Meting van vertragingen, Jitter en pakketverlies met Cisco IOS SA en RTMON

Inleiding

Dit document beschrijft methoden voor het meten van vertraging, jitter en pakketverlies op het gegevensnetwerk met behulp van Cisco IOS® Service Assurance Agent (SAA) en Round Trip Time Monitor (RTMON) en Cisco-routers.

Meting van vertragingen, Jitter en pakketverlies voor spraakgestuurde gegevensnetwerken

Het belang van het meten van vertragingen, Jitter en pakketverlies

Met de opkomst van nieuwe toepassingen op gegevensnetwerken, wordt het steeds belangrijker voor klanten om de impact van nieuwe applicaties nauwkeurig te voorspellen. Niet lang geleden was het makkelijk om bandbreedte toe te wijzen aan applicaties en de applicaties te laten aanpassen aan de exploderende aard van verkeersstromen door de time-out en retransmissie functies van de bovenste laag protocollen. Nu, echter, zijn de nieuwe wereldtoepassingen, zoals stem en video, vatbaarder voor veranderingen in de transmissiekenmerken van gegevensnetwerken. Het is noodzakelijk om de verkeerskenmerken van het netwerk te begrijpen vóór plaatsing van nieuwe wereldtoepassingen om succesvolle implementaties te verzekeren.

Eindtijd, Jitter en pakketverlies definiëren

Voice-over-IP (VoIP) is gevoelig voor netwerkgedrag dat vertraging en jitter wordt genoemd en dat de spraaktoepassing zo kan degraderen dat deze voor de gemiddelde gebruiker onaanvaardbaar is. Vertraging is de tijd die van punt naar punt in een netwerk wordt genomen. De vertraging kan in of éénrichtings of ronde-reisvertraging worden gemeten. Eenvoudige vertragingsberekeningen vereisen dure geavanceerde testapparatuur en overstijgen het budget en de expertise van de meeste zakelijke klanten. Het meten van de vertraging tijdens een retourvlucht is echter eenvoudiger en vereist minder dure apparatuur. Om een algemene meting van eenrichtingsvertraging te verkrijgen, meet u de vertraging van een retourvlucht en verdeel u het resultaat door twee. VoIP tolereert doorgaans vertragingen tot 150 ms voordat de kwaliteit van de oproep onaanvaardbaar is.

Jitter is de variatie in vertraging in de tijd van punt naar punt. Als de vertraging van transmissies te sterk varieert in een VoIP-oproep, is de kwaliteit van de oproep sterk verslechterd. De hoeveelheid jitter die op het netwerk kan worden getolereerd, wordt beïnvloed door de diepte van de jitterbuffer op de netwerkapparatuur in het spraakpad. Hoe meer jitter buffer beschikbaar is, hoe meer het netwerk de effecten van jitter kan verminderen.

Packet loss verliest pakketten langs de datapad, wat de spraaktoepassing sterk degradeert.

Voorafgaand aan het opstellen van de toepassingen van VoIP, is het belangrijk om de vertraging, jitter, en pakketverlies op het gegevensnetwerk te beoordelen om te bepalen als de stemtoepassingen werken. De metingen van de vertraging, jitter en pakketverlies kunnen dan helpen bij het juiste ontwerp en de configuratie van prioritering van verkeer, evenals bufferparameters in de apparatuur van het gegevensnetwerk.

SAO en RTMON

De SAA en RTMON MIB zijn Cisco IOS-softwarefuncties die beschikbaar zijn in versies 12.0 (5)T en hoger. Deze eigenschappen laten u toe om vertraging, jitter, en de statistieken van het pakketverlies over het gegevensnetwerk te testen en te verzamelen. Internetwork Performance Monitor (IPM) is een Cisco-netwerkbeheertoepassing die de functies kan configureren en de SAA- en RTMON-gegevens kan bewaken. De SAA- en RTMON-functies kunnen worden gebruikt om vertraging, jitter en pakketverlies te meten door kleine Cisco IOS-routers te implementeren als agents om eindstations van klanten te simuleren. De routers worden bedoeld als vertraging en jittersondes. Bovendien kunnen de vertragings- en jittersondes worden geconfigureerd met het RMON-alarm (Remote Monitoring) en de triggers van gebeurtenissen zodra de basislijnwaarden zijn bepaald. Hierdoor kunnen de vertragings- en jittersondes het netwerk bewaken op vooraf bepaalde vertragings- en jitterserviceniveaus en waarschuwingsnetwerkbeheersystemen (NMS) wanneer een drempelwaarde wordt overschreden.

Vertraging en Jitter Agent-routers implementeren

Waar kan worden ingezet

De vertraging en jitter kunnen worden gemeten door Cisco-routers 17xx of hoger met Cisco IOS-softwarecode versie 12.05T of hoger te implementeren en de Cisco IOS SA-functies te configureren. De routers zouden in de campusnetwerken naast gastheren moeten worden geplaatst. Dit verschaft statistieken voor end-to-end verbindingen. Aangezien het niet praktisch is om elke mogelijke stemweg in het netwerk te meten, plaats de sondes in typische gastheerplaatsen die voor een statistische bemonstering van typische stemwegen verstrekken. Enkele voorbeelden zijn:

• een lokaal pad van campus naar campus

• een lokaal campus-naar-externe campuspad via een Frame Relay-circuit van 384 kbs

• een lokale campus-naar-externe campus via een permanent virtueel circuit van ATM (PVC)

In het geval van VoIP-implementaties via traditionele telefoons die met Cisco-routers zijn verbonden via FXS-poorten (Foreign Exchange Station), gebruikt u de router die op de telefoons is aangesloten om als vertragings- en jittersondes te fungeren. Zodra opgesteld, verzamelt de sonde statistieken en bevolkt Eenvoudig Network Management Protocol (SNMP) MIB-tabellen in de router. De gegevens kunnen vervolgens worden benaderd via de Cisco IPM-toepassing of via SNMP-opiniepeilingtools. Bovendien kan, zodra de basislijnwaarden zijn vastgesteld, een SAA worden geconfigureerd om waarschuwingen naar een NMS-station te verzenden als de drempels voor vertraging, jitter en pakketverlies worden overschreden.

Een spraakgesprek simuleren

Een van de sterke punten van het gebruik van SAA als testmechanisme is dat een spraakoproep gesimuleerd kan worden. Stel je bijvoorbeeld voor dat je een G.711-spraakoproep wilt simuleren. U weet dat het RTP/UDP poorten 14384 en hoger gebruikt, het is ongeveer 64 kb/s, en de pakketgrootte is 200 bytes {(160 bytes van payload + 40 bytes voor IP/UDP/RTP (niet gecomprimeerd)}.U kunt dat type verkeer simuleren door de SAA Delay/Jitter Probe zoals hieronder getoond.

De jitterbewerking moet het volgende doen:

• Verzend het verzoek naar RTP/UDP-14384.

• Verzend 172 bytepakketten (160 payload + 12 bytes RTP-headergrootte) + 28 bytes (IP + UDP).

• Verzend 3000 pakketten voor elke frequentiecyclus.

• Verzend elk pakket 20 milliseconden uit elkaar voor een duur van 60 seconden en slaap 10 seconden voordat u de volgende frequentiecyclus start.

Deze parameters geven 64 kb/s gedurende 60 seconden.

• ((3000 datagrammen * 160 bytes per datagram)/ 60 seconden) * 8 bits per byte = 64 kb/s

De configuratie op de router verschijnt als volgt:

rtr 1
type jitter dest-ipaddr 172.18.179.10 dest-port 14384 num-packets 3000+
request-data-size 172*
frequency 70
rtr schedule 1 life 2147483647 start-time now

Opmerking: IP+UDP wordt niet in aanmerking genomen in de grootte van de verzoekgegevens, omdat de router deze automatisch aan de interne grootte toevoegt.

Opmerking: momenteel ondersteunt Cisco IOS alleen 1000 pakketten per bewerking. Deze limiet zal in een toekomstige release worden verhoogd.

Implementatievoorbeeld van vertragings- en jittersonde

De routers in het volgende voorbeeld simuleren 60-seconden spraakoproepen om de 60 seconden en opnemen vertraging, jitter en pakketverlies in beide richtingen.

Opmerking: de vertragingsberekeningen zijn ronde-trip tijden en moeten worden gedeeld door twee om de enkele vertraging te krijgen.

saarouter1#
rtr responder	
rtr 1
type jitter dest-ipaddr 172.18.179.10 dest-port 14384 num-packets 1000		
request-data-size 492
frequency 60
rtr schedule 1 life 2147483647 start-time now

saarouter2#
rtr responder
rtr 1
type jitter dest-ipaddr 172.18.178.10 dest-port 14385 num-packets 1000
request-data-size 492
rtr schedule 1 life 2147483647 start-time now

saarouter3#
rtr responder
rtr 1
type jitter dest-ipaddr 172.18.179.100 dest-port 14385 num-packets 1000
request-data-size 492
frequency 60
rtr schedule 1 life 2147483647 start-time now

saarouter4#
rtr responder
rtr 1
type jitter dest-ipaddr 172.18.178.100 dest-port 14385 num-packets 1000
request-data-size 492
frequency 60
rtr schedule 1 life 2147483647 start-time now

Verzameling voorbeeldgegevens

Opiniepeiling van de MIB-tabellen

De vertragings- en jittersondes beginnen met het verzamelen van gegevens die vervolgens in SNMP MIB-tabellen worden geplaatst. De rttMonStats tabel biedt een 1-uur gemiddelde van alle jitter operaties voor het laatste uur. De rttMonLatestJitterOper-tabel geeft de waarden van de laatst geannuleerde handeling. Voor algemene statistieken over vertraging en jitter, poll de rttMonStats tabel elk uur. Voor meer korrelige statistieken, poll rttMonLatestJitterOper lijst bij een hoger frequentieniveau dan de jitterverrichting. Als bijvoorbeeld de vertragings- en jittersonde elke vijf minuten jitter berekent, moet u de MIB niet op minder dan vijf minuten controleren.

De volgende schermopname toont gegevens uit de rttMonJitterStatsTable die is verzameld uit een MIB-enquête van HP OpenView Network Node Manager.

Voorbeeld SAA-rapport

De volgende SAA-gegevensgrafiek is een compilatie van gegevenspunten van vertraging, jitter en pakketverlies over een periode van acht uur voor één paar vertraging- en jittersondes.

Voorbeelden van opdrachtregelgegevens

De gegevens kunnen ook worden bekeken met Cisco IOS show commando op de opdrachtregel op de vertragings- en jittersondes. Een Perl Expect-script kan gebruikt worden om gegevens van de opdrachtregel te verzamelen en deze naar een tekstbestand te exporteren voor latere analyse. Bovendien kunnen de opdrachtregelgegevens ook worden gebruikt voor realtime bewaking en probleemoplossing bij vertraging, jitter en pakketverlies.

Het volgende voorbeeld toont de beveloutput van de show rtr inzameling-stats bevel op router saarouter1.

#show rtr collection-stats 100
        
Collected Statistics

Entry Number: 100
Target Address: 172.16.71.243, Port Number: 16384
Start Time: 13:06:04.000 09:25:00 Tue Mar 21 2000
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
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: 172.16.71.243, Port Number: 16384
Start Time: 14:06:04.000 09:25:00 Tue Mar 21 2000
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

Proactieve bewaking van drempels

Er zijn verschillende manieren om de vertragings-, jitter- en pakketverliesniveaus in het netwerk te bewaken zodra de basiswaarden door de eerste gegevensverzameling zijn vastgesteld. Een manier is om de SAA drempel opdracht te gebruiken. Een andere functie is het gebruik van een functie in de Cisco IOS mainline code genaamd RMON Alarm and Event.

Opdracht SAA-drempel

Met de opdracht drempelwaarde instellen SAA wordt de drempelwaarde verhoogd (hysterese) die een reactiegebeurtenis genereert en informatie over de historie van de bewerking opslaat. De volgende SAA-drempelconfiguratie op de vertragings- en jittersonde maakt de bewaking van jitter mogelijk en maakt een SNMP-trap op de overschrijding van een 5 ms-drempel.

saarouter1#
rtr 100
rtr reaction-configuration 100 threshold-falling 5 threshold-type immediate

RMON - alarm en gebeurtenis

De vertraging en jitter sondes monitoren vooraf bepaalde drempels met behulp van de SAA Cisco IOS-functies of de Cisco IOS RMON alarm- en gebeurtenismethode. In beide gevallen bewaakt de router vertragingen, jitter en pakketverlies en waarschuwt NMS-stations voor overschrijdingen van drempelwaarden via SNMP-traps.

De volgende RMON-alarm en configuratie van de gebeurtenisval zorgt ervoor dat saarouter1 een SNMP-trap genereert als de stijgende drempel de maximale round-trip tijd van 140 ms overschrijdt. Het stuurt ook een andere val wanneer de maximale rondreistijd terugvalt tot onder 100 ms. De val wordt vervolgens verzonden naar de log-on van de router en naar het NMS-station 172.16.71.19.

saarouter1#
rmon alarm 10 rttMonJitterStatsRTTMax.100.120518706 1 absolute rising-threshold 140 100 falling-threshold 100 101 owner jharp
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

Bijlage

Jitter-berekeningen in Cisco SAA Delay Jitter-tests

Jitter is de variantie in one-way latency en wordt berekend op basis van het verzenden en ontvangen van tijdstempels van opeenvolgende verzonden pakketten.

Tijdstempel	Afzender	Responder
T1	pakket verzenden1
T2		rev. pkt1
T3		terugzendingsantwoord voor pkt1
T4	recv-antwoord voor pkt1
T5	pakket2 verzenden
T6		rev. pkt2
T7		terugzendingsantwoord voor pkt2
T8	recv-antwoord voor pkt2

Gebruik voor pakket 1 en pakket 2 hierboven de volgende bron- en doelberekeningen.

• Jitter van bron tot bestemming (JitterSD) = (T6-T2) - (T5-T1)

• Jitter van bestemming naar bron (JitterDS) = (T8-T4) - (T7-T3)

Jitter wordt berekend met behulp van tijdstempels van elke twee opeenvolgende pakketten. Voorbeeld:

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 

Hardware- en softwareconfiguraties voor vertragings- en jittertests

• Cisco 1720—10/100BaseT modulaire router met twee WAN-sleuven en Cisco IOS IP-software

• ME 1700-16U24D—Cisco 1700 16 MB tot 24 MB DRAM-fabrieksupgrade

• MEM1700-4U8MFC—Cisco 1700 4 MB tot 8 MB mini-Flash kaart - fabrieksupgrade

• CAB-AC—netsnoer, 110 V

• SG17CP-12.1.1T—Cisco 1700 IOS IP PLUS

Gerelateerde informatie

• SAA-gebruikershandleiding
• Technische ondersteuning – Cisco Systems