06-WLAN QoS配置
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在802.11網絡中,為了給不同的應用提供不同質量的接入服務,IEEE 802.11工作組製定了無線網絡的QoS技術802.11e,基於此協議實現豐富的QoS功能。目前,設備支持的WLAN QoS功能包括WMM、SVP、智能帶寬保障功能和客戶端限速功能。
文中的AP指的是帶無線接入功能的路由器。具體款型支持關係請參見“WLAN分冊導讀”。
Wi-Fi組織為了滿足不同WLAN廠商對QoS的需求,定義了WMM(Wi-Fi Multimedia,Wi-Fi多媒體)協議。WMM協議用於保證優先發送高優先級的報文,從而保證語音、視頻等應用在無線網絡中有更好的服務質量。
在802.11協議中DCF(Distributed Coordination Function,分布式協調功能)規定了AP和客戶端使用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,載波監聽/衝突避免)接入方式。在占用信道發送數據前,AP或客戶端會監聽信道。當信道空閑時間大於或等於規定的空閑等待時間,AP或客戶端在競爭窗口範圍內隨機選擇退避時間進行退避。最先結束退避的設備競爭到信道。在802.11協議中,由於所有設備的空閑等待時間、競爭窗口都相同,所以整個網絡中設備的信道競爭機會相同。
WMM協議通過對802.11協議進行改進,改變了整個網絡完全公平的競爭方式,將BSS(Basic Service Set,基本服務集)內的數據報文分為4個AC(Access Category,接入類),高優先級AC中的報文占用信道的機會大於低優先級AC中的報文,從而使不同的AC獲得不同級別的服務。
(1) EDCA
EDCA(Enhanced Distributed Channel Access,增強的分布式信道訪問)是WMM定義的一套信道競爭機製,有利於高優先級的報文享有優先發送的權利和更多的帶寬。
(2) AC
AC(Access Category,接入類),WMM定義了四種接入類型,相應的有各自的優先級隊列,這些隊列按優先級從高到低的順序分為AC-VO(語音隊列)、AC-VI(視頻隊列)、AC-BE(盡力而為隊列)、AC-BK(背景隊列)。越高優先級隊列中的報文,搶占信道的能力越強。
(3) CAC
CAC(Connect Admission Control,連接準入控製)用來限製能使用高優先級隊列(AC-VO和AC-VI隊列)的客戶端個數,從而保證已經使用高優先級隊列的客戶端能夠有足夠的帶寬。
(4) U-APSD
U-APSD(Unscheduled Automatic Power-save Delivery,非調度自動節能發送)是WMM定義的一種新的節能處理方式,可以進一步提升客戶端的節能能力。
WMM協議對每個AC定義了一套信道競爭EDCA參數,EDCA參數的含義如下所示。
· AIFSN(Arbitration Inter Frame Spacing Number,仲裁幀間隙數):在802.11協議中,空閑等待時長(DIFS)為固定值,而WMM針對不同AC配置退避前需要等待的時隙,AIFSN數值越小,用戶的空閑等待時間越短,即高優先級AC具有較高的信道競爭機會。AIFSN為圖1-1中AIFS時間段。
· ECWmin(Exponent form of CWmin,最小競爭窗口指數形式)和ECWmax(Exponent form of CWmax,最大競爭窗口指數形式):決定了平均退避時間值。這兩個數值越大,用戶的平均退避時間越長。通過這兩個值計算圖1-1中Backoff slots時間段。
· TXOP Limit(Transmission Opportunity Limit,傳輸機會限製):用戶每次競爭成功後,可占用信道的最大時長。這個數值越大,用戶一次能占用信道的時長越大。如果是0,則每次占用信道後隻能發送一個報文。
圖1-1 WMM為每個AC賦予不同的信道競爭參數
CAC的基本原理是保證隻有已經獲得批準的客戶端才能使用高優先級的AC,獲得需要的帶寬,否則隻能使用低優先級的AC。
CAC將各種傳輸報文分為兩類:實時傳輸流(需要CAC控製的流,包括AC-VO和AC-VI)和普通數據流(不需要CAC控製的流,包括AC-BE和AC-BK)。
如果客戶端需要使用高優先級的AC,則需要進行請求,AP按照如下介紹的算法,計算是否允許客戶端使用高優先級AC,並將結果回應給客戶端。
· 基於信道利用率的準入策略:計算單位時間內所有已接入的高優先級AC占用信道的時間百分比,以及請求以高優先級接入的AC占用信道的時間百分比,二者相加,如果小於或等於用戶配置的最大信道占用時間百分比,則允許AC以請求的優先級接入。否則,拒絕其使用請求的高優先級AC。
· 基於用戶數量的準入策略:如果高優先級AC中客戶端數量加上請求接入的客戶端,小於或等於用戶配置的該高優先級AC的最大用戶數,則允許客戶端的請求。否則,拒絕其使用請求的高優先級AC。
當單獨或同時指定隊列AC-VO、AC-VI的流量開啟CAC功能時,如果客戶端因媒體資源不足等原因申請AC失敗,設備會根據客戶端攜帶的優先級字段,對其進行降級至AC-BE處理,但已接入高優先級AC的客戶端不會因資源不足被降級處理。
由於CAC功能開啟後計算媒體資源時將功能開啟前的媒體資源請求計算在內,因此客戶端後續的高優先級AC請求成功與否將極大的受限於資源使用情況。
U-APSD是對傳統節能模式的改進。在這種機製下,客戶端不再定期監聽Beacon幀,而是由客戶端決定何時到AP上獲取緩存報文。對於客戶端的一次請求,AP可以發送多個緩存報文給客戶端,該機製顯著改善了客戶端的節能效果。
開啟WMM功能後,就自動開啟U-APSD節能模式。
ACK策略有兩種:Normal ACK和No ACK。
· Normal ACK策略:對於每個發送的單播報文,接收者在成功接收到報文後,都要回複ACK進行確認。
· No ACK(No Acknowledgment)策略:在無線報文交互過程中,不使用ACK報文進行接收確認。在通信質量較好、幹擾較小的情況下,No ACK策略能有效提高報文傳輸效率。但是,在通信質量較差的情況下,如果使用No ACK策略,則會造成丟包率增大的問題。需要注意的是,對於802.11n客戶端發送的A-MPDU報文,配置的No ACK不起作用。
SVP(SpectraLink Voice Priority,SpectraLink語音優先級)是SpectraLink公司為向語音通話提供QoS保障而設計的語音優先協議。
在實際應用中,網絡中的流量不會一直處於某個穩定的狀態。當某個BSS的流量非常大時,會擠占其它BSS的可用帶寬。如果直接對單個BSS的報文進行限速,在總體流量較小時,又會導致閑置帶寬被浪費。
智能帶寬保障功能提供了更靈活的流量控製機製,當網絡未擁塞時,所有BSS的報文都可以通過;在網絡發生擁塞時,每個BSS都可以獲取最低的保障帶寬。通過這種方式,既確保了網絡帶寬的充分利用,又兼顧了不同無線服務之間帶寬占用的公平原則。例如,配置SSID 1、SSID 2及SSID 3的保障帶寬占總帶寬的比例分別為25%、25%及50%。當網絡空閑時,SSID 1可以超過保障帶寬,任意占用網絡剩餘帶寬;當網絡繁忙、沒有剩餘帶寬時,SSID 1至少可以占有自己的保障帶寬部分(25%)。
智能帶寬保障功能隻能對由AP發送至客戶端的流量進行控製。
每個AP提供的帶寬由接入的所有客戶端共享,如果部分客戶端占用過多帶寬,將導致其它客戶端受到影響。通過配置客戶端限速功能,可以限製單個客戶端對帶寬的過多消耗,保證所有接入客戶端均能正常使用網絡業務。
客戶端限速功能有兩種模式:
· 動態模式:配置所有客戶端使用的速率總值,每個客戶端的限製速率是速率總值/客戶端數量。例如,配置所有客戶端可用速率的總和為10Mbps,當有5個用戶上線時,每個客戶端的可用帶寬限製為2Mbps。
· 靜態模式:為所有客戶端配置相同的限速速率,該配置對所有客戶端生效。當接入客戶端增加至一定數量時,如果所有接入客戶端限製速率的總和超出AP可提供的有效帶寬,那麼每個客戶端將不能保證獲得配置的帶寬。
· 802.11e-2005, Amendment 8: Medium Access Control (MAC) Quality of Service Enhancements, IEEE Computer Society, 2005
· Wi-Fi, WMM Specification version 1.1, Wi-Fi Alliance, 2005
設備對無線接入功能的支持情況請參見“WLAN特性與硬件適配關係(FAT AP)”。
WMM配置任務如下:
(1) 開啟WMM功能
(2) (可選)配置射頻的EDCA工作參數
(3) (可選)配置射頻和客戶端的AC-BE或AC-BK協商參數
(4) (可選)配置射頻和客戶端的AC-VO或AC-VI協商參數
(5) (可選)配置信任的報文優先級類型和端口優先級
協議要求802.11n、802.11ac或802.11ax的客戶端必須支持WMM,所以當Radio工作在802.11an、802.11gn、802.11ac或802.11ax的情況下,WMM功能必須開啟,否則可能會導致關聯後的802.11n、802.11ac或802.11ax的客戶端無法通信。
(1) 進入係統視圖。
system-view
(2) 進入Radio接口視圖。
interface wlan-radio interface-number
(3) 開啟WMM功能。
wmm enable
缺省情況下,WMM功能處於開啟狀態。
(1) 進入係統視圖。
system-view
(2) 進入Radio接口視圖。
interface wlan-radio interface-number
(3) 配置Radio的工作參數。
edca radio { ac-be | ac-bk | ac-vi | ac-vo } { ack-policy { noack | normalack } | aifsn aifsn-value | ecw ecwmin ecwmin-value ecwmax ecwmax-value | txoplimit txoplimit-value } *
缺省情況下:如表1-1所示。
表1-1 射頻的EDCA工作參數缺省值
AC |
AIFSN |
ECWmin |
ECWmax |
TXOP Limit |
AC-BK |
7 |
4 |
10 |
0 |
AC-BE |
3 |
4 |
6 |
0 |
AC-VI |
1 |
3 |
4 |
94 |
AC-VO |
1 |
2 |
3 |
47 |
(1) 進入係統視圖。
system-view
(2) 進入Radio接口視圖。
interface wlan-radio interface-number
(3) 配置Radio和客戶端的AC-BE或AC-BK協商參數。
edca client { ac-be | ac-bk } { aifsn aifsn-value | ecw ecwmin ecwmin-value ecwmax ecwmax -value | txoplimit txoplimit-value } *
缺省情況下,如表1-2所示。
AC |
AIFSN |
ECWmin |
ECWmax |
TXOP Limit |
AC-BK |
7 |
4 |
10 |
0 |
AC-BE |
3 |
4 |
10 |
0 |
(1) 進入係統視圖。
system-view
(2) 進入Radio接口視圖。
interface wlan-radio interface-number
(3) 配置Radio和客戶端的AC-VO或AC-VI協商參數。
edca client { ac-vi | ac-vo } { aifsn aifsn-value | cac { disable | enable } | ecw ecwmin ecwmin-value ecwmax ecwmax-value | txoplimit txoplimit-value } *
缺省情況下,如表1-3所示。
AC |
AIFSN |
ECWmin |
ECWmax |
TXOP Limit |
AC-VI |
2 |
3 |
4 |
94 |
AC-VO |
2 |
2 |
3 |
47 |
(4) (可選)配置開啟CAC(Connect Admission Control,連接準入控製)功能後使用的接入控製策略。
cac policy { channelutilization [ channelutilization-value ] | client [ client-number ] }
缺省情況下,使用基於客戶端數量的CAC策略,客戶端數量為20。
沒有配置信任的報文優先級類型時,設備信任端口優先級,使用端口優先級進行優先級映射。
配置信任的報文優先級類型和端口優先級都隻針對上行報文有效。
配置了信任的報文優先級類型後,端口優先級的配置不生效。
(1) 進入係統視圖。
system-view
(2) 進入無線服務模板視圖。
wlan service-template service-template-name
(3) 配置信任的報文優先級類型。
qos trust { dot11e | dscp }
缺省情況下,信任端口優先級。
(4) 配置端口優先級。
qos priority priority
缺省情況下,端口優先級為0。
SVP映射是指將IP頭中Protocol ID為119的SVP報文放入指定的AC-VI或AC-VO隊列中,保證SVP報文比其他數據報文具有更高的優先級。SVP報文不需要進行隨機退避,所以當對應AC-VI或AC-VO隊列中隻有SVP報文時,可以將ECWmin和ECWmax均設置為0。
沒有進行高優先級隊列的SVP映射時,SVP報文將進入AC-BE隊列。
本功能隻針對非WMM客戶端接入。
(1) 進入係統視圖。
system-view
(2) 進入Radio接口視圖。
interface wlan-radio interface-number
(3) 開啟高優先級隊列的SVP映射功能,即將SVP報文放入指定的AC隊列中。
svp map-ac { ac-vi | ac-vo }
若要關閉本功能需使用svp map-ac disable命令。
(1) 進入係統視圖。
system-view
(2) 配置指定射頻類型的最大帶寬參考值。
wlan max-bandwidth { dot11a | dot11ac | dot11an | dot11b | dot11g | dot11gac | dot11gn } bandwidth
缺省情況下,不同射頻類型的最大帶寬參考值如表1-4所示。
射頻類型 |
dot11a、dot11g |
dot11b |
dot11an、dot11gn、dot11gac |
dot11ac |
最大帶寬參考值 |
30000Kbps |
7000Kbps |
250000Kbps |
500000Kbps |
(3) 進入Radio接口視圖。
interface wlan-radio interface-number
(4) 開啟/關閉智能帶寬保障功能。
bandwidth-guarantee { disable | enable }
缺省情況下,智能帶寬保障功能處於關閉狀態。
(5) 配置無線服務模板的保障帶寬。
bandwidth-guarantee service-template service-template-name percent percent
缺省情況下,未配置無線服務模板的保障帶寬。
客戶端限速功能可以基於無線服務模板、射頻或用戶類別進行配置。若配置動態模式,則每個客戶端的限速速率為總限速速率/客戶端總數,若配置靜態模式,則所有客戶端的限速速率為配置的值。如果同時配置多種方式或不同模式的客戶端限速,則多個配置將同時生效,每個客戶端的限速值為多種方式及不同模式中的限速速率最小值。
· 基於無線服務模板的客戶端限速對使用同一個無線服務模板接入的所有客戶端生效。
· 基於用戶類別的客戶端限速對所有客戶端生效,每種類型的客戶端的速率都不能超過配置的限速值。
(1) 進入係統視圖。
system-view
(2) 進入無線服務模板視圖。
wlan service-template service-template-name
(3) 配置基於無線服務模板的客戶端限速速率。
client-rate-limit { inbound | outbound } mode { dynamic cir cir [ min min-cir ] [ max max-cir ] | static cir cir } [ cbs cbs ]
缺省情況下,未配置基於無線服務模板的客戶端限速速率。
(1) 進入係統視圖。
system-view
(2) 配置基於用戶類別的客戶端限速。
wlan client-rate-limit { dot11a | dot11ac | dot11an | dot11b | dot11g | dot11gac | dot11gn } { inbound | outbound } cir cir [ cbs cbs ]
缺省情況下,未配置基於用戶類別的客戶端限速。
在完成上述配置後,在任意視圖下執行display命令可以顯示配置後WLAN QoS的運行情況,通過查看顯示信息驗證配置的效果。
在用戶視圖下執行reset命令可以清除WLAN QoS服務的統計信息。
表1-5 WLAN QoS顯示和維護
操作 |
命令 |
顯示WMM客戶端的統計信息 |
display wlan wmm client [ interface wlan-radio interface-number | mac-address mac-address ] |
顯示WMM射頻的統計信息 |
display wlan wmm radio [ interface wlan-radio interface-number ] |
清除WMM客戶端的統計信息 |
reset wlan wmm client [ interface wlan-radio interface-number | mac-address mac-address ] |
清除WMM射頻的統計信息 |
reset wlan wmm radio [ interface wlan-radio interface-number ] |
在AP上啟用WMM功能,使AP和客戶端在發送流量時能夠區分業務優先級。
圖1-2 WMM基本服務配置組網圖
# 配置服務模板,SSID為market。
<AP> system-view
[AP] wlan service-template market
[AP-wlan-st-market] ssid market
[AP-wlan-st-market] service-template enable
[AP-wlan-st-market] quit
# 將無線服務模板market綁定到WLAN-Radio0/0接口上。
[AP] interface wlan-radio 0/0
[AP-WLAN-Radio0/0] undo shutdown
[AP-WLAN-Radio0/0] service-template market
# 開啟WMM功能。
[AP-WLAN-Radio0/0] wmm enable
[AP-WLAN-Radio0/0] quit
# 完成以上配置後,可通過如下顯示命令查看WMM射頻的統計信息。
[AP] display wlan wmm radio
Radio : 1
Client EDCA updates : 0
QoS mode : WMM
WMM status : Enabled
Radio max AIFSN : 15 Radio max ECWmin : 10
Radio max TXOPLimit : 32767 Radio max ECWmax : 10
CAC information
Clients accepted : 0
Voice : 0
Video : 0
Total request medium time(μs) : 0
Voice(μs) : 0
Video(μs) : 0
Calls rejected due to insufficient resources : 0
Calls rejected due to invalid parameters : 0
Calls rejected due to invalid medium time : 0
Calls rejected due to invalid delay bound : 0
要求使用基於用戶數量的準入策略,允許10個客戶端和AP建立AC-VO和AC-VI的業務流,保證使用高優先級AC-VO和AC-VI隊列的客戶端能夠有足夠的帶寬保證。
圖1-3 CAC服務配置組網圖
# 配置服務模板,SSID為market,並開啟服務模板。
<AP> system-view
[AP] wlan service-template market
[AP-wlan-st-market] ssid market
[AP-wlan-st-market] service-template enable
[AP-wlan-st-market] quit
# 將無線服務模板market綁定到WLAN-Radio0/0接口上。
[AP] interface wlan-radio 0/0
[AP-WLAN-Radio0/0] undo shutdown
[AP-WLAN-Radio0/0] service-template market
# 開啟WMM功能,啟動AC-VO和AC-VI優先級CAC功能,並配置CAC功能啟動基於客戶端數的準入策略,客戶端數為10。
[AP-WLAN-Radio0/0] wmm enable
[AP-WLAN-Radio0/0] edca client ac-vo cac enable
[AP-WLAN-Radio0/0] edca client ac-vi cac enable
[AP-WLAN-Radio0/0] cac policy client 10
如果使用高優先級AC的客戶端數量加上請求接入的客戶端,小於或等於配置的高優先級AC的最大客戶端數(本例中為10),則允許客戶端接入其請求的高優先級AC。
要求AP將SVP報文放到AC-VO隊列,將AP的AC-VO隊列的ECWmin和ECWmax參數設置為0。
圖1-4 SVP映射配置組網圖
# 配置服務模板,SSID為market,並開啟服務模板。
<AP> system-view
[AP] wlan service-template market
[AP-wlan-st-market] ssid market
[AP-wlan-st-market] service-template enable
[AP-wlan-st-market] quit
# 將無線服務模板market綁定到WLAN-Radio0/0接口上。
[AP] interface wlan-radio 0/0
[AP-WLAN-Radio0/0] undo shutdown
[AP-WLAN-Radio0/0] service-template market
# 開啟WMM功能,配置將SVP報文放到AC-VO隊列。
[AP-WLAN-Radio0/0] wmm enable
[AP-WLAN-Radio0/0] svp map-ac ac-vo
[AP-WLAN-Radio0/0] edca client ac-vo ecw ecwmin 0 ecwmax 0
一個非WMM客戶端上線,發送SVP報文,SVP報文會從指定的AC-VO隊列轉發。
AP將Client發送的802.11報文,經過端口優先級映射後,放入AC-VO隊列。
圖1-5 流區分配置組網圖
# 配置服務模板,SSID為market,並開啟服務模板。
<AP> system-view
[AP] wlan service-template market
[AP-wlan-st-market] ssid market
[AP-wlan-st-market] service-template enable
# 配置端口優先級映射,將Client側發送的802.11報文,優先級變為7。
[AP-wlan-st-market] qos priority 7
[AP-wlan-st-market] quit
# 將無線服務模板market綁定到WLAN-Radio0/0接口上。
[AP] interface wlan-radio 0/0
[AP-WLAN-Radio0/0] undo shutdown
[AP-WLAN-Radio0/0] service-template market
# 開啟WMM功能。
[AP-WLAN-Radio0/0] wmm enable
[AP-WLAN-Radio0/0] quit
# 完成以上配置後,在AP上使用terminal monitor命令允許日誌輸出到當前終端、使用terminal debugging命令開啟當前終端對調試信息的顯示功能、使用debugging wlan wmm all命令打開wmm所有報文調試信息開關,而後在客戶端上使用ping命令測試Client與Switch的連通性。最終可查看到上行報文(AP收到的從客戶端發來的報文)的優先級更改為7,而下行報文(經由AP發送給客戶端的報文)不會修改優先級。
在某企業內,三個客戶端分別通過名為research、office、entertain的SSID接入無線網絡。為了滿足企業網絡正常運行的需求,要求在同一個AP內,保證無線服務office的帶寬占總帶寬的20%,無線服務research的帶寬占總帶寬的80%,無線服務entertain沒有分配固定帶寬。
圖1-6 智能帶寬保障配置舉例組網圖
# 配置無線服務模板office,SSID為office。
<AP> system-view
[AP] wlan service-template office
[AP-wlan-st-office] ssid office
[AP-wlan-st-office] service-template enable
[AP-wlan-st-office] quit
# 配置無線服務模板research,SSID為research。
[AP] wlan service-template research
[AP-wlan-st-research] ssid research
[AP-wlan-st-research] service-template enable
[AP-wlan-st-research] quit
# 配置無線服務模板entertain,SSID為entertain。
[AP] wlan service-template entertain
[AP-wlan-st-entertain] ssid entertain
[AP-wlan-st-entertain] service-template enable
[AP-wlan-st-entertain] quit
# 配置802.11ac射頻的最大帶寬參考值為10000Kbps。
[AP] wlan max-bandwidth dot11ac 10000
# 將無線服務模板綁定到WLAN-Radio0/0接口。
[AP] interface wlan-radio 0/0
[AP-WLAN-Radio0/0] undo shutdown
[AP-WLAN-Radio0/0] service-template office
[AP-WLAN-Radio0/0] service-template research
[AP-WLAN-Radio0/0] service-template entertain
# 開啟智能帶寬保障功能。
[AP-WLAN-Radio0/0] bandwidth-guarantee enable
# 配置無線服務模板office、無線服務模板research的保障帶寬占總帶寬的百分比分別為20%、80%。
[AP-WLAN-Radio0/0] bandwidth-guarantee service-template office percent 20
[AP-WLAN-Radio0/0] bandwidth-guarantee service-template research percent 80
[AP-WLAN-Radio0/0] return
如果AP向所有客戶端發送的數據流量累計小於10000Kbps,AP向Client 1~Client 3發送的流量不會受限製。
如果AP向Client 1發送流量大於2000Kbps,向Client 2發送流量大於8000Kbps,由於為research無線服務和office無線服務配置了智能帶寬保障功能,設備會優先發送Client 1和Client 2的流量。因此,AP向Client 1和Client 2實際發送的流量分別為2000Kbps以及8000Kbps左右,向Client 3發送的流量會受到限製。
在AP上配置基於無線服務模板的客戶端限速功能,AP分別在入方向以靜態模式、出方向以動態模式限製客戶端的速率。
圖1-7 客戶端限速組網圖
# 配置無線服務模板,配置SSID為service。
<AP> system-view
[AP] wlan service-template service
[AP-wlan-st-service] ssid service
# 配置限製從客戶端到AP方向和從AP到客戶端方向數據傳輸的最大速率,使從客戶端到AP方向的固定速率為8000 Kbps,從AP到客戶端方向的共享速率為8000Kbps。
[AP-wlan-st-service] client-rate-limit inbound mode static cir 8000
[AP-wlan-st-service] client-rate-limit outbound mode dynamic cir 8000
[AP-wlan-st-service] service-template enable
[AP-wlan-st-service] quit
#將無線服務模板綁定到WLAN-Radio0/0接口上。
[AP] interface wlan-radio 0/0
[AP-WLAN-Radio0/0] undo shutdown
[AP-WLAN-Radio0/0] service-template service
[AP-WLAN-Radio0/0] return
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