Механизмы SP, WRR, SP&WRR на MES2300-xx/3300-xx/3500-xx/5312/53xxA/53xx-xx/54xx-xx/5500-32

Strict priority (SP) — это алгоритм приоритеных очередей, который предполагает передачу всех пакетов/кадров наиболее приоритетной очереди и переход к обработке менее приоритетной, только после того как высокоприоритетная станет пустой. При этом, если в процессе обработки низкоприоритетной очереди приходит пакет в высокоприоритетную, диспетчер переключится на нее. SP подходит для критически чувствительных к потерям типов трафика, к примеру голоса или пакетов сигнальных протоколов, наподобие bfd, так как может обеспечить им гарантированную передачу.

Weighted Round Robin (WRR) - это алгоритм, который обеспечивает обработку очередей в соответствии с их весом. Диспетчер циклически проходит по всем очередям и пропускает пакеты из каждой кратно ее весу, это позволяет не допустить использование отдельным приложением всех доступных к пересылке ресурсов.

В случае использования комбинации SP и WRR на одном интерфейсе, очереди с алгоритмом SP будут обслуживаться раньше очередей WRR.

В эксплуатации WRR не имеет практического применения, так как ограничение полосы пропускания, установленное весами, работает исключительно при переполнения полосы пропускания порта. В случаях, когда поток трафика действительно превышает пропускную способность порта, то трафик будет ограничиваться по всем очередям в соответствии с установленными весами. К примеру, при работе WRR, чувствительный к потерям трафик (UDP трафик) пострадает, даже если ему выставлен высокий вес, поэтому в эксплуатации рекомендуется применять SP с целью исключения дропов по очередям, где протекают важные сервисы.

Далее рассмотрим, как работают эти механизмы на практике при помощи iperf. Уточню, что полученные результаты разнятся с ожидаемыми с небольшой погрешностью, это является нормальным и ожидаемым поведением. Для более точного измерения необходимо использовать генераторы трафика.

Ниже представлена конфигурация коммутатора:

console#show running-config
vlan database
vlan 16
exit
!
qos advanced ports-trusted
qos advanced-mode trust dscp
!
priority-queue out num-of-queues 5
wrr-queue bandwidth 1 2 3
!
interface GigabitEthernet1/0/15
switchport access vlan 16
exit
!
interface GigabitEthernet1/0/16
traffic-shape 100000
switchport access vlan 16
exit
!
!
end

Пояснение по некоторым командам QoS:

qos advanced ports-trusted - команда разрешает коммутатору использовать QoS в расширенном режиме конфигурации (advanced), включающий полный перечень команд настройки QoS. В этом подрежиме (ports-trusted) все пакеты направляются в выходную очередь на основании dscp/cos в пришедших пакетах/кадрах.

qos advanced-mode trust dscp - при помощи этой команды, мы говорим коммутатору доверять исключительно значению DSCP в IPv4/IPv6-пакетах.

priority-queue out num-of-queues 5 - командой задается количество приоритетных очередей, которые обрабатываются согласно SP (установлено 5).

wrr-queue bandwidth 1 2 3 - командой присваивается вес исходящим очередям, используемый механизмом WRR, веса назначены для 1-ой, 2-ой, 3-ей очередям соответственно.

В тестах также будут участвовать следующие dscp

В описании следующих опытов будет сказано, что мы отправляем поток данных с определенной меткой dscp, чтобы трафик был направлен в необходимую нам очередь. Информация о том, в какую очередь будет отправлен трафик в зависимисоти от метки DSCP, содержится в таблице qos map dscp-queue. Посмотреть эту таблицу можно при помощи следующей команды: show qos map dscp-queue

Ниже пример вывода команды:

console#show qos map dscp-queue
 
Dscp-queue map:
d1 : d2  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9
-------------------------------------
0 :     02 01 01 01 01 01 01 01 01 01
1 :     03 03 03 03 03 03 07 04 04 04
2 :     04 04 04 04 07 05 05 05 05 05
3 :     05 05 07 06 06 06 06 06 06 06
4 :     07 08 08 08 08 08 08 08 07 07
5 :     07 07 07 07 07 07 07 07 07 07
6 :     07 07 07 07

d1 - это первый символ метки DSCP
d2 - это второй символ метки DSCP

Соответственно, трафик с меткой DSCP 27 попадёт в пятую очередь.

Проверка алгоритма Strict Priority (SP)

Описание проводимого опыта:

Отправим с iperf-клиента три потока данных по 50 Мбит/сек с такими метками dscp, чтобы на коммутаторе они были выставлены в 4,5,6 выходящие очереди. Как отображено выше, согласно SP, пакеты будут обрабатываться сначала в наиболее приоритетных очередях. Таким образом, сначала будет обрабатываться поток данных в 6-ой очереди: это означает, что из общей пропускной способности в 100 Мбит/сек будет задействовано 50 Мбит/сек, далее поток данных в 5-ой очереди точно также займет 50 Мбит/сек из оставшихся 50 Мбит/сек, это означает то, что для прохождения трафика в 4-ой очереди не останется ресурсов.

Ожидаемый результат:

Отправляем три потока 50 Мбит/сек в 4,5,6 очереди соответственно:

iperf -c 192.168.16.1 -u -t 20 -S 0x45 -b 50m -i

iperf -c 192.168.16.1 -u -t 20 -S 0x70 -b 50m -i

iperf -c 192.168.16.1 -u -t 20 -S 0x85 -b 50m –i

На клиенте iperf:

На сервере iperf:

По полученным данным мы видим, что пропускная способность потоков с 50/50/50 изменилась на ~49.9/47/3. Результат соответствует ожиданиям с учетом погрешности, обусловленной использованием iperf.

Проверка алгоритма Weighted Round Robin (WRR).

Описание проводимого опыта:

Отправим с iperf-клиента три потока данных по 50 Мбит/сек с такими метками dscp, чтобы на коммутаторе они были выставлены в 1,2,3 очереди. Согласно алгоритму WRR пакеты будут обрабатываться в соответствии с установленным весами, ранее мы прописали команду:

wrr-queue bandwidth 1 2 3

Таким образом мы установили, что вес первой очереди равен единице, вес второй - двум, третьей - трём. Теперь рассчитаем максимальное значение пропускной способности по каждой очереди.

Для этого необходимо сложить установленные веса:

1 + 2 +3 = 6 ед.

Затем соотношение веса очереди к общему весу умножаем на пропускную способность порта.

1/6*100 = 16,(6) Мбит/сек - пропускная способность первой очереди.

2/6*100 = 33,(3) Мбит/сек - пропускная способность второй очереди.

3/6*100 = 50 Мбит/сек - пропускная способность третьей очереди.

Ожидаемый результат:

Отправляем три потока 50 Мбит/сек в 1,2,3 очереди соответственно:

iperf -c 192.168.16.1 -u -t 20 -S 0xb -b 50m -i

iperf -c 192.168.16.1 -u -t 20 -S 0x0 -b 50m -i

iperf -c 192.168.16.1 -u -t 20 -S 0x2E -b 50m -i

С iperf-клиента:

По полученным данным мы видим, что полоса пропускания потоков с 50/50/50 изменилась на ~18,4/33,4/48,6. Результат соответствует ожиданиям с учетом погрешности, обусловленной использованием iperf.

Проверка работы SP&WRR

Описание проводимого опыта:

Отправим с iperf-клиента четыре потока данных по 50 Мбит/сек с такими метками dscp, чтобы на коммутаторе они были выставлены в 1,2,3 и 6 очереди. Из этих очередей 1,2,3 - обслуживаются WRR, а 6 – SP. При совместном использовании SP и WRR, сначала будут обслуживаться очереди с алгоритмом SP, основываясь на этом, рассчитаем ожидаемый результат:

Общая полоса пропускания составляет 100 Мбит/сек, из неё вычитаем 50 Мбит/сек занимаемые потоком данных в 6-ой очереди, обслуживаемой SP.

Рассчитаем полосу пропускания для трех оставшихся очередей:
100-50=50 Мбит/сек

Находим общий вес очередей:

1 + 2 +3 = 6 ед.

Затем соотношение веса очереди к общему весу умножаем на свободную полосу пропускания.

1/6*50 = 8,(3) Мбит/сек - пропускная способность первой очереди.

2/6*50 = 16,(6) Мбит/сек - пропускная способность второй очереди.

3,6*50 = 25 Мбит/сек - пропускная способность третьей очереди.

Ожидаемый результат:

iperf -c 192.168.16.1 -u -t 30 -S 0xb -b 50m -i

iperf -c 192.168.16.1 -u -t 30 -S 0x0 -b 50m -i

iperf -c 192.168.16.1 -u -t 30 -S 0x2E -b 50m –i

iperf -c 192.168.16.1 -u -t 30 -S 0x85 -b 50m –i

Вывод с iperf-клиента

Вывод с iperf-сервера:

По полученным данным мы видим, что полоса пропускания потоков с 50/50/50/50 изменилась на ~9,3/16,5/24,4/50. Результат соответствует ожиданиям с учетом погрешности, обусловленной использованием iperf.