Ποιότητα Υπηρεσίας ικτύου (QoS) για τηλεφωνία IP πάνω από το Ε ΕΤ

Ποιότητα Υπηρεσίας ικτύου (QoS) για τηλεφωνία IP πάνω από το Ε ΕΤ Έκδοση 1.0 Μάιος 2005 ΕΘΝΙΚΟ ΙΚΤΥΟ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Άγγελος Βαρβιτσιώτης, Ε ΕΤ Μιχάλης Καλογήρου, Π. Κρήτης ( Ο VoIP Ε ΕΤ) ηµήτρης Πρίµπας, ΕΑΙΤΥ ( Ο QoS Ε ΕΤ) Μίνα Αγγελοπούλου, ΕΚΠΑ (GUNET) 1 Εισαγωγή Από τις αρχές του 2005, το Ε ΕΤ διαθέτει τη δυνατότητα να εξυπηρετήσει την κίνηση δικτύου που εξυπηρετεί την τηλεφωνία IP µε προτεραιότητα. Αυτό το κείµενο εξηγεί περιληπτικά τα βήµατα που απαιτούνται ώστε ένα ίδρυµα να µπορέσει να αποκτήσει ποιότητα υπηρεσίας δικτύου για την τηλεφωνία IP. συµβατικά τηλέφωνα δροµολογητής Ε ΕΤ voice gateway άλλα VLANs κέντρο (PBX) call manager VLAN τηλεφωνίας κεντρικό router/switch ιδρύµατος τηλέφωνα IP gatekeeper εξοπλισµός videoconferencing Εικόνα 1: Συσκευές που απαρτίζουν ένα τυπικό δίκτυο τηλεφωνίας IP ενός ιδρύµατος. Τα κύρια τµήµατα ενός δικτύου τηλεφωνίας IP περιγράφονται στην Εικόνα 1 παραπάνω. (ορισµένοι φορείς ενδεχοµένως διαθέτουν µόνο ένα υποσύνολο των συστηµάτων που περιέχονται στην εικόνα). Τα απαραίτητα κοµµάτια εξοπλισµού είναι τουλάχιστον ο κεντρικός δροµολογητής του ιδρύµατος συν ένα voice gateway και ένας gatekeeper ή ένα call manager (ή ισοδύναµο λογισµικό) 1. Στην εικόνα διακρίνεται το τηλεφωνικό κέντρο (PBX) 1 Οι συσκευές περιγράφονται µε ορολογία H.323, αλλά κάλλιστα θα µπορούσαν να είναι και συσκευές SIP, όπως registrars, proxies, κλπ.. Π.χ., αντί του call manager ή του gatekeeper θα µπορούσε να υπάρχει ένα SIP registrar.

του ιδρύµατος, το οποίο συνδέεται µε ένα voice gateway. Το τελευταίο, µέσω ενός VLAN (που συνιστάται για λόγους απόδοσης και ασφάλειας να είναι αφιερωµένο µόνο στην τηλεφωνία), συνδέεται µε τον κεντρικό δροµολογητή του ιδρύµατος. Στο VLAN της τηλεφωνίας βρίσκεται και ο gatekeeper, στον οποίο θα πρέπει να είναι εγγεγραµµένο το voice gateway, ενώ ο gatekeeper και οι ζώνες που υλοποιεί, µαζί µε τα αντίστοιχα προθέµατα, θα πρέπει να είναι γνωστά στον κεντρικό gatekeeper των Gunet/Ε ΕΤ. Εναλλακτικά, ή επιπρόσθετα, φαίνεται ένα σύστηµα τύπου call manager, στο οποίο είναι εγγεγραµµένα τηλέφωνα IP. Ο call manager είναι καλό να είναι και αυτός εγγεγραµµένος στον gatekeeper του ιδρύµατος (κατά προτίµηση σε ξεχωριστή ζώνη από αυτήν του τηλεφωνικού κέντρου). Εννοείται ότι υπάρχουν πολλοί παρόµοιοι εναλλακτικοί σχεδιασµοί. Για παράδειγµα, ένας από αυτούς είναι η λειτουργικότητα του call manager να υλοποιείται από έναν δροµολογητή, ή ο call manager να βρίσκεται σε άλλο, αποµακρυσµένο σηµείο. Ενδεχοµένως ακόµα, τα τηλέφωνα IP να είναι λογισµικό στα PCs των χρηστών. Στην Εικόνα 1 διακρίνεται επίσης και εξοπλισµός videoconferencing που µπορεί να είναι και αυτός εγγεγραµµένος στον gatekeeper. 2 2 Πώς δουλεύει η ποιότητα υπηρεσίας δικτύου Η ποιότητα υπηρεσίας δικτύου (QoS) στο Ε ΕΤ βασίζεται στο «χρωµατισµό» πακέτων, δηλαδή σε ειδικές τιµές του πεδίου DSCP στις επικεφαλίδες των πακέτων IP. Για την τηλεφωνία IP έχει συµφωνηθεί η τιµή 47 στο πεδίο DSCP. Τα πακέτα IP µε DSCP = 47 περνούν σε ξεχωριστή ουρά αναµονής (ουρά απόλυτης προτεραιότητας) σε όλους τους δροµολογητές του Ε ΕΤ, και έτσι αντιµετωπίζονται µε απόλυτη προτεραιότητα έναντι των άλλων πακέτων IP. 3 εν προβλέπεται διαφορετικός χρωµατισµός των πακέτων ελέγχου (π.χ. H.323) και των πακέτων φωνής (π.χ. RTP). Εφόσον ένας φορέας το επιθυµεί, µπορεί να χρωµατίζει τα πακέτα ελέγχου µε την default τιµή του DSCP (0) και να χρωµατίζει µε 47 µόνο τα πακέτα φωνής. Εξ ορισµού, το Ε ΕΤ δεν επιτρέπει την είσοδο πακέτων µε DSCP 47 από τις συνδέσεις των πελατών. Προκειµένου να επιτραπεί η είσοδος τέτοιων πακέτων, πρέπει να γίνει συγκεκριµένο αίτηµα προς το Ε ΕΤ από τον υπεύθυνο του εκάστοτε ιδρύµατος (π.χ., κέντρο δικτύων ή υπεύθυνος τηλεφωνίας). Περισσότερα επ αυτού αναφέρονται στην ενότητα 3.7). Είναι σηµαντικό γίνει σαφές εξαρχής ότι για την παροχή ποιότητας υπηρεσίας στην τηλεφωνία απαιτείται συνεργασία των τεχνικών δικτύων και των τεχνικών τηλεφωνίας του ιδρύµατος µεταξύ τους και µε το Ε ΕΤ, αλλά και καλή αντίληψη των όσων γράφονται σε αυτό το κείµενο. Ενδεχόµενα σφάλµατα στο σχεδιασµό ή την υλοποίηση της ποιότητας υπηρεσίας και αυθαίρετες ενέργειες µπορεί να έχουν αποτέλεσµα αντίθετο από το προσδοκώµενο, µπορεί δηλαδή να βλάψουν την ποιότητα της υπηρεσίας, µέχρι και να καταλήξουν σε πλήρη αδυναµία επικοινωνίας µέσω τηλεφωνίας IP. 2 Στην παρούσα έκδοση της υπηρεσίας δεν προβλέπεται ακόµα η χρήση QoS για video µε γενικευµένη επιλογή, παρά µόνο για φωνή. Για QoS σε τηλεδιασκέψεις µε video, για την ώρα υποστηρίζεται το µοντέλο δύο άκρων (end-to-end), για το οποίο θα πρέπει να γίνεται ειδικό αίτηµα. 3 Περισσότερες πληροφορίες για την υπηρεσία QoS του Ε ΕΤ υπάρχουν στα URLs http://www.grnet.gr/index.php?op=modload&modname=sitemap&action=sitemapviewpage&pageid=2 03&language=el και http://www.grnet.gr/index.php?op=modload&modname=sitemap&action=sitemapviewpage&pageid=2 03&language=el.

3 Απαιτήσεις για την παροχή QoS στην τηλεφωνία Τα απαιτούµενα βήµατα για να µπορεί να παρασχεθεί ποιότητα υπηρεσίας αναφέρονται µε αριθµούς στην Εικόνα 2 παρακάτω. Κάθε βήµα εξηγείται στην αντίστοιχη υπο-ενότητα στη συνέχεια. 3.1 Χρωµατισµός κίνησης τηλεφωνίας από το voice gateway 4 Με το βήµα αυτό, η κίνηση χρωµατίζεται προαιρετικά στο εγγύτερο σηµείο διεπαφής µε το παραδοσιακό τηλεφωνικό κέντρο του ιδρύµατος. Η λύση αυτή είναι υποχρεωτική εάν το να γίνει χρωµατισµός βάσει της διεύθυνσης αποστολέα δεν είναι ασφαλές (δηλαδή, αν υπάρχει περίπτωση το voice gateway µε την ίδια διεύθυνση αποστολέα να στείλει και τηλεφωνική και άλλη κίνηση). Υπάρχουν δύο τρόποι να γίνει χρωµατισµός της κίνησης από ένα voice gateway. Ο πρώτος είναι µε την εκµετάλλευση της δυνατότητας των dial peers να χρωµατίζουν κίνηση. Ο τρόπος αυτός συνιστάται όταν υπάρχει και κίνηση που δεν θα πρέπει να χρωµατίζεται. Χαρακτηριστικά, µέσω των dial peers µπορεί να ρυθµιστεί σε πολύ αναλυτικό επίπεδο ο χρωµατισµός, ώστε π.χ. να χρωµατίζονται πακέτα µόνο για κλήσεις προς ή από κάποια συγκεκριµένα προθέµατα. Έτσι, για παράδειγµα, σε περιπτώσεις µε περιορισµένη χωρητικότητα, µπορεί να παρασχεθεί ποιότητα υπηρεσίας σε κάποιους χρήστες επιλεκτικά. συµβατικά τηλέφωνα υποβολή αιτήµατος δροµολογητής Ε ΕΤ voice gateway 1 6 άλλα VLANs κέντρο (PBX) 2 VLAN τηλεφωνίας 4 4 4 5 κεντρικό router/switch ιδρύµατος call manager 3 τηλέφωνα IP gatekeeper εξοπλισµός videoconferencing Εικόνα 2: Τα έξη βήµατα που απαιτούνται από το ίδρυµα για την εισαγωγή ποιότητας υπηρεσίας δικτύου (QoS) στην τηλεφωνία IP: (1) χρωµατισµός του traffic στο voice gateway, (2) ρυθµίσεις στον call manager, (3) ρυθµίσεις στον gatekeeper, (4) αποκλεισµός χρωµατισµένης κίνησης από άλλες πηγές, (5) ρυθµίσεις προτεραιότητας και ελέγχου στον δροµολογητή εξόδου και (6) αίτηµα στο helpdesk. 4 Όπως προαναφέρθηκε, ο χρωµατισµός της κίνησης είναι υποχρεωτικός προκειµένου να δουλέψει το QoS. Στην περίπτωση όµως που για τον οποιονδήποτε λόγο κάποιος φορέας δεν µπορεί να χρωµατίσει ο ίδιος την τηλεφωνική του κίνηση αλλά µπορεί να την περιγράψει µε ένα ακριβές Access List, το Ε ΕΤ µπορεί να κάνει το ίδιο τον χρωµατισµό της κίνησης. Συνιστάται πάντως ο χρωµατισµός να γίνεται από τον ίδιο το φορέα.

Ο χρωµατισµός της κίνησης στους dial peers γίνεται µε χρήση της εντολής ip qos dscp, η οποία θέτει µια τιµή διαφορετική από το µηδέν (σύµφωνα µε τον σχεδιασµό του Ε ΕΤ την τιµή 47) στο πεδίο DSCP πριν από την αποστολή των πακέτων στο δίκτυο από την gateway. 5 Στο παρακάτω παράδειγµα τα πακέτα φωνής χρωµατίζονται µε την τιµή 47 πριν αποσταλούν στο δίκτυο: dial-peer voice <tag> voip ip qos dscp 47 media!to also color signaling packets, the following command may be used:!ip qos dscp 47 signaling Ο δεύτερος τρόπος χρωµατισµού είναι στο interface διασύνδεσης του voice gateway µε το VLAN της τηλεφωνίας, π.χ. µε κλασικές εντολές MQC. Ο τρόπος αυτός συνιστάται εφόσον δεν υπάρχει ανάγκη διαχωρισµού της κίνησης ανά προθέµατα, και όλη η κίνηση από την διεύθυνση του gateway µπορεί µε ασφάλεια να χρωµατιστεί. 6! create a class that matches all packets... class-map match-all VoIP match any!...and use it in a policy to re-mark all packets with DSCP=47; policy-map set-voip-dscp class VoIP set ip dscp 47! then attach this policy to the output interface of the gateway interface XYZ service-policy output set-voip-dscp Στις επόµενες ενότητες έχει γίνει η υπόθεση ότι το gateway είναι εγγεγραµµένο στον gatekeeper και ελέγχεται από αυτόν. 3.2 Ρυθµίσεις σε call manager και IP phones Υποχρεωτική στον call manager είναι η δηµιουργία µιας ιδεατής γραµµής κορµού που θα ελέγχεται από τον gatekeeper του ιδρύµατος (gatekeeper-controlled trunk). Ειδικά στις περιπτώσεις όπου υπάρχει ταυτόχρονα voice gateway και call manager, ο gatekeeper είναι η µόνη συσκευή που µπορεί να παρεµβάλλεται σε κάθε κλήση τηλεφωνίας IP, ανεξάρτητα από το αν αυτή γίνεται από τον call manager ή από το παραδοσιακό τηλεφωνικό κέντρο. Η κίνηση VoIP θα πρέπει να δροµολογείται µέσα από αυτήν την ιδεατή γραµµή, έτσι ώστε ο call manager να επικοινωνεί µε τον gatekeeper για κάθε κλήση VoIP. Και στην περίπτωση του call manager θα πρέπει να γίνεται χρωµατισµός της κίνησης. Αυτό που πρέπει να σηµειωθεί είναι ότι η επικοινωνία στην περίπτωση των τηλεφωνικών συσκευών IP τελικά γίνεται από άκρο σε άκρο απευθείας από το τηλέφωνο IP (και όχι από τον call manager). Βέβαια, ο call manager στέλνει και αυτός φωνητική κίνηση σε ορισµένες περιπτώσεις (voice conferences, music-on-hold, κλπ.). Από τα παραπάνω προκύπτει ότι, µια ασφαλής επιλογή είναι να χρωµατίζεται η κίνηση από όλο το VLAN της τηλεφωνίας (call manager και τηλέφωνα), ενώ ακόµα ασφαλέστερο είναι να χρωµατίζεται µόνο η κίνηση UDP από το συγκεκριµένο VLAN. Εφόσον υπάρχει η δυνατότητα, η τηλεφωνική κίνηση µπορεί να χρωµατίζεται και από τις ίδιες τις συσκευές τηλεφώνων IP. Εφόσον δεν υπάρχει τέτοια δυνατότητα, ο χρωµατισµός είναι καλό να γίνεται στο αµέσως επόµενο πρόσφορο σηµείο (π.χ., στον κεντρικό 5 Στους δροµολογητές Cisco, η εντολή αυτή υποστηρίζεται από το IOS 12.2(2)T και τις σειρές προϊόντων IAD2400, 2600, 3600, 3700, AS5300, AS5400, AS5800, AS5850. 6 Με παρόµοιες εντολές που εφαρµόζονται στο interface του gatekeeper µπορεί να χρωµατιστεί και η κίνηση σηµατοδοσίας που ανταλλάσσει ο gatekeeper µε τους οµότιµούς του gatekeepers (αυτό αφορά τις περιπτώσεις όπου ο gatekeeper και το VoIP gateway είναι χωριστές συσκευές).

δροµολογητή του ιδρύµατος, αν η τοπολογία του δικτύου είναι ίδια όπως στην Εικόνα 2 βλ. και ενότητα 3.5). 3.3 Ρόλος του gatekeeper και υπολογισµός bandwidth Για να γίνει κατανοητή η ρύθµιση του gatekeeper, είναι απαραίτητο να διευκρινιστεί ότι η κίνηση που µπορεί να εισαχθεί χρωµατισµένη στο δίκτυο του Ε ΕΤ δεν µπορεί να είναι αυθαίρετα µεγάλη. Το ίδιο το δίκτυο προστατεύεται στις εισόδους και στον κορµό του, ακριβώς επειδή το κάθε ίδρυµα επιτρέπεται να στείλει µόνο περιορισµένη ποσότητα χρωµατισµένης κίνησης προτεραιότητας. Η προστασία αυτή υλοποιείται µε απλό τρόπο: αν ένα ίδρυµα στείλει χρωµατισµένη κίνηση µε ρυθµό µεγαλύτερο από το µέγιστο συµφωνηµένο, το δίκτυο περικόπτει την πλεονάζουσα κίνηση. Σε µια υποτιθέµενη κατάσταση µε Ν ταυτόχρονες τηλεφωνικές κλήσεις που στέλνουν κίνηση µε συνολικό ρυθµό κάτω του συµφωνηµένου µέγιστου, αλλά όπου η κλήση Ν + 1 έχει ως αποτέλεσµα ο συνολικός ρυθµός να ξεπεράσει το συµφωνηµένο, όλες οι κλήσεις θα αποκτήσουν πρόβληµα εξαιτίας της περικοπής πακέτων από όλες τις κλήσεις αδιακρίτως που θα προκληθεί από τον υπερβάλλοντα συνολικό ρυθµό αποστολής κίνησης. Με άλλα λόγια, οι µηχανισµοί προστασίας του δικτύου δεν µπορούν να διακρίνουν µεταξύ κλήσεων ή συνδέσεων και να περιορίσουν µόνο κάποιες από αυτές. Ο ρόλος του gatekeeper στην διαµόρφωση της ποιότητας υπηρεσίας είναι ακριβώς να προστατέψει τις υφιστάµενες Ν κλήσεις από µια πιθανή επιπλέον κλήση Ν + 1 που θα προκαλέσει τέτοιο πρόβληµα. Ακόµα πιο σηµαντικός είναι ο ρόλος του gatekeeper στην προστασία της ποιότητας υπηρεσίας για τις εισερχόµενες κλήσεις. Με την επιβολή του ίδιου ορίου και στις εισερχόµενες κλήσεις, ο gatekeeper απορρίπτει κλήσεις που θα επέφεραν πλεονάζουσα κίνηση. Έτσι, εξασφαλίζεται η ύπαρξη επαρκών πόρων στο δίκτυο ώστε να δίνεται προτεραιότητα στην (εντός ορίων) κίνηση VoIP που κατευθύνεται προς το ίδρυµα. 7 Η ρύθµιση που πρέπει να γίνει στον gatekeeper είναι να ρυθµιστεί το bandwidth της «ζώνης» 8 του ιδρύµατος. Με αυτήν τη ρύθµιση, και ανάλογα και µε τα codecs που χρησιµοποιούνται για την κάθε κλήση, ο gatekeeper θα επιτρέπει τόσες κλήσεις ώστε η συνολική κίνηση όλων των κλήσεων να µην υπερβαίνει ένα συγκεκριµένο µέγιστο. Οι πλεονάζουσες κλήσεις θα αποτυγχάνουν (ο χρήστης θα ακούει σήµα κατειληµµένου). Η ρύθµιση του bandwidth στον gatekeeper σχετίζεται άµεσα µε το bandwidth προτεραιότητας που θα πρέπει να ζητηθεί. Το bandwidth στον gatekeeper αναπαριστά το ρυθµό κίνησης µε βάση την κωδικοποίηση των codecs (για παράδειγµα, 64Kbps για µία κλήση µε το codec G.711 A-law που δεν κάνει συµπίεση). Αυτό το bandwidth 9, συν την επιπλέον κίνηση που προστίθεται από τους headers των πακέτων (RTP, IP), θα πρέπει να αποτελεί τη βάση υπολογισµού του ρυθµού κίνησης προτεραιότητας που το ίδρυµα θα αιτηθεί από το Ε ΕΤ. Ας σηµειωθεί ότι ο υπολογισµός του bandwidth για έναν συγκεκριµένο αριθµό κλήσεων VoIP µπορεί να υπολογιστεί µε τη βοήθεια του εργαλείου Voice Codec Bandwidth Calculator που είναι διαθέσιµο στο URL http://tools.cisco.com/support/vbc/do/codeccalc1.do (για 7 Πρέπει να γίνει σαφές ότι ο gatekeeper προστατεύει µόνο από την εγκατάσταση εισερχόµενων κλήσεων που θα ξεπερνούσαν τον προδιαγεγραµµένο ρυθµό κίνησης. Αν τυχόν, από σφάλµα ή από άλλη αιτία, σταλεί άλλη χρωµατισµένη κίνηση προς το δίκτυο του ιδρύµατος, αυτή θα εξυπηρετηθεί µε προτεραιότητα, ενδεχοµένως ίσως προκαλώντας και πρόβληµα στις άλλες εφαρµογές. Γι αυτό, το Ε ΕΤ εξασφαλίζει ότι η µόνη κίνηση που εισέρχεται χρωµατισµένη στο δίκτυό του αντιστοιχεί σε αιτήµατα, ενώ τα ιδρύµατα πρέπει να εξασφαλίζουν ότι αυτή η κίνηση θα αντιστοιχεί σε τηλεφωνική κίνηση µόνο, και µόνο κίνηση που θα σέβεται τους περιορισµούς bandwidth που τίθενται από τον εκάστοτε gatekeeper (τόσο του ιδρύµατος αφετηρίας της κάθε κλήσης, όσο και του ιδρύµατος προορισµού της). 8 Ορολογία H.323. 9 Το bandwidth που καταγράφει ο gatekeeper είναι συνήθως διπλάσιο από το πραγµατικό, διότι καταγράφεται µία φορά η κάθε κατεύθυνση.

την πρόσβαση απαιτείται λογαριασµός στο site). Για τον υπολογισµό µε βάση το εργαλείο απαιτούνται οι ακόλουθες παράµετροι: Codec (π.χ. G711_All_Variants, G729_All_Variants, G723_5.3k κλπ). Πρωτόκολλο µεταφοράς φωνής (π.χ. VoIP, VoATM, VoFR). Μέγιστος αριθµός ταυτόχρονων κλήσεων. Μέγεθος του voice payload. 10 Πρωτόκολλο επιπέδου 2 στο interface διασύνδεσης (π.χ. Ethernet, PPP, ATM κλπ.) Ενεργοποίηση ή µη της συµπίεσης της επικεφαλίδας RTP (RTP Header Compression) 11. Επιπλέον επιβάρυνση από πρωτόκολλα tunneling, VPN, IPSec, MPLS, κλπ. Με βάση τις τιµές των παραπάνω παραµέτρων υπολογίζεται το bandwidth για τον συνολικό αριθµό των ταυτόχρονων κλήσεων. Ακολουθούν δύο παραδείγµατα µε τη χρήση των codecs G.711 και G.729. Παράδειγµα 1: Codec Voice Protocol G.711_All_Variants VoIP Αριθµός κλήσεων 5 Voice Payload size (bytes) 160 RTP Header Compression Media Access Tunnel/Security/Misc Disabled Ethernet None Με τη βοήθεια του Voice Codec Bandwidth Calculator προκύπτει ότι το συνολικό bandwidth που απαιτείται για 5 ταυτόχρονες κλήσεις είναι 457,8 Kbps. Σηµειώνεται ότι το µέγεθος του voice payload που χρησιµοποιήθηκε σε αυτή την περίπτωση είναι το default για Cisco IOS gateways, δηλαδή 160 bytes και το δείγµα φωνής για το codec G.711 έχει µέγεθος 80 bytes. Aν χρησιµοποιηθεί µικρότερο µέγεθος voice payload (80 bytes) τότε το συνολικό bandwidth που απαιτείται για 5 ταυτόχρονες κλήσεις είναι µεγαλύτερο και συγκεκριµένα 579,6 Kbps. Παράδειγµα 2: Codec Voice Protocol G.729_All_Variants VoIP Αριθµός κλήσεων 5 Voice Payload size (bytes) 20 RTP Header Compression Media Access Tunnel/Security/Misc Disabled Ethernet None 10 Το φορτίο φωνής (voice payload) αναπαριστά τον αριθµό των bytes από το δείγµα (ή τα δείγµατα) φωνής που περιέχει κάθε πακέτο. Κάθε δείγµα φωνής, ανάλογα µε το είδος της κωδικοποίησης που χρησιµοποιεί, έχει διαφορετικό µήκος π.χ. στην περίπτωση του G.711 ένα δείγµα φωνής έχει µέγεθος 80 bytes ενώ µπορεί να περιέχεται ένα ή περισσότερα δείγµατα φωνής σε ένα πακέτο. Για παράδειγµα φορτίο φωνής 80, 160 ή 240 bytes σηµαίνει ένα, δύο ή τρία δείγµατα φωνής κωδικοποιηµένη κατά G.711. 11 Με την συµπίεση επιτυγχάνεται µείωση των επικεφαλίδων από 20 Bytes σε 2 ή 4.

Με τη χρήση του Voice Codec Bandwidth Calculator προκύπτει ότι το συνολικό bandwidth που απαιτείται για 5 ταυτόχρονες κλήσεις είναι 163,8 Kbps. Και σε αυτό το παράδειγµα το µέγεθος του voice payload που χρησιµοποιήθηκε είναι το default για Cisco IOS gateways, δηλαδή 20 bytes και το δείγµα φωνής για τον codec G.729 έχει µέγεθος 10 bytes. Εποµένως, αν χρησιµοποιηθεί µικρότερο µέγεθος του voice payload (10 bytes) τότε το συνολικό bandwidth που απαιτείται για 5 ταυτόχρονες κλήσεις είναι µεγαλύτερο, δηλαδή 285,6 Kbps. 3.4 Ρυθµίσεις στον gatekeeper Αφού υπολογιστεί όπως παραπάνω το µέγιστο bandwidth, πρέπει να γίνει η αντίστοιχη ρύθµιση στο gatekeeper του ιδρύµατος. Για τη ρύθµιση του συνολικού bandwidth που απαιτείται για την κίνηση Η.323 µεταξύ του συγκεκριµένου gatekeeper 12 και ενός οποιουδήποτε άλλου gatekeeper χρησιµοποιείται η εντολή bandwidth remote η οποία τοποθετείται εντός του gatekeeper configuration mode. gatekeeper bandwidth remote <bandwidth> Η παράµετρος <bandwidth> ορίζεται σε kbps. Προσοχή: η παράµετρος αυτή θα πρέπει να είναι το καθαρό µέγιστο ονοµαστικό bandwidth των codecs που χρησιµοποιούνται και όχι αυτό που υπολογίστηκε στην ενότητα 3.3. Για παράδειγµα, αν χρησιµοποιούνται codecs G.711 µε bandwidth 64Kbps, για ένα µέγιστο 5 κλήσεων το <bandwidth> θα πρέπει να οριστεί ως (5 x 2 x 64) = 640. Ο τύπος αυτός προκύπτει επιλέγοντας τον µέγιστο αριθµό κλήσεων (πέντε), πολλαπλασιάζοντας επί δύο (λόγω σύµβασης, στο πρωτόκολλο H.323 πάντα υπολογίζεται το άθροισµα του bandwidth στην εισερχόµενη και την εξερχόµενη κατεύθυνση) και πολλαπλασιάζοντας το εξαγόµενο επί το ονοµαστικό bandwidth του πιο «σπάταλου» codec που επιτρέπεται από την εγκατάσταση VoIP (εδώ 64). 3.5 Αποκλεισµός χρωµατισµένης κίνησης από άλλες πηγές Εκτός από το να στέλνεται η κίνηση VoIP χρωµατισµένη ως κίνηση προτεραιότητας, θα πρέπει να αποτραπεί οποιαδήποτε άλλη τυχόν πηγή από το να στέλνει κίνηση µε DSCP 47. Αυτό γίνεται µε την επιβολή police functions στα interfaces (ή sub-interfaces) του κεντρικού δροµολογητή του ιδρύµατος που συνδέονται σε άλλα VLANs πλην αυτού της τηλεφωνίας. Συγκεκριµένα, σε κάθε τέτοιο interface, θα πρέπει να προστεθεί ένα police function που θα ξανα-χρωµατίζει τυχόν πακέτα που θα βρίσκονται να έχουν DSCP 47 µε κάποιο άλλο DSCP που να µην έχει ιδιαίτερη σηµασιολογία για το δίκτυο του Ε ΕΤ (π.χ., 0). Προαιρετικά, αν δεν έχει χρωµατιστεί η κίνηση της τηλεφωνίας σε προηγούµενο στάδιο, αυτή η λειτουργία µπορεί να γίνει στο κατάλληλο interface του κεντρικού δροµολογητή, µε εντολές αντίστοιχες όπως αυτές της ενότητας 3.1. Στο παρακάτω παράδειγµα φαίνεται πώς µπορεί να περάσει µόνο η επιτρεπτή χρωµατισµένη κίνηση και να αποχρωµατιστεί η υπόλοιπη.! define an access-list with the addresses that are permitted! to send traffic with dscp 47 access-list 111 permit 10.10.20.0 0.0.0.255 any access-list 111 deny any any! create a class-map to match above addresses and dscp=47 class-map match-all permitted47 match ip access-list 111 match ip dscp 47! create a class-map to match illegally colored packets class-map match-all illegal47 match ip dscp 47 12 Στους δροµολογητές Cisco η εντολή αυτή υποστηρίζεται από το IOS 12.2(2)T.

! use above class-map to differentiate between legal and illegal! packets that have dscp=47 policy-map re-mark-illegal-ingress-47 class permitted47 exit class illegal47 set ip dscp 0 exit! attach above policy to all input interfaces of the central router interface GigabitEthernetX/1 service-policy input re-mark-illegal-ingress-47 interface GigabitEthernetX/2 service-policy input re-mark-illegal-ingress-47 3.6 Ρύθµιση προτεραιότητας στον κεντρικό δροµολογητή Η τελευταία τεχνική ρύθµιση που θα πρέπει να γίνει στον κεντρικό δροµολογητή του ιδρύµατος είναι η ρύθµιση προτεραιότητας. Η ρύθµιση αυτή γίνεται στο interface (ή στα interfaces, αν υπάρχουν περισσότερα βλ. όµως και ενότητα 3.8.4) διασύνδεσης µε το Ε ΕΤ, στην εξερχόµενη κατεύθυνση (από το ίδρυµα προς το Ε ΕΤ). Η ρύθµιση αυτή είναι καλό να γίνεται σε όλες τις περιπτώσεις, αλλά είναι ιδιαίτερης σπουδαιότητας αν υπάρχει συµφόρηση στη γραµµή διασύνδεσης µεταξύ Ε ΕΤ και ιδρύµατος. Η ρύθµιση συνίσταται στην εφαρµογή ενός policy το οποίο να αναθέτει τα πακέτα µε DSCP 47 σε ουρά υψηλής προτεραιότητας (αν υποστηρίζεται priority queue) ή/και να της εξασφαλίζει συγκεκριµένο ποσοστό από το διαθέσιµο (αν αυτό υποστηρίζεται). Στο παράδειγµα που ακολουθεί, δείχνονται οι απαραίτητες ρυθµίσεις για το χειρισµό µε προτεραιότητα της κίνησης VoIP (αλλά και πιθανά άλλων κλάσεων κίνησης, όπως η κίνηση Premium IP βλ. υποσηµείωση 3). Ας σηµειωθεί ότι ο ακριβής µηχανισµός εξασφάλισης προτεραιότητας διαφέρει από δροµολογητή σε δροµολογητή. Στους δροµολογητές Cisco των σειρών 7000, 7200, 7300, 7500 κ.ά. υποστηρίζεται ο µηχανισµός Class-Based Weighted Fair Queuing (CBWFQ). Το παράδειγµα που ακολουθεί χρησιµοποιεί αυτόν το µηχανισµό. Σε περίπτωση που υποστηρίζονται ουρές hardware (µηχανισµός MDRR) θα πρέπει απλώς να υπάρχει η λέξη priority χωρίς άλλο προσδιοριστικό. Το ποσό των 270 Kbps που χρησιµοποιείται παρακάτω είναι απλώς για παράδειγµα.! create a class-map that matches any of GRNET s priority class(es) class-map match-any grnet-priority-class match ip dscp 47! possibly other classes, such as 46 or 40 see QoS-related URLs! create a policy-map that prioritizes the above class policy-map qos-egress class grnet-priority-class priority 270! or: priority percent 5, or: priority! apply the policy-map to the main router s outgoing interface interface gigabitx/5 service-policy output qos-egress 3.7 Υποβολή αιτήµατος στο Ε ΕΤ Εξ ορισµού, αν δεν υπάρχει κάποιο αίτηµα, το Ε ΕΤ δεν αποδέχεται χρωµατισµένη κίνηση µε DSCP 47. Αν ένα ίδρυµα στείλει κίνηση µε DSCP 47 χωρίς να έχει υπάρξει αντίστοιχη ρύθµιση από την πλευρά του Ε ΕΤ, το δίκτυο θα αλλάξει το χρωµατισµό της κίνησης σε DSCP 0.

Συνεπώς, προκειµένου το δίκτυο να λάβει και να χειριστεί µε προτεραιότητα την κίνηση VoIP, το ίδρυµα πρέπει να υποβάλει σχετικό αίτηµα. Η υποβολή του αιτήµατος γίνεται σε ένα εργαλείο διαχείρισης µέσω Web που έχει αναπτυχθεί από το Ε ΕΤ και βρίσκεται διαθέσιµο στο URL http://anstool.grnet.gr. Κάθε ίδρυµα δικαιούται έναν κωδικό πρόσβασης στο παραπάνω εργαλείο, τον οποίο µπορεί να αποκτήσει µε απλό αίτηµά του προς το Helpdesk του Ε ΕΤ. Με χρήση του κωδικού, το ίδρυµα θα µπορεί να υποβάλει αίτηµα, όπου θα πρέπει να προσδιορίζει ότι ζητείται υπηρεσία VoIP, µε άκρο τη γραµµή του ιδρύµατος (αν υπάρχουν περισσότερες γραµµές για τις οποίες απαιτείται να ρυθµιστεί κίνηση προτεραιότητας, θα πρέπει να γίνουν ξεχωριστά αιτήµατα ένα για κάθε γραµµή). Σε κάθε αίτηµα θα πρέπει να προσδιορίζεται το ποσό κίνησης που αιτείται το ίδρυµα, το οποίο δεν θα µπορεί να υπερβαίνει ένα ποσοστό από 1% - 20% περίπου της χωρητικότητας της εκάστοτε γραµµής πρόσβασης (1% για τις γραµµές 1 Gbps, ενδιάµεσα ποσοστά για γραµµές των λίγων δεκάδων Mbps και, 20% για τις γραµµές των 2 Mbps). Ως ποσό κίνησης στο αίτηµα θα πρέπει να µπαίνει το bandwidth που υπολογίστηκε σύµφωνα µε τις οδηγίες της ενότητας 3.3 και όχι το ονοµαστικό bandwidth των codecs. Τέλος, πρέπει στο αίτηµα να προσδιορίζεται και ένα Access List το οποίο να περιορίζει τις πιθανές διευθύνσεις αποστολέα για πακέτα µε προτεραιότητα (το Ε ΕΤ θα αλλάζει αυτόµατα σε DSCP=0 όλην την κίνηση που θα είναι µαρκαρισµένη µε DSCP=47 αλλά θα προέρχεται από διαφορετικές διευθύνσεις IP αλλά). Για την παροχή συµβουλών σε σχέση µε τη χρήση του εργαλείου και για κάθε άλλη βοήθεια, το ίδρυµα µπορεί να απευθύνεται στο Helpdesk του Ε ΕΤ. 13 Μετά την υποβολή του αιτήµατος και µε την πάροδο το πολύ λίγων ηµερών, το Ε ΕΤ θα υλοποιεί το αίτηµα. Ας σηµειωθεί ότι το ίδρυµα µπορεί κάλλιστα να στέλνει χρωµατισµένη κίνηση και πριν την υλοποίηση του αιτήµατος (αν και, ώσπου να υλοποιηθεί το αίτηµα, το δίκτυο θα ξανα-χρωµατίζει την κίνηση µε DSCP 0 και δεν θα τη χειρίζεται µε προτεραιότητα). 3.8 Ρυθµίσεις «για προχωρηµένους» 3.8.1 Αστυνόµευση κίνησης VoIP Όπως το δίκτυο του Ε ΕΤ «αστυνοµεύει» το ρυθµό της εισερχόµενης σε αυτό κίνησης που είναι µαρκαρισµένη µε DSCP 47 και δεν επιτρέπει να εισέλθει κίνηση µε ρυθµό µεγαλύτερο από τον προσυµφωνηµένο, το ίδιο µπορεί να κάνει και το ίδιο το ίδρυµα. Για παράδειγµα, αν ο κεντρικός δροµολογητής του ιδρύµατος διαχειρίζεται περισσότερα VoIP VLANs, µπορεί να ορίσει συγκεκριµένο µέγιστο ρυθµό χρωµατισµένης κίνησης από το καθένα από αυτά και να απορρίπτει τυχόν πλεονάζουσα κίνηση πριν αυτή περάσει προς το Ε ΕΤ.! create a class-map that matches VoIP traffic class-map match-any class-voip match ip dscp 47! create a policy-map that re-mark traffic violating the agreed! traffic profile (otherwise GRNET will drop it!) policy-map police-voip class class-voip police cir 270 conform-action transmit exceed-action drop! apply policy-map to outgoing interface interface gigabitx/1 service-policy input qos-egress Στο παραπάνω παράδειγµα, η υπερβάλλουσα κίνηση κόβεται, αλλά θα µπορούσε να χρωµατίζεται µε DSCP=0, αν αντί της εντολής 13 Το Helpdesk ενδέχεται να µη µπορεί να απαντήσει άµεσα ερωτήµατα σχετικά µε το VoIP QoS, αλλά να τα µεταφέρει στην αρµόδια οµάδα ανάπτυξης της υπηρεσίας QoS και του εργαλείου διαχείρισης.

police cir 270 conform-action transmit exceed-action drop υπήρχε η εντολή police cir 270 conform-action transmit exceed-action set-dscptransmit 0 3.8.2 Μέτρηση χρωµατισµένης κίνησης Εκτός από, ή ταυτόχρονα µε την επιβολή αστυνόµευσης, είναι καλό να µετριέται η χρωµατισµένη κίνηση που το ίδρυµα διοχετεύει προς το Ε ΕΤ, καθώς και η χρωµατισµένη κίνηση που δέχεται από το Ε ΕΤ. Αυτό µπορεί να γίνει µε το γνωστό πρόγραµµα MRTG, αρκεί να ρωτηθούν τα κατάλληλα στοιχεία του MIB. Σχετικό script µπορεί να διατεθεί και από το Ε ΕΤ κατόπιν αιτήµατος, ενώ ένα εργαλείο ανοικτού κώδικα που διατίθεται ελεύθερα είναι το torrus (http://torrus.org/). 3.8.3 Least cost call routing Σε κάποιες περιπτώσεις, ειδικά αν το bandwidth που ρυθµίζεται στον gatekeeper είναι περιορισµένο και δεν επιτρέπει παραπάνω από π.χ. µία ή δύο παράλληλες κλήσεις, µπορεί να είναι επιθυµητό µια κλήση που δεν µπορεί να ολοκληρωθεί λόγω έλλειψης πόρων (bandwidth), να δροµολογείται µέσω PSTN. Ο τρόπος υλοποίησης εξαρτάται από το συγκεκριµένο τηλεφωνικό κέντρο ή call manager που χρησιµοποιεί το εκάστοτε ίδρυµα. 3.8.4 Παράλληλες γραµµές µε load-balancing Οι γραµµές µε load-balancing παρουσιάζουν µια κάπως δύσκολη ιδιαιτερότητα. Ένα ίδρυµα που έχει π.χ. 2 + 2 Mbps και κάνει load-balancing πάνω από αυτές, θα πρέπει να κάνει ιδιαίτερες ρυθµίσεις για τη σωστή ανάπτυξη VoIP QoS. Το κυριότερο χαρακτηριστικό που ενδιαφέρει σε αυτήν την περίπτωση είναι αν το load-balancing γίνεται per-packet ή perdestination (δεν υποστηρίζεται το multilink PPP). Στην πρώτη περίπτωση, αν απαιτείται συνολικό bandwidth Χ για την κίνηση VoIP, θα πρέπει να δεσµευτεί κίνηση Χ / 2 σε κάθε µία γραµµή των 2Mbps. Στην δεύτερη περίπτωση όµως, ο τρόπος load-balancing δεν εγγυάται ότι κάποια στιγµή όλη η κίνηση (π.χ., τρεις ταυτόχρονες τηλεφωνικές κλήσεις) δεν θα περάσει µέσα από την µία µόνο γραµµή. Γι αυτό, σε αυτήν την περίπτωση θα πρέπει να δεσµεύεται bandwidth Χ και στις δύο γραµµές. 3.8.5 Η περίπτωση ATM σε δροµολογητές 7500 Όπως αναφέρεται στην ενότητα 3.6, το κάθε ίδρυµα πρέπει µε ευθύνη του να υλοποιήσει το χειρισµό µε προτεραιότητα της κίνησης VoIP στην εξερχόµενη φορά της γραµµής διασύνδεσής του µε το Ε ΕΤ. Σε κάποιες περιπτώσεις όµως, και ειδικά στην περίπτωση δροµολογητών Cisco 7500 µε ATM interfaces, έχει φανεί ότι η ρύθµιση Priority MQC προξενεί crashes στο δροµολογητή, εξαιτίας γνωστού προβλήµατος που η κατασκευάστρια αδυνατεί να λύσει εδώ και ενάµιση περίπου χρόνο. Για να παρακαµφθεί το πρόβληµα, το Ε ΕΤ προτείνει τη δηµιουργία ενός δεύτερου ATM PVC. Το PVC αυτό θα διαθέτει PCR τέτοιο ώστε να µπορεί να εξυπηρετήσει το ρυθµό κίνησης που έχει αιτηθεί το ίδρυµα. Το PVC αυτό θα είναι ασύµµετρο, δηλαδή στην κατεύθυνση από το Ε ΕΤ προς το ίδρυµα δεν θα δεσµεύεται bandwidth, ούτε θα δροµολογείται κίνηση από το Ε ΕΤ µέσω αυτού του PVC. Το Ε ΕΤ θα κάνει την κανονική διευθέτηση προτεραιότητας στους δικούς του δροµολογητές και όλη η κίνηση θα δροµολογείται προς το ίδρυµα µέσα από το κανονικό του ATM PVC. 3.8.6 Call manager areas Μια ειδική ρύθµιση ενδέχεται να απαιτείται σε ιδρύµατα που έχουν call manager, εφόσον στον call manager εγγράφονται συσκευές (είτε hardware, είτε software), οι οποίες βρίσκονται εκτός του δικτύου του ιδρύµατος (π.χ. αποµακρυσµένοι χρήστες ή περιαγόµενοι χρήστες µε τηλέφωνα λογισµικού στο PC τους). Σε αυτήν την περίπτωση, ένα τηλέφωνο on-campus που

θα µιλάει µε ένα άλλο τηλέφωνο off-campus θα παράγει κίνηση που θα χρωµατίζεται από τους µηχανισµούς της ενότητας 3.1. Όµως, για τον call manager, και τα δύο αυτά τηλέφωνα θα θεωρούνται εσωτερικά, µε αποτέλεσµα ο call manager να µην ρωτάει τον gatekeeper και άρα να µην ελέγχεται η συγκεκριµένη κίνηση και να µη συγκαταλέγεται στη συνολική κίνηση. Έτσι, υφίσταται κίνδυνος να ξεπεραστεί στην πράξη το συµφωνηµένο όριο κίνησης. Το παραπάνω πρόβληµα αντιµετωπίζεται µε τον ορισµό περιοχών ( areas ) στον call manager και µε την αντιστοίχηση των αποµακρυσµένων χρηστών σε µία περιοχή, µε ταυτόχρονη επιβολή περιορισµών για τις κλήσεις από και προς αυτήν την περιοχή. Με αυτήν τη ρύθµιση, υπάρχουν δύο παράλληλοι (και, δυστυχώς, ανεξάρτητοι) µηχανισµοί που περιορίζουν τον αριθµό κλήσεων. 14 Ο τελικός µέγιστος αριθµός κλήσεων είναι το άθροισµα του µέγιστου αριθµού κλήσεων από τον call manager και του µέγιστου αριθµού κλήσεων από τον gatekeeper. 14 Για την ακρίβεια, του συνολικού bandwidth. Αντ αυτού χρησιµοποιείται η έκφραση «αριθµός κλήσεων».