DynagenでCCIEを目指す

Weighted Random Early Detection

最終更新：2010年11月13日 17:52

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1. 目的
2. 構成
3. [準備] Markingの設定
- 3.1. ip precedenceの設定
4. [検証] WRED (検証失敗設定方法のみ)
5. [検証] WREDの詳細設定 (検証失敗設定方法のみ)
6. [検証] dcspによるdrop
- 6.1. dcsp マーキング
- 6.2. DSCPによるWRED
7. [補足] TCP global synchronization (検証失敗)

1. 目的

WRED(Weighted Random Early Detection)の設定方法について確認します。

2. 構成

2.1. 設定概要

初期設定はIPアドレスのみです。
Host OS側でApacheを起動させます。
Guest OS, R1間は10Mで接続する事で、わざと輻輳を発生させます。

2.2. 構成図

2.3. netファイル

model = 3620
[localhost]
	
	[[3620]]
		image = C:\Program Files\Dynamips\images\c3620-j1s3-mz.123-18.bin
		ram = 128
	
	[[ROUTER R1]]
		f0/0 = NIO_gen_eth:\Device\NPF_{8B89D910-5ED3-4A43-9DE9-6A272A3D7592}
		e1/0 = NIO_gen_eth:\Device\NPF_{5933302A-7AAA-475C-A8FE-A6B82B0C0F98}

2.4. 初期設定

!
version 12.3
service timestamps debug datetime msec
service timestamps log datetime msec
no service password-encryption
!
hostname R1
!
boot-start-marker
boot-end-marker
!
!
no aaa new-model
ip subnet-zero
!
!
no ip domain lookup
!
ip cef
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
interface FastEthernet0/0
 ip address 192.168.200.1 255.255.255.0
 duplex auto
 speed auto
!
interface Ethernet1/0
 ip address 192.168.201.1 255.255.255.0
 half-duplex
!
interface Ethernet1/1
 no ip address
 shutdown
 half-duplex
!
interface Ethernet1/2
 no ip address
 shutdown
 half-duplex
!
interface Ethernet1/3
 no ip address
 shutdown
 half-duplex
!
ip http server
ip classless
!
!
no cdp run
!
!
!
!
!
!
line con 0
line aux 0
line vty 0 4
!
!
end

2.5. Apache 設定

ホストOSにApacheをインストールし、ポートベースのバーチャルホストを定義します。構築方法はトップページ/手順書サーバ系/Apache HTTP Server バーチャルホストの設定を参考にして下さい。
この検証例で実際に使用したhttpd.confの要所となる部分を以下に記載します。

Listen 10880
Listen 10881
Listen 10882

NameVirtualHost *:10880
NameVirtualHost *:10881
NameVirtualHost *:10882

<VirtualHost *:10880>
    DocumentRoot "C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/htdocs"
</VirtualHost>

<VirtualHost *:10881>
    DocumentRoot "C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/htdocs10881"
</VirtualHost>

<VirtualHost *:10882>
    DocumentRoot "C:/Program Files/Apache Software Foundation/Apache2.2/htdocs10882"
</VirtualHost>

2.6. サーバ側ルーティング設定

Host OS

route add 192.168.201.0 mask 255.255.255.0 192.168.200.1

Guest OS

route add -net 192.168.200.0/24 gw 192.168.201.1

3. [準備] Markingの設定

3.1. ip precedenceの設定

WFQはip precedenceの値を元に優先度を決めるキューです。事前準備として、以下のmarkingをFa0/0のinput方向で行います。

通信	ip precedence
SSH	5(critical)
tcp10880を使用したHTTP	3(flash)
tcp10881を使用したHTTP	1(priority)
tcp10882を使用したHTTP	0(routine)

投入するconfigは以下の通りです。

R1(config)#ip access-list extended ACL_SSH
R1(config-ext-nacl)#permit tcp any any eq 22
R1(config-ext-nacl)#exit
R1(config)#
R1(config)#ip access-list extended ACL_10880
R1(config-ext-nacl)#permit tcp any eq 10880 any
R1(config-ext-nacl)#exit
R1(config)#
R1(config)#ip access-list extended ACL_10881
R1(config-ext-nacl)#permit tcp any eq 10881 any
R1(config-ext-nacl)#exit
R1(config)#
R1(config)#ip access-list extended ACL_10882
R1(config-ext-nacl)#permit tcp any eq 10882 any
R1(config-ext-nacl)#exit
R1(config)#
R1(config)#
R1(config)#class-map CLASS_SSH
R1(config-cmap)#match access-group name ACL_SSH
R1(config-cmap)#exit
R1(config)#
R1(config)#class-map CLASS_10880
R1(config-cmap)#match access-group name ACL_10880
R1(config-cmap)#exit
R1(config)#
R1(config)#class-map CLASS_10881
R1(config-cmap)#match access-group name ACL_10881
R1(config-cmap)#exit
R1(config)#
R1(config)#class-map CLASS_10882
R1(config-cmap)#match access-group name ACL_10882
R1(config-cmap)#exit
R1(config)#
R1(config)#
R1(config)#policy-map POLICY_F00_IN
R1(config-pmap)#class CLASS_SSH
R1(config-pmap-c)#set ip precedence critical
R1(config-pmap-c)#exit
R1(config-pmap)#
R1(config-pmap)#class CLASS_10880
R1(config-pmap-c)#set ip precedence flash
R1(config-pmap-c)#exit
R1(config-pmap)#
R1(config-pmap)#class CLASS_10881
R1(config-pmap-c)#set ip precedence priority
R1(config-pmap-c)#exit
R1(config-pmap)#
R1(config-pmap)#class CLASS_10882
R1(config-pmap-c)#set ip precedence routine
R1(config-pmap-c)#exit
R1(config-pmap)#exit
R1(config)#
R1(config)#
R1(config)#interface FastEthernet 0/0
R1(config-if)#service-policy in POLICY_F00_IN

4. [検証] WRED (検証失敗設定方法のみ)

4.1. WREDの設定

e1/0でWREDを設定します。

R1(config)#interface Ethernet 1/0
R1(config-if)#random-detect

4.2. テストトラフィックの送信

Host OSからGuest OSへssh接続い、以下要領のwgetコマンドを３つ同時に実行します。
ip precedenceの値が小さいものほどdropされやすいので通信速度が遅くなるはずですが、下記3つのHTTP通信について速度の差は見られませんでした。

[root@localhost ~]# wget -O /dev/null http://192.168.200.100:10880/large.html
--2010-11-13 16:08:44--  http://192.168.200.100:10880/large.html
Connecting to 192.168.200.100:10880... connected.
HTTP request sent, awaiting response... 200 OK
Length: 23016000 (22M) [text/html]
Saving to: `/dev/null'

17% [=======>                                         ] 4,069,424   7.31K/s  eta 37m 6s

[root@localhost ~]#  wget -O /dev/null http://192.168.200.100:10881/large.html
--2010-11-13 16:08:37--  http://192.168.200.100:10881/large.html
Connecting to 192.168.200.100:10881... connected.
HTTP request sent, awaiting response... 200 OK
Length: 23016000 (22M) [text/html]
Saving to: `/dev/null'

19% [========>                                        ] 4,587,520   10.2K/s  eta 34m 45s

[root@localhost ~]#  wget -O /dev/null http://192.168.200.100:10882/large.html
--2010-11-13 16:08:32--  http://192.168.200.100:10882/large.html
Connecting to 192.168.200.100:10882... connected.
HTTP request sent, awaiting response... 200 OK
Length: 23016000 (22M) [text/html]
Saving to: `/dev/null'

20% [========>                                        ] 4,684,872   7.68K/s  eta 34m 55s

4.3. showコマンドによる確認

show queueing random-detectコマンドでdropされる確率やdropされるたパケット数を確認できます。
(show queueing random-detect interface Ethernet 1/0のように入力すると、指定したI/Fのみの情報が得られます)

R1#show queueing random-detect
Current random-detect configuration:
  Ethernet1/0
    Queueing strategy: random early detection (WRED)
    Random-detect not active on the dialer
    Exp-weight-constant: 9 (1/512)
    Mean queue depth: 0

  class          Random drop      Tail drop    Minimum Maximum  Mark
                  pkts/bytes       pkts/bytes    thresh  thresh  prob
      0      0/0              0/0           20      40  1/10
      1      0/0              0/0           22      40  1/10
      2      0/0              0/0           24      40  1/10
      3      0/0              0/0           26      40  1/10
      4      0/0              0/0           28      40  1/10
      5      0/0              0/0           31      40  1/10
      6      0/0              0/0           33      40  1/10
      7      0/0              0/0           35      40  1/10
   rsvp      0/0              0/0           37      40  1/10

R1#

5. [検証] WREDの詳細設定 (検証失敗設定方法のみ)

5.1. drop率の算出

WREDは以下の3つのパラメータを用いてdropされる確率をチューニングする事ができます。

項目	説明
min thresh	平均最小キュー。この値を上回るパケットがキューに格納されるとパケットがドロップされ始めます。
max thresh	平均最大キュー。この値を上回るパケットがキューに格納されるとパケットが全てドロップされます。
mark drop	パケットがドロップされる確率です。

キューに格納されたパケット数がmin threshに達するとパケットがドロップされ始めます（パケット数がmin thredhの場合は、ドロップされる確率は0%です）。キューに格納されたパケットが増えパケット数がmax threshに達すると、mark dropで定義された確率でdropされます。キューに格納されたパケットがmax threshを超えると、パケットは完全にドロップされるようになります。

キューに格納されたパケット数とドロップされる確率を表したグラフは以下の通りです。

TODO グラフ

5.2. drop率の設定

dropされる確率を以下の通り設定変更する事もできます。

R1(config)#interface Ethernet 1/0
R1(config-if)#random-detect precedence 0 1 5 100
R1(config-if)#random-detect precedence 1 1 5 50

5.3. drop率の確認

show queueing random-detectにより設定を確認します。ip precedence 0, 1の設定が変わった事を確認します。

R1#show queueing random-detect interface Ethernet 1/0
Current random-detect configuration:
  Ethernet1/0
    Queueing strategy: random early detection (WRED)
    Random-detect not active on the dialer
    Exp-weight-constant: 9 (1/512)
    Mean queue depth: 0

  class          Random drop      Tail drop    Minimum Maximum  Mark
                  pkts/bytes       pkts/bytes    thresh  thresh  prob
      0      0/0              0/0            1       5  1/100 <- 設定が変わった事を確認します。
      1      0/0              0/0            1       5  1/50  <- 設定が変わった事を確認します。
      2      0/0              0/0           24      40  1/10
      3      0/0              0/0           26      40  1/10
      4      0/0              0/0           28      40  1/10
      5      0/0              0/0           31      40  1/10
      6      0/0              0/0           33      40  1/10
      7      0/0              0/0           35      40  1/10
   rsvp      0/0              0/0           37      40  1/10

R1#

6. [検証] dcspによるdrop

6.1. dcsp マーキング

デフォルトではip precedenceによってドロップされる確率が変動しますが、dscpに基づいたドロップを行う事も可能です。
まずは、動作確認の準備として、Fa0/0でdscpを用いたマーキングを設定します。

R1(config)#policy-map POLICY_F00_IN
R1(config-pmap)#class CLASS_SSH
R1(config-pmap-c)#no set ip precedence
R1(config-pmap-c)#set dscp ef
R1(config-pmap-c)#class CLASS_10880
R1(config-pmap-c)#no set ip precedence
R1(config-pmap-c)#set dscp af31
R1(config-pmap-c)#class CLASS_10881
R1(config-pmap-c)#no set ip precedence
R1(config-pmap-c)#set dscp af21
R1(config-pmap-c)#class CLASS_10882
R1(config-pmap-c)#no set ip precedence
R1(config-pmap-c)#set dscp af11

6.2. DSCPによるWRED

dscpによるWREDを行うよう設定を変更します。

R1(config)#interface Ethernet 1/0
R1(config-if)#random-detect dscp-based
R1(config-if)#random-detect dscp af11 1 2 100

上記設定が反映された事を確認します。

R1#show queueing interface Ethernet 1/0
Interface Ethernet1/0 queueing strategy: random early detection (WRED)
    Random-detect not active on the dialer
    Exp-weight-constant: 9 (1/512)
    Mean queue depth: 0

   dscp          Random drop      Tail drop    Minimum Maximum  Mark
                  pkts/bytes       pkts/bytes    thresh  thresh  prob
   af11      0/0              0/0            1       2  1/100
   af12      0/0              0/0           28      40  1/10
   af13      0/0              0/0           24      40  1/10
   af21      0/0              0/0           33      40  1/10
   af22      0/0              0/0           28      40  1/10
   af23      0/0              0/0           24      40  1/10
   af31      0/0              0/0           33      40  1/10
   af32      0/0              0/0           28      40  1/10
   af33      0/0              0/0           24      40  1/10
   af41      0/0              0/0           33      40  1/10
   af42      0/0              0/0           28      40  1/10
   af43      0/0              0/0           24      40  1/10
    cs1      0/0              0/0           22      40  1/10
    cs2      0/0              0/0           24      40  1/10
    cs3      0/0              0/0           26      40  1/10
    cs4      0/0              0/0           28      40  1/10
    cs5      0/0              0/0           31      40  1/10
    cs6      0/0              0/0           33      40  1/10
    cs7      0/0              0/0           35      40  1/10
     ef      0/0              0/0           37      40  1/10
   rsvp      0/0              0/0           37      40  1/10
default       0/0              0/0           20      40  1/10

R1#

7. [補足] TCP global synchronization (検証失敗)

7.1. TCP global synchronization

TCP global synchronizationとは、輻輳発生時、全てのコンピュータが同時に送信速度を過度に遅めたり早めたりする現象です。このような現象が発生してしまうと、ネットワークを効率的に使用する事ができません。
RED/WREDを使用する目的の１つとして、このようなTCP global synchronizationを回避する事が挙げられます。

この補足説明では、「TCP global synchronizationが本当に起こっているのか」「WREDによってTCP global synchronizationが回避できているのか」を確認します。

7.2. パケットカウンタ取得スクリプトの実装

TCP global synchronizationを確認するために、1秒毎の通信速度を取得する方法を考えます。
まずは、I/Fカウンタをsnmp経由で取得できるよう、コミュニティ名を定義します。

R1(config)#snmp-server community CCIE ro

サーバ側で、1秒毎にI/Fカウンタを取得するスクリプトを実装します。実装例は以下の通りです（IPアドレスやOIDは環境に応じて適宜変更して下さい）。

[root@localhost ~]# cat get_counter.sh
file=$1

echo "output file is ${file}"

while true
do
count=`snmpwalk -v 1 -c CCIE 192.168.201.1 IF-MIB::ifInOctets.1 | sed -e "s/.*Counter32: //g"` && echo `date`,${count} | tee -a ${file} &
sleep 1
done
[root@localhost ~]#

実行例は以下の通りです。私の場合は、第一引数に出力ファイル名を指定するように実装しました。

[root@localhost ~]# sh get_counter.sh count.csv
output file is count.csv
Sat Nov 13 16:54:14 JST 2010,125790252
Sat Nov 13 16:54:15 JST 2010,125790306

7.3. 動作確認

テストケースとしては、「WREDが無効の場合」「WREDが有効の場合」の２パターンを考えます。

それぞれのパターンで、以下wgetコマンドを実行し、3分間のI/Fカウンタの様子を取得します。

[root@localhost ~]# wget -O /dev/null http://192.168.200.100:10880/large.html
--2010-11-13 16:39:33--  http://192.168.200.100:10880/large.html
Connecting to 192.168.200.100:10880... connected.
HTTP request sent, awaiting response... 200 OK
Length: 23016000 (22M) [text/html]
Saving to: `/dev/null'

24% [===========>                                     ] 5,668,864   7.05K/s  eta 34m 25s

7.4. 集計結果

上記の集計結果をexcelなどを用いて集計します。どちらもTCP global synchronizationは発生しているようでした。
1秒毎に集計した通信速度について以下のような分析を行いましたが、大きな差は見られません。

指標	WRED無効	WRED有効
平均	817 Kbps	764 Kbps
標準偏差	140 kbps	114 kbps
最大	1298 kbps	1142 kbps
最小	581 kbps	475 kbps

WREDについては、うまく設定が反映されていないようですので、機会を見てやりなおしたいと思います。

「Weighted Random Early Detection」をウィキ内検索

添付ファイル

topology.jpg

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Weighted Random Early Detection

1. 目的

2. 構成

2.1. 設定概要

2.2. 構成図

2.3. netファイル

2.4. 初期設定

2.5. Apache 設定

2.6. サーバ側ルーティング設定

3. [準備] Markingの設定

3.1. ip precedenceの設定

4. [検証] WRED (検証失敗設定方法のみ)

4.1. WREDの設定

4.2. テストトラフィックの送信

4.3. showコマンドによる確認

5. [検証] WREDの詳細設定 (検証失敗設定方法のみ)

5.1. drop率の算出

5.2. drop率の設定

5.3. drop率の確認

6. [検証] dcspによるdrop

6.1. dcsp マーキング

6.2. DSCPによるWRED

7. [補足] TCP global synchronization (検証失敗)

7.1. TCP global synchronization

7.2. パケットカウンタ取得スクリプトの実装

7.3. 動作確認

7.4. 集計結果

メインコンテンツ

更新履歴

@Wiki

Weighted Random Early Detection

1. 目的

2. 構成

2.1. 設定概要

2.2. 構成図

2.3. netファイル

2.4. 初期設定

2.5. Apache 設定

2.6. サーバ側 ルーティング設定

3. [準備] Markingの設定

3.1. ip precedenceの設定

4. [検証] WRED (検証失敗 設定方法のみ)

4.1. WREDの設定

4.2. テストトラフィックの送信

4.3. showコマンドによる確認

5. [検証] WREDの詳細設定 (検証失敗 設定方法のみ)

5.1. drop率の算出

5.2. drop率の設定

5.3. drop率の確認

6. [検証] dcspによるdrop

6.1. dcsp マーキング

6.2. DSCPによるWRED

7. [補足] TCP global synchronization (検証失敗)

7.1. TCP global synchronization

7.2. パケットカウンタ取得スクリプトの実装

7.3. 動作確認

7.4. 集計結果

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更新履歴

@Wiki

2.6. サーバ側ルーティング設定

4. [検証] WRED (検証失敗設定方法のみ)

5. [検証] WREDの詳細設定 (検証失敗設定方法のみ)