5_OPNET_VoIP_QoS_codare_voce

1

Laborator 5 QoS – VoIP codare voce Obiective: Acest laborator urmăreşte modelarea şi analiza reţelei Internet folosită pentru aplicaţii clasice de date şi pentru VoIP în condiţiile în care se realizează o tratare diferenţiată a aplicaţiilor, având în vedere cerinţele QoS (Quality of Services) specifice fiecărei aplicaţii. Aplicaţiile clasice de date (http, ftp, email, print) sunt tratate ca servicii Best Effort, iar aplicaţie de voce prin Internet (VoIP) este tratată ca serviciu Interactive voice. Se va analiza de asemenea efectul rezervării de resurse pentru VoIP, folosind în acest scop protocolul RSVP (Resource Reservation Protocol)

Se investighează efectul utilizării mecanismelor de control QoS în reţeuaua IP.. Se evaluează Gradul de încărcare cu traffic a reţelei IP QoS în cazul folosirii schemei de codare a vocii G.711 şi Frame Size = 4 msec, 10 msec, 20 msec, 30 msec. 1. Introducere

Aplicaţiile de timp real, ca de exemplu telefonia, teleconferinţa şi videoconferinţa pot fi

realizate cu costuri reduse prin reţeaua IP, dar impun cerinţe stricte privind întârzierea pentru obţinerea unei bune calităţi a serviciilor.

Existenţa în reţea a unor aplicaţii cu cerinţe diferite pentru tratarea lor în reţeaua IP, a impus un tratament diferenţiat al acestora şi controlul calităţii serviciilor (QoS = Quality of Service), care se traduce din punctul de vedere al reţelei prin cerinţe specifice privind delay, jitter, packet loss, parametri care trebuie evaluaţi şi de asemenea trebuie să fie introduse mecanisme care să asigure îndeplinirea cerinţelor impuse în acest sens. 1.1. CQS (Classification, Queuing and Sheduling).

Clasificarea pachetelor. Asigurarea QoS pentru aplicaţii diverse, care impun cerinţe diferite reţelei IP, impune

clasificarea serviciilor în clase de servicii, care vor fi tratate diferenţiat de reţeaua IP. Pentru situaţiile în care rata serviciilor depaşeşte sarcina reţelei, este necesar să se creeze

o coadă de aşteptare (queue) pentru fiecare clasă de trafic pentru care se defineşte tratamentul specific cerinţelor particulare pentru delay, jitter, packet loss.

O schemă simplă de clasificare a pachetelor foloseşte un set de n biţi numit cheie de clasificare (classification key) pentru a diferenţia clasele asociate pachetelor. Se obţine astfel un descriptor de trafic pentru a caracteriza un pachet dintr-un grup, care este accesibil controlerului QoS în reţea. Prin folosirea clasificării se poate realiza împărţirea traficului reţelei în mai multe nivele de prioritate sau clase de servicii.

Când se folosesc descriptori de trafic pentru clasificarea traficului, sursa se angajează să respecte termenii contractuali, iar reţeaua trebuie să asigure calitatea serviciilor.

Dacă se lucrează cu un număr mic de clase, atunci se poate folosi un câmp fix din antetul pachetului IP, cu o localizare cunoscută, care este folosit pentru clasificare (ex. ToS = Type of Service in IPv4, TC= Traffic Class în IP v6).

2

Queuing Queuing reprezintă operaţia prin care se realizează introducerea unui pachet de date care

aparţine unei clase de trafic într-o coadă de aşteptare (queue) asociată. Fiecare din aceste cozi are asociate politici proprii de tratare a pachetelor. Multiplele queues asociate unei interfeţe de ieşire sunt inutile dacă nu există un

mecanism pentru clasificarea şi asocierea pachetelor la coada de aşteptare (queue) corespunzătoare.

Scheduling Cozile de aşteptare (queues) trebuie să partajeje împreună capacitatea finită a linkului de

ieşire asociat. Aceasta cerinţă implică adăugarea unui mecanism de planificare (scheduling) pentru a

media accesul pachetelor din cozile de aşteptare (queues) la link într-o manieră controlabilă şi predictibilă.

O reţea cu capabilităţi QoS conţine rutere care pot diferenţia toate tipurile de trafic prin CQS (Classify, Queuing, Scheduling).

OPNET-ul permite selecţia Queuing Scheme, care pot fi: FIFO = First Input First Output WFQ = Weighted Fair Queuing PQ = Priority Queuing MWRR = Modified Weighted Round Robin DWRR = Deficit Weighted Round Robin MDRR = Modified Deficit Round Robin

Fig.1. CQS ((Clasification, Queuing and Sheduling)

3

2. VoIP în reţeaua IP QoS, cu schema de codare G.711 2.1.Se propune modelarea schemei din fig.2.

Fig.2.

2.2. Se crează un proiect nou cu numele VoIP • In directorul SIT se creează directorul \Gr_451Ha\OPNET3 • folosind:

o File → New → Folder • Se selectează directorul în care vor fi plasate fişierele proiectului.

o File → Model Files →Add Model Directory o Se sellectează directorul în care se va lucra (în acest director vor fi salvate

fişierele proiectului curent) o Se selectează Working Directory

• Se lansează în execuţie IT Guru. • Se selectează

o File → New → Project şi se definesc Numele proiectului: VoIP Numele scenariului: G711_4msec Valorile cerute în fereastra de dialog

Dialog Box Name Value 1. Initial Topology Create Empty Scenario 2. Choose Network Scale Office 3. Specify Size 150 m x 100 m 4. Select Technologies 5. Review Check values, then click OK.

2.3. Se crează paleta de obiecte, conform tabelului 1.

4

Tabelul 1. Obiecte OPNET necesare modelării reţelei Tip obiect OPNET Obiecte utilizate în schema propusă

Ethernet-server Server-Print1 Ethernet wkstn Telefon_1, Telefon_3 10BaseT-LAN LAN_50 Ethernet2_slip8_gtwy Router_1, Router_2 ip32_cloud INTERNET ppp_server Web/FTP Server, Email Server Ppp_wkstn_adv Telefon_2, Telefon_4 Application Configuration Application Config Profile Definition Profile Config IP Attribute Definition IP Attribute Config

Nodes

IP QoS Definition QoS Attribute Config 10BaseT Link ethernet Links ppp_adv Link ppp

2.4.Se construieşte modelul de reţea din fig.2. 2.5. Configurarea reţelei.

2.5.1. Configurarea aplicaţiilor:

Name Application Description Web) http(Light Browsing) ftp ftp(Low Load) Email(Low) Email(Low Load) Print Print (B/W images) Voice Conform fig.2.

Fig.3. Configurarea aplicaţiei Voice

5

2.5.2. Configurarea profilelor se face conform tabelului 2 Tabelul 2. Configurarea profilelor Profile Name Applications Date http

ftp email print

VoIP Voice Operation Mode se alege Simultaneous pentru toate profilele.

2.5.3. Configurarea obiectului OPNET: QoS Configuration Se analizează configurările implicite

Atribute Valori RSVP Flow Specification rows row 0 Name Bandwidth(bytes/sec) Buffer Size(bytes)

1 Default 5000 5000

RSVP Profiles rows row 0 Profile Name Threshold(bytes/sec) Reservation Style Reservation Parameters Flow Description Sender List

1 Default 5000 Wild Card Specified by sender Any Sender

WFQ Profiles rows row 0 Profile Name Queues Configuration rows row 0 Weight Maximum Queue Size(pkts) Classification Scheme rows row 0 row 1 row 2 row 3 row 4 row 5 row 6 Weight Maximum Queue Size(pkts)

5 ToS based (..) 8 1.0 500 1 Best Effort(1) . . . (Background..) (Standard(2)..) (Excellent Effort(3)..) (Streaming Multimedia(4)..) (Interactive Multimedia(5)..) 60 500

6

Classification Scheme rows row 0 row 7 row 1 row 2 row 3 row 4

1 Interactive Voice(6)... (Reserved(7)... ) Protocol Based . . Port Based . . DSCP Based . . Enter Scheme Name . .

2.5.4. Configurarea obiectului OPNET: IP Configuration (Fig.4)

Fig.4

Toate elementele reţelei IP vor fi configurate să utilizeze mecanism de control QoS folosind în acest scop cozi diferenţiate pentru date şi voce, bazate pe tipul serviciului definit prin antetul IP, precum şi un planificator de tip WFQ:

• Queuing Scheme WFQ (Weighted Fair Queue) • Queuing Profile ToS (Type of Service) Based De asemenea se va valida utilizarea protocolului de rezevare de resurse (RSVP).

2.5.5. Configurarea terminalelor multimedia

Object Name Atribute configurate Name: Telefon-1 Telefon-2 Telefon-3 Telefon-4 Application:Destination Preference

Tel2 Tel1 Tel4 Tel3

Application:Supported Profiles

VoIP - VoIP -

Application:Supported Services

- Voice - Voice

ip_phone

Client Address Tel1 Tel2 Tel3 Tel4 Se configurează Application: RSVP Parameters astfel încât să se valideze rezervarea de

resurse, conform Fig.5.

7

Fig.5.

Se configurează IP Host Parameters – Interface Information pentru controlul QoS :

QoS Information RSVP Info RSVP Enabled Queuing Scheme WFQ Queuing Profile ToS Based

Fig.6

8

2.5.6. Configurarea reţelei LAN Object Name Atribute configurate 10BaseT_LAN Name: LAN_50

Application:Supported Profiles - Profile Name date - Numbers of clients Entire LAN Number of workstations 50

Se configurează parametrii “IP Host Parameters” care caracterizează informaţiile QoS asociate interfeţei de link.

2.5.7. Configurare INTERNET Se definesc interfeţele IF folosite pentru conectarea la linkurile ppp şi se configurează:

IP Routing Parameters conform fig.7 o Se selectează:

• Queuing Scheme WFQ (Weighted Fair Queue) • Queuing Profile ToS (Type of Service) Based

RSVP Protocol Parameters conform fig.8 o Se selectează RSVP Status Enabled

2.5.8. Configurarea serverelor Object Name Atribute configurate Ehternet_server Name: Server_Print

Application:Supported Services print Ppp_server Name: Web&FTP_Server Email_Server

Application:Supported Services Web email ftp

2.5.9. Configurare Router-1 şi Router-2 Se definesc interfeţele IF folosite pentru conectarea la linkurile ethernet sau ppp şi se

configurează: IP Routing Parameters conform fig.7. RSVP Protocol Parameters conform fig.8.

Pentru interfeţele IFk folosite pentru conectarea la linkurile ppp sau ethernet (a se vedea

atributele linkurilor conectate la Router 1/2) se selectează RSVP Status Enabled

9

Fig.7 Fig.8

2.5.10. Configurarea linkurilor ppp

Object Name Link Data rate : ppp_adv Router_1 - INTERNET 256000 ppp_adv Router_2 - INTERNET 256000 ppp_adv Router_1 - Web&FTP_Server T1 ppp_adv Router_2 - Email_Server T1 ppp_adv Router_2 - Telefon_2 256000 ppp_adv Router_2 - Telefon_1 256000

2.6. Configurarea statisticilor o Se selectează colectarea de statistici globale (Global Statistics) pentru Email, FTP,

HTTP, voice

10

o Se selectează colectarea de statistici pe obiecte (Object Statistics) după cum urmează: Email, FTP, HTTP, TCP, UDP, voice, RSVP

2.7. Simularea reţelei

o Se lansează în execuţie simulatorul Configure/Run simulation button o Se setează durata la 5 minute o Se lansează în execuţie simulatorul Run o La terminarea execuţiei simulării se închide fereastra simulatorului Close

2.8.Vizualizarea rezultatelor simulării.

2.8.1. Se analizează statisticile pentru aplicaţiile standard: http, ftp, email, print Trafic sent (packets/sec), Trafic sent (bytes/sec), Trafic received (packets/sec), Trafic received (bytes/sec),

2.8.2. Se analizează statisticile obţinute pentru aplicaţia Voice, care are configurate

atributele Coding Scheme G.711, Frame Size ‚ 4 msec Telefon_1, Telefon_2, Telefon_3, Telefon_4

Voice Application o Trafic sent (packets/sec), o Trafic sent (bytes/sec), o Trafic received (packets/sec), o Trafic received (bytes/sec). o Packet End-to-End Delay(sec) o Packet Delay Variation

2.8.3. Se verifică rezervarea resurselor realizată cu RSVP

Telefon_1, Telefon_2, Telefon_3, Telefon_4 RSVP

o Resv Messages Sent(packets/sec) o Resv Messages Received(packets/sec) o Path Messages Sent(packets/sec) o Path Messages Received(packets/sec)

2.8.4. Să se analizeze traficul generat de IP_Phone1 în linkurile ethernet şi ppp

Link Troughtput(bits/sec)← Troughtput(bits/sec) → Telefon_1 - LAN_50 (Ethernet) Router_1 - INTERNET Router2 - Telefon_2 (link ppp)

Telefon_1 - LAN_50

o Troughtput(bits/sec)← o Troughtput(bits/sec) →

11

3. Analiza FRAME SIZE. Schema de codare G.711 Se consideră că aplicaţia de voce foloseşte schema de codare G.711 Se crează câte un scenariu pentru următoarele valori ale Frame Size: 4 mec, 10 msec., 20 msec., 30 msec.

3.1. Frame Size = 10 msec 3.1.1. Se realizează scenariul cu numele G711_10 msec

Se realizează un scenariu în care aplicaţia Voice foloseşte schema de codare a vocii G.711 şi Frame Size= 10 msec

3.1.2. Se realizează duplicarea scenariului G711_4msec. Se numeşte noul scenariu G711_10msec

3.1.3. In Application Configuration se defineşte Frame Size 10 msec pentru

schema de codare G.711: o Voice Encoder Schemes → G.711 → Frame Size = 10 msec o Se menţin configurările atributelor aplicaţiei Voice:

Type of Service Interactive voice(6) RSVP → RSVP Status = Enable

3.1.4. Configurarea statisticilor (aceleaşi ca la scenariul G711_4 msec) o Se selectează colectarea de statistici globale (Global Statistics) pentru Email, FTP,

HTTP, voice o Se selectează colectarea de statistici pe obiecte (Object Statistics) după cum urmează:

Email, FTP, HTTP, TCP, UDP, voice

3.1.5. Simularea reţelei o Se lansează în execuţie simulatorul Configure/Run simulation button o Se setează durata la 5 minute o Se lansează în execuţie simulatorul Run o La terminarea execuţiei simulării se închide fereastra simulatorului Close

3.1.6. Vizualizarea rezultatelor simulării. Se compară rezultatele obţinute pentru aplicaţia Voice referitoare la Delay şi Jitter:

Packet End-to-End Delay Packet Variation Delay

3.2.Frame Size = 20 msec

3.2.1. Se realizează scenariul cu numele G711_20msec

3.2.2. In Application Configuration se defineşte Frame Size 10 msec pentru schema de codare G.711: o Voice Encoder Schemes → G.711 → Frame Size = 20 msec o Se menţin configurările atributelor aplicaţiei Voice:


12







3.3.Frame Size = 30 msec

3.3.1. Se realizează scenariul cu numele G711_30msec

3.3.2. In Application Configuration se defineşte Frame Size 30 msec pentru schema de codare G.711: o Voice Encoder Schemes → G.711 → Frame Size = 30 msec o Se menţin configurările atributelor aplicaţiei Voice:








Se compară rezultatele obţinte pentru VoIP realizat printr-o reţea IP QoS pentru schema de codare G.711 şi valori ale Frame Size de 4 msec, 10 msec, 20 msec, 30 msec.

13

4. Analiza schemelor de codare a vocii

Se crează un nou proiect cu numele „Scheme_codare_voce”. Se crează un scenariu G.711_4msec prin importarea scenariului „4_msec” din proiectul „QoS_G.711”. Se consideră că aplicaţia de voce foloseşte diverse scheme de codare: G.711 - Frame Size = 4 msec., G.729 - Frame Size = 10 msec., GSM - Frame Size = 20 msec., G.723.1- Frame Size = 30 msec. Se crează câte un scenariu pentru fiecare din schemele de codare a vocii şi se compară rezultatele din punctul de vedere al încărcării cu trafic al reţelei (troughput) şi al întârierii pachetelor de voce (delay). Pentru fiecare scenariu creat, se defineşte schema de codare corespunzătoare astfel:

- In Application Configuration se selectează: - schema de codare - Frame Size

- Se menţin configurările atributelor aplicaţiei Voice: - Type of Service Interactive voice(6) - RSVP → RSVP Status = Enable

4.1. Se foloseşte ca referinţă scenariul „QoS_G711 cu Frame Size= 4 msec” 4.2. Se crează scenariul “ Schema de codare G 729, Frame Size = 10 msec” 4.3. Se crează scenariul “Schema de codare GSM, Frame Size = 20 msec” Pentru fiecare scenariu se realizează:

- selectarea statisticilor

o Objects Statistics: Client Email Client Ftp Client Http RSVP Server Email Server Ftp Server Http Voice application

o Link Statistics:

Point-to-Point - simularea şi execuţia scenariilor - analiza rezultatelor

5_OPNET_VoIP_QoS_codare_voce

Documents

Transcript of 5_OPNET_VoIP_QoS_codare_voce