Medición de retraso, fluctuación y pérdida de paquetes con SAA y RTTMON del IOS de Cisco

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1 Medición de retraso, fluctuación y pérdida de paquetes con SAA y RTTMON del IOS de Cisco Contenidos Introducción Medición del retardo, la fluctuación y la pérdida de paquetes para redes de datos habilitadas para voz La importancia de medir la retraso, la fluctuación y la pérdida de paquetes Definición de retardo, fluctuación y pérdida de paquetes SAA y RTTMON Implementación de enrutadores de retardo y de agente de fluctuación Dónde se debe implementar Simulacro de una llamada de voz Ejemplo de instrumentación de sonda de fluctuación y retardo Recolección de datos de ejemplo Consulta de las tablas MIB Supervisión proactiva de umbrales Comando SAA threshold Alarma y evento RMON Apéndice Cálculos de fluctuación en sondeos de fluctuación de la retraso de Cisco SAA Configuraciones del hardware y del software del enrutador de sondeo de fluctuación y retardo Introducción Este documento describe los métodos para medir el retraso, la fluctuación y la pérdida de paquetes en la red de datos, utilizando las funciones del Agente de garantía de servicio (SAA) Cisco IOS y del Monitor de tiempos de ida y vuelta (RTTMON) y los enrutadores de Cisco. Medición del retardo, la fluctuación y la pérdida de paquetes para redes de datos habilitadas para voz La importancia de medir la retraso, la fluctuación y la pérdida de paquetes Con el surgimiento de nuevas aplicaciones en redes de datos, cada vez es más importante para los clientes predecir con precisión el impacto de la implementación de nuevas aplicaciones. Hasta hace poco tiempo, era fácil asignar el ancho de banda a las aplicaciones y permitir que éstas se adaptaran a la naturaleza explosiva de los flujos de tráfico a través de las funciones de retransmisión y de tiempos de espera de los protocolos de capa superior. No obstante, ahora, las aplicaciones del nuevo mundo, como las de voz y video, son más susceptibles a los cambios en las características de transmisión de redes de datos. Es fundamental comprender las características de tráfico de la red antes de instalar aplicaciones del nuevo mundo para garantizar una implementación correcta. Definición de retardo, fluctuación y pérdida de paquetes Voz sobre IP (VoIP) es susceptible al comportamiento de la red, como retrasos y fluctuaciones, que pueden degradar la aplicación de voz al punto de ser inaceptable para el usuario promedio. Retraso es el tiempo de demora de punta a punta en una red. El retraso se puede medir en retraso unidireccional o de ida y vuelta. Los cálculos de retraso unidireccional requieren sofisticados y costosos equipos de pruebas y exceden el presupuesto y la experiencia de la mayoría de los clientes empresariales. No obstante, la medición del retraso de ida y vuelta es más fácil y requiere equipo menos costoso. Para obtener una medición general del retraso unidireccional, mida el retraso de ida y vuela y divida el resultado por dos. VoIP, en general, tolera retrasos de hasta 150 ms antes de que la calidad de llamada sea inaceptable. Fluctuación es la variación en el retraso en el transcurso del tiempo de punto a punto. Si el retraso en las transmisiones presenta una variación demasiada amplia en una llamada VoIP, la calidad de llamada se degradará mucho. La cantidad de fluctuación tolerable en la red se ve afectada por la profundidad del búfer de fluctuación del equipo de red en el trayecto de voz. Cuanto más búfer de fluctuación esté disponible, más podrá la red reducir los efectos de fluctuación. La pérdida de paquetes se produce a lo largo del trayecto de los datos, lo cual degrada seriamente la aplicación de voz. Antes de instalar aplicaciones VoIP, es importante evaluar el retraso, la fluctuación y la pérdida de paquetes en la red de datos para determinar si las aplicaciones de voz funcionan. La medición del retraso, de la fluctuación y de la pérdida de paquetes puede ayudar en el correcto diseño y

2 configuración para la asignación de prioridades del tráfico y de los parámetros de memoria intermedia en el equipo de red de datos. SAA y RTTMON SAA y RTTMON MIB son funciones del software Cisco IOS disponibles en las versiones 12.0(5)T y posteriores. Estas funciones permiten probar y recopilar estadísticas sobre retrasos, fluctuaciones y pérdidas de paquetes en la red de datos. Monitor de desempeño entre redes (IPM) es una aplicación de administración de redes de Cisco que permite configurar las funciones y controlar los datos de SAA y RTTMON. Las funciones SAA y RTTMON pueden utilizarse para medir retrasos, fluctuaciones y pérdidas de paquetes mediante la instalación de pequeños enrutadores Cisco IOS como agentes para simular estaciones finales del cliente. Los enrutadores se consideran como sondas de fluctuación y retraso. Además, las sondas de fluctuación y retraso pueden configurarse con la alarma de supervisión remota (RMON) y activadores de eventos una vez que se hayan determinado los valores de línea de base. Esto permite que las sondas de fluctuación y retraso controlen la red para niveles de servicio de fluctuación y retraso predeterminados y notifiquen a las estaciones del sistema de administración de redes (NMS) cuando se excede el umbral. Implementación de enrutadores de retardo y de agente de fluctuación Dónde se debe implementar La fluctuación y el retraso se pueden medir instalando enrutadores 17xx o superiores de Cisco con la versión de código de software 12.05T o superior Cisco IOS y configurando las funciones SAA de Cisco IOS. Los enrutadores deberán colocarse en las redes campus junto a los hosts. Esto proporciona estadísticas para conexiones punto a punto. Dado que no resulta práctico medir cada posible trayecto de voz en la red, coloque las sondas en ubicaciones de host típicas que proporcionen un muestreo estadístico de trayectos de voz típicos. Algunos ejemplos incluyen: Un trayecto de campus a campus local Un trayecto de campus local a campus remoto a través de un circuito de retransmisión de tramas de 384 Kbps Un trayecto de campus local a campus remoto a través de un circuito virtual permanente (PVC) de ATM En el caso de instalaciones de VoIP que utilizan teléfonos tradicionales conectados a enrutadores de Cisco mediante puertos FXS, utilice el enrutador conectado a los teléfonos para que actúe como sonda de fluctuación y retraso. Una vez instalada, la sonda obtiene estadísticas y completa las tablas MIB del protocolo de administración de red simple (SNMP) en el enrutador. Se puede tener acceso a los datos a través de la aplicación Cisco IPM o de las herramientas de sondeo SNMP. Además, una vez establecidos los valores de línea de base, puede configurar el SAA para que envíe alertas a una estación NMS si se exceden los umbrales de retraso, fluctuaciones y pérdidas de paquetes. Simulacro de una llamada de voz Una de las ventajas de utilizar SAA como mecanismo de prueba es que puede simular una llamada de voz. Por ejemplo, imagine que desea simular una llamada de voz G.711. Sabe que utiliza los puertos RTP/UDP y superiores, que tiene aproximadamente 64 Kbps y que el tamaño del paquete es de 200 bytes [(160 bytes de carga útil + 40 bytes para IP/UDP/RTP (sin comprimir)]. Puede simular el tipo de tráfico configurando la sonda de fluctuación y retraso del SAA, tal como se muestra a continuación. La operación de fluctuación debe realizar lo siguiente: Enviar la solicitud al número de puerto RTP/UDP Enviar paquetes de 172 bytes (160 bytes de carga útil + 12 bytes de encabezado de RTP) + 28 bytes (IP + UDP). Enviar paquetes para cada ciclo de frecuencia. Enviar cada paquete en intervalos de 20 milisegundos durante 60 segundos, y detenerse durante 10 segundos antes de comenzar el siguiente ciclo de frecuencia. Estos parámetros dan como resultado 64 Kbps durante 60 segundos. ((3.000 datagramas * 160 bytes por datagrama)/ 60 segundos) * 8 bits por byte = 64 Kbps La configuración del enrutador tiene el aspecto siguiente: type jitter dest-ipaddr dest-port num-packets request-data-size 172* frequency 70 Nota: IP+UDP no se toman en cuenta para el comando request-data-size, ya que el enrutador los agrega de manera automática al tamaño internamente. Nota: Actualmente, Cisco IOS sólo soporta paquetes por operación. Este límite se ampliará en versiones futuras. Ejemplo de instrumentación de sonda de fluctuación y retardo En el siguiente ejemplo, los enrutadores simulan llamadas de voz de 60 segundos de duración cada 60 segundos y registran retrasos, fluctuaciones y pérdidas de paquetes en ambas direcciones.

3 Nota: Los cálculos de retraso son tiempos de ida y vuelta y deben dividirse por dos para obtener el retraso unidireccional. saarouter1# type jitter dest-ipaddr dest-port num-packets 1000 frequency 60 saarouter2# type jitter dest-ipaddr dest-port num-packets 1000 saarouter3# type jitter dest-ipaddr dest-port num-packets 1000 frequency 60 saarouter4# type jitter dest-ipaddr dest-port num-packets 1000 frequency 60 Recolección de datos de ejemplo Consulta de las tablas MIB Las sondas de fluctuación y retraso comienzan la recopilación de datos que luego se colocan en tablas MIB SNMP. La tabla rttmonstats proporciona un promedio de una hora para todas las operaciones de fluctuación de la última hora. La tabla rttmonlatestjitteroper proporciona los valores de la última operación completada. Para obtener estadísticas generales sobre retraso y fluctuación, realice un sondeo la tabla rttmonstats cada hora. Para obtener estadísticas más granulares, realice un sondeo de la tabla rttmonlatestjitteroper a una frecuencia más elevada que la operación de fluctuación. Por ejemplo, si la sonda de fluctuación y retraso está calculando la fluctuación cada cinco minutos, no realice un sondeo de la MIB a intervalos inferiores a cinco minutos. La siguiente captura de pantalla muestra datos de la tabla rttmonjitterstats, obtenidos del sondeo de la MIB del Administrador de nodos de red de OpenView de HP.

4 Ejemplo de informe del SAA El siguiente gráfico de datos del SAA es una compilación de puntos de datos de retrasos, fluctuaciones y pérdidas de paquetes sobre un período de ocho horas para un par de sondas de fluctuación y retraso. Ejemplo de datos de la línea de comandos Los datos también puede visualizarse mediante el comando show de Cisco IOS en la línea de comandos de las sondas de fluctuación y retraso. Puede utilizar una secuencia de comandos Perl Expect para recopilar datos de la línea de comandos y exportarlos a un archivo de texto para un análisis posterior. Además, los datos de la línea de comandos también pueden usarse para la supervisión y resolución de problemas en tiempo real de retrasos, fluctuaciones y pérdidas de paquetes. El siguiente ejemplo muestra el resultado del comando show rtr collection-stats en el enrutador saarouter1. #show rtr collection-stats 100 Collected Statistics Entry Number: 100 Target Address: , Port Number: Start Time: 13:06: :25:00 Tue Mar RTT Values: NumOfRTT: 600 RTTSum: 873 RTTSum2: 1431 Packet Loss Values: PacketLossSD: 0 PacketLossDS: 0 PacketOutOfSequence: 0 PacketMIA: 0 PacketLateArrival: 0 InternalError: 0 Busies: 0 Jitter Values: MinOfPositivesSD: 1 MaxOfPositivesSD: 1

5 NumOfPositivesSD: 23 SumOfPositivesSD: 23 Sum2PositivesSD: 23 MinOfNegativesSD: 1 MaxOfNegativesSD: 1 NumOfNegativesSD: 1 SumOfNegativesSD: 1 Sum2NegativesSD: 1 MinOfPositivesDS: 1 MaxOfPositivesDS: 1 NumOfPositivesDS: 7 SumOfPositivesDS: 7 Sum2PositivesDS: 7 MinOfNegativesDS: 1 MaxOfNegativesDS: 1 NumOfNegativesDS: 18 SumOfNegativesDS: 18 Sum2NegativesDS: 18 Entry Number: 100 Target Address: , Port Number: Start Time: 14:06: :25:00 Tue Mar RTT Values: NumOfRTT: 590 RTTSum: 869 RTTSum2: 1497 Packet Loss Values: PacketLossSD: 0 PacketLossDS: 0 PacketOutOfSequence: 0 PacketMIA: 0 PacketLateArrival: 0 InternalError: 0 Busies: 0 Jitter Values: MinOfPositivesSD: 1 MaxOfPositivesSD: 1 NumOfPositivesSD: 29 SumOfPositivesSD: 29 Sum2PositivesSD: 29 MinOfNegativesSD: 1 MaxOfNegativesSD: 1 NumOfNegativesSD: 7 SumOfNegativesSD: 7 Sum2NegativesSD: 7 MinOfPositivesDS: 1 MaxOfPositivesDS: 1 NumOfPositivesDS: 47 SumOfPositivesDS: 47 Sum2PositivesDS: 47 MinOfNegativesDS: 1 MaxOfNegativesDS: 1 NumOfNegativesDS: 5 SumOfNegativesDS: 5 Sum2NegativesDS: 5 Supervisión proactiva de umbrales Existen varias maneras de supervisar los niveles de retrasos, fluctuaciones y pérdidas de paquetes en la red una vez establecidos los valores de línea de base con la recopilación inicial de datos. Una forma es utilizar el comando SAA threshold. Otra forma es utilizar una función del código de línea principal de Cisco IOS denominada RMON Alarm and Event (Alarma y evento RMON). Comando SAA threshold El comando threshold de la función SAA establece el umbral de límite superior (histéresis) que genera un evento de reacción y almacena la información del historial para la operación. La siguiente configuración del umbral SAA en la sonda de fluctuación y retraso permite el control de la fluctuación y crea una trampa SNMP sobre la violación de un umbral de 5 ms. saarouter1# 00 rtr reaction-configuration 100 threshold-falling 5 threshold-type immediate Alarma y evento RMON Las sondas de fluctuación y retraso supervisan umbrales predeterminados mediante las funciones de Cisco IOS del SAA o el método de evento y alarma RMON de Cisco IOS. En cualquiera de los casos, el enrutador supervisa los retrasos, las fluctuaciones y las pérdidas de paquetes y envía alertas a las estaciones NMS sobre las infracciones del umbral a través de trampas SNMP. La siguiente configuración de trampa de evento y alarma RMON hace que el enrutador saarouter1 genere una trampa SNMP si el umbral de límite superior excede el tiempo máximo de ida y vuelta de 140 ms. También envía otra trampa cuando el tiempo máximo de ida y vuelta cae por debajo de los 100 ms. En este caso, la trampa se envía al registro del enrutador y también a la estación NMS saarouter1# rmon alarm 10 rttmonjitterstatsrttmax absolute rising-threshold falling-threshold owne rmon event 100 log trap private description max_rtt_exceeded owner jharp rmon event 101 log trap private description rtt_max_threshold_reset owner jharp Apéndice Cálculos de fluctuación en sondeos de fluctuación de la retraso de Cisco SAA La fluctuación es la variación de latencia unidireccional calculada según los sellos de fecha/hora de envío y recepción de paquetes consecutivos enviados. Sello de fecha/hora Emisor Receptor C1 enviar pkt1 T2 recibir pkt1 T3 enviar repuesta para pkt1 T4 recibir repuesta para pkt1

6 T5 enviar pkt2 T6 recibir pkt2 T7 enviar repuesta para pkt2 T8 recibir repuesta para pkt2 Para los paquetes 1 y 2 anteriores, utilice los siguientes cálculos de origen y destino. Fluctuación de origen a destino (JitterSD) = (T6-T2) - (T5-T1) Fluctuación de destino a origen (JitterDS) = (T8-T4) - (T7-T1) La fluctuación se calcula utilizando sellos de fecha/hora de cada dos paquetes consecutivos. Por ejemplo: Router1 send packet1 T1 = 0 Router2 receives packet1 T2 = 20 ms Router2 sends back packet1 T3 = 40 ms Router1 receives packet1 response T4 = 60 ms Router1 sends packet2 T5 = 60 ms Router2 receives packet2 T6 = 82 ms Router2 sends back packet2 T7 = 104 ms Router1 receives packet2 response T8 = 126 ms Jitter from source to destination (JitterSD) = (T6-T2) - (T5-T1) Jitter from source to destination (JitterSD) = (82 ms - 20 ms) - (60 ms - 0 ms) = 2 ms positive jitter SD Jitter from destination to source (JitterDS) = (T8-T4) - (T7-T3) Jitter from destination to source (JitterDS) = (126 ms - 60 ms) - (10 4ms - 40 ms) = 2 ms positive jitter DS Configuraciones del hardware y del software del enrutador de sondeo de fluctuación y retardo CISCO1720: enrutador modular 10/100BaseT con dos ranuras WAN y software IP de Cisco IOS MEM U24D: actualización de fábrica de DRAM de 16 MB a 24 MB de Cisco 1700 MEM1700-4U8MFC: actualización de fábrica de Mini-tarjeta Flash de 4 MB a 8 MB de Cisco 1700 CAB-AC: cable de alimentación, 110V S17CP T: IP PLUS de Cisco 1700 IOS Cisco Systems Inc. Todos los Derechos Reservados. Fecha de Generación del PDF: 1 Mayo 2008

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