu İşaretlere Güvenir ve Onları Değiştirmez.

PC2, EF İşaretli Mesaj Gönderirse Switch Buna Güvenmemelidir. Örneğin Switch, EF İşaretini (DSCP 46), DF İşareti (DSCP 0) olarak Değiştirebilir. PC'den Gelen Trafik ile IP Telefondan Gelen Ses Trafiğine Aynı Önceliği Vermek İstemiyoruz.

Not: Queue -> Sıra, Kuyruk.

Not 2: Classification -> Sınıflandırma.

Queuing/Congestion Management

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

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

• RED ve WRED, Tail Drop Önlemek için Queue Belirli Bir Eşiğe Ulaştığında Paketleri Rastgele Şekilde Drop Eder.

• Router Paketleri FIFO Biçiminde Gönderir, Ancak Queue Dolar ve Paketler Drop Olmaya Başlar (Tail Drop). RED ve WRED, Paketleri Rastgele Şekilde Daha Erken Drop Ederek Bundan Kaçınmaya Yardımcı Olabilir.

• QoS'un Önemli Bir Özelliği, Birden Çok Sıra (Kuyruk - Queue) Kullanılmasıdır.

• Cihaz, Trafiği Çeşitli Faktörlere Göre Sınıflandırabilir (Örneğin IP Başlığındaki DSCP İşaretlemesi) ve Ardından Uygun Kuyruğa Yerleştirebilir.
• Cihaz Bir Defada Porttan Yalnızca Bir Frame İletebilir. Bu Nedenle Sıradaki Mesajın Hangi Kuyruk Trafiğinden İletileceğine Karar Vermek için Zamanlayıcı (Scheduler) Kullanılır.

Örnek

• Trafiği İleten Router Portunun Birden Çok Kuyruk ile Yapılandırıldığını Varsayalım.
• Giriş (Ingress) Trafiği Router Tarafından Alınır. Ingress, Sadece Gelen Trafik, Router'a Giren Trafik Anlamına Gelir.
• Ardından Yönlendirme (Routing) İşlemi Yapılır. Router, Trafiği Hangi Porttan Göndereceğine ve Gerekirse NAT gibi Diğer Şeylere Karar Verir.
• Ardından Trafiği Sınıflandırır (Classification) ve Uygun Kuyruğa Yerleştirir. Bu Örnekte Dört adet Kuyruk Var.
• Ardından Zamanlayıcı (Scheduler), Sıradaki Mesajın Hangi Kuyruk Trafiğinden İletileceğine Karar Verir ve Router, Her Seferde Bir Frame Olmak Üzere Trafiği İletir.

• Yaygın Bir Zamanlayıcı (Scheduler)  / Quening Yöntemi: Weighted Round-Robin.
• Weighted Fair Queuing (WFQ) Olarak da Bilinir.

• Round-Robin = Paketlerin Sırayla, Döngüsel Olarak Her Kuyruktan Alınması Anlamına Gelir.
• Weighted = Zamanlayıcı, Yüksek Öncelikli Kuyruklardan Daha Fazla Veri Alır.

• CBWFQ (Class-Based Weighted Fair Queuing) Bir Diğer Popüler Zamanlayıcı (Scheduler) / Quening Yöntemidir.

• Ağ Tıkanıklığı Sırasında Her Kuyruğa, Portun Bant Genişliğinin Belirli Yüzdesini Garanti Eder ve Weighted Round-Robin Kullanır.

• Cihaz, Döngü Halinde Her Kuyruktan Önceliğe göre Trafik Gönderen Weighted Round-Robin Kullanır ve CBWFQ Sayesinde Ağ Sıkışıklığı Durumunda Bile Her Kuyruk Garantili Bir Minimum Bant Genişliğine Sahip Olur.

• Round-Robin Zamanlayıcı Yöntemi, Ses / Video Trafiği için Uygun Değildir. Trafik, Garantili Bir Minimum Bant Genişliği Alsa Bile Yüksek Öncelikli Ses / Video Kuyruklarının Zamanlayıcıda Sıra Beklemesi Gerektiğinden Delay ve Jitter Değerleri Artabilir.

• LLQ (Low Latency Queuing), Bir veya Daha Fazla Kuyruğu Strict Priority Queue olarak Belirler. Priority Queuing (PQ) Olarak da Bilinir.

• Strict Priority Queue, Yüksek Öncelikli Kuyrukta Trafik Varsa Kuyruk Boş Olana Kadar Zamanlayıcının Her Zaman O Kuyruktan Paket Almasını Sağlar.

•  Bu, Ses / Video Trafiğinin Delay ve Jitter Değerlerini Azaltmak için Çok Etkilidir. Trafik Öncelik Sırasına Girer Girmez Zamanlayıcı Kuyruktaki Tüm Trafiği İletecektir.

Strict Priority Queue Olarak Belirlenen Kuyrukta Sürekli Olarak Trafik Varsa, LLQ'nun Diğer Kuyrukları Potansiyel Olarak Aç Bırakma Dezavantajı Vardır. Diğer Kuyruklar, Trafik Göndermek için Hiçbir Zaman Sıra Alamayabilir.

Policing, Strict Priority Queue Olarak Belirlenen Kuyrukta İzin Verilen Trafik Miktarını Kontrol Edebilir. Böylece Kuyruk, Portun Tüm Bant Genişliğini Kullanmaz.

Router, Örneğin DSCP İşaretine Bakarak Trafiği Sınıflandırır ve Ardından Uygun Kuyruğa Yerleştiririr. Zamanlayıcı, Örneğin Weighted Round-Robin Kullanarak Paketleri Döngüsel Olarak Her Kuyruktan İletir. Zamanlayıcı, Yüksek Öncelikli Kuyruklardan Daha Fazla Veri Alacaktır. LLQ'nin Eklenmesiyle Yüksek Öncelikli Kuyruktaki Paketleri Hemen İletmek için Strict Priority Queue Kullanılabilir. Ayrıca Kuyruklar Dolduğunda Tail Drop Önlemek için RED ve WRED gibi Ağ Sıkışıklığını Önleme Araçları Kullanılabilir.

Not: Diğer Bir Quening Yöntemi: Custom Queuing (CQ) (İsim olarak Bilmeniz Yeterli, Ayrıntılı Olarak Öğrenmemize Gerek Yok)

Shaping / Policing

• Trafik Miktarını Kontrol Etmek için Kullanılırlar.

• Önceki Queuing ve Scheduling Örneklerinde Portların Tam Kapasitede veya Kapasitenin Ötesinde Çalıştığını Varsaymıştık (Paketlerin Kuyruğa Alınması).

• Bununla Birlikte Trafik Miktarının Bağlantının Gerçek Maksimum Kapasitesinin Altında Bir Kapasite ile Sınırlandırılmasının İstendiği Durumlar da Vardır.

• Trafik Hızı Yapılandırılan Hızı Aşarsa Shaping, Trafiği Bir Kuyrukta Arabelleğe Alır. Bu, Az Önce Gösterdiğim Konsept ile Aynı, Ancak Bağlantının Gerçek Kapasitesi Yerine, Bağlantıda Yapılandırılan Trafik Hızı Baz Alınır.

• Trafik Hızı Yapılandırılan Hızı Aşarsa Policing, Trafiği Drop Eder. Ancak Yine de Bir Miktar Esneklik Sağlar.

• Kısa Bir Süre için Yapılandırılan Hızın Üzerindeki Yoğun Trafiğe İzin Verilir.

• Bazı Uygulamalar Doğası Gereği Bir Anda Veri Gönderebilir (Burst Traffic). Sabit Bir Veri Akışı Yerine, Patlamalar Halinde Veri Gönderirler. İzin Verilen Burst Trafik Miktarı Yapılandırılabilir.

• Her İki Durumda da (Shaping / Policing), Farklı Trafik Türleri için Farklı Trafik Hızlarına İzin Vermek için Kullanılabilir.

• Neden Trafiğin Gönderildiği / Alındığı Hızı Sınırlamak İstiyoruz? Yaygın Bir Durumu Göstermek için Aşağıdaki Resimde Örnek Bir Ağ Var.

• Customer Router, ISP Router'a Bağlıdır. Customer, Router'ın G0/0 Portunda Shaping Outbound Yapılandırır ve ISP, Router'ın G0/0 Portunda Policing Inbound Yapılandırır.
• Fiziksel Portlar Gigabit Ethernet (1000 Mbps) Olmasına Rağmen Belki de Bu Müşteri 300 Mbps Bağlantı için Ödeme Yapıyor. ISP Diyor ki 300 Mbps Bağlantı için Ödeme Yaptınız, Bu Yüzden Gelen Trafiği 300 Mbps Hıza Kadar Sınırlayacağım.
• Daha Sonra Müşteri, 300 Mbps'den Daha Hızlı Trafik Gönderirsem ISP Tarafından Kabul Edilmeyecek, Bu Nedenle Shaping Outbound'u (Giden Trafik) 300 Mbps Olarak Yapılandırmalıyım.

• Shaping ve Policing için Çeşitli Olası Kullanımlar Vardır.

Bu Konu Ayrıntılı Olduğundan Öğrendiğimiz Bilgilerin Özetini Geçelim.

Classification/Marking: Router ve Switch'in Hangi Trafiğe Daha Yüksek Öncelik Vermesi Gerektiğini Belirler.

• Classification: Farklı Trafik Türlerinin Sınıflandırılması Anlamına Gelir.

• Marking: Sınıflandırılmada Kullanılmak Üzere Layer 2 (PCP) ve Layer 3 (DSCP) Değerlerinin İşaretlenmesi Anlamına Gelir.

Trust Boundary

Quening/Congestion Management

• Multiple Queues.

• Weighted Round-Robin Schedule.

• CBWFQ.

• LLQ.

Shaping / Policing: Gönderilen veya Alınan Trafiğin Hızını Kontrol Etmek için Kullanılan Araçlardır.

Quizs

Cevaplar (Sırası ile):

• b, d, e

• d (DSCP 46)

• b

• a

• IP Telefonlardan Gelen İşaretlere Güvenilmeli, Fakat Bilgisayarlardan Gelen İşaretlere Güvenilmemelidir. IP Telefon, Ses Trafiğini Genellikle EF ve CoS5 olarak İşaretler. Bilgisayarlardan Gelen Trafik, Ses Trafiği için Ayrılmış Yüksek Öncelikli Kuyrukları Doldurmaması için Düşük Öncelikli olarak İşaretlenmelidir. Bilgisayarda Kullanılan Zoom veya WebEx gibi Uygulamalar Yüksek Öncelikli Hizmete İhtiyaç Duysa Bile Bu Paketleri Switch veya Router'da Yüksek Öncelikli olarak İşaretleyebiliriz.

• b

ANKI

Okuduğunuz için teşekkürler.