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MAUREY Simon PICARD Fabien LP SARI

TP 3 : Qualité de service (Qos)

Mutualisation (voix, données)

Matériel Requis 1. Mise en œuvre de la plate forme voix et données

Objectifs Architecture physique du réseau à mettre en œuvre Configuration détaillée

2. Nécessité de mettre en œuvre la QoS sur un réseau local (Niveau 2) Objectifs Architecture physique du réseau à mettre en œuvre Configuration détaillée Validation fonctionnelle des outils de charge Test du passage de la voix lors des transferts TCP ou UDP

3. Qos au niveau d'un réseau LAN Objectifs Configuration détaillée

4. Mise en œuvre de la plate forme voix et données (Niveau 3) Objectifs Architecture du réseau à mettre en œuvre

5. Mise en évidence de mettre en œuvre la QoS (Niveau 3) Test du passage de la voix lors des transferts TCP ou UDP

6. Conclusion

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Matériel requis

3 PC sous Windows ou Linux avec couche TCP/IP installée. 1 logiciel d’émulation de terminal (mode vt100) pour le management « Outband ». 1 câble de console Cisco (RJ45-RS232 9pts femelle). 2 commutateurs Ethernet Cisco C2950T-24. 2 téléphones IP Grandstream Budge Tone 102 (SIP). Câbles Ethernet droits et croisés de catégorie 5.

1. Mise en œuvre de la plate forme voix et données

Objectifs

Découvrir et appréhender les mécanismes de qualité de service supportés par les équipements réseaux de niveaux 2 permettant ainsi de transporter des flux différents sur un support commun. Pour permettre de garantir un service transport de bout en bout de qualité de ces flux, il est important que le réseau respecte les exigences de chacun de ceux-ci en terme de temps de transit dans le réseau, de gigue maximum supportée, de délais inter paquet pour qu’ils soient livrés dans les meilleures conditions.

Architecture physique du réseau à mettre en œuvre

Configuration demandée Pour raccorder les deux commutateurs Cisco 2950T-24 entre eux, il faut utiliser un câble Ethernet RJ45 croisé.

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Configuration des deux commutateurs Cisco 2950T-24 : Nom d’hôte : Switch 31 / Switch 32 Mot de passe : rli Secret : rli2005 Virtuel : vt Les commutateurs sont des matériels d’interconnexion de réseaux de niveau 2, donc qui ne possède pas d’adresse IP, contrairement aux routeurs. Les commutateurs Cisco 2950T-24 sont des commutateurs qui agissent au niveau 3. Il est possible d’affecter une adresse IP au commutateur, en l’affectant au VLAN natif, c'est-à-dire le VLAN 1 : Switch > enable Switch # configure terminal Switch (config) # interface vlan 1 Switch (config-if) # ip address 192.168.3.11 255.255.255.0 Le lien inter commutateur est paramétré pour une vitesse de 10 Mbits.s-1, pour créer un goulot d’étranglement par rapport aux débits négociés par les autres équipements (ordnateurs et téléphones) :

Switch > enable Switch # configure terminal Switch (config) # interface FastEthernet 0/1 Switch (config-if) # speed 10 Il n’est pas nécessaire d’appliquer cette commande au deuxième commutateur, car la vitesse est gérée automatiquement, par le lien trunk entre les deux commutateurs. On peut vérifier de deux manières si la commande a bien été prise en compte :

• Sur la façade du commutateur : Bouton Mode Menu Speed Si la LED correspondante est verte, la vitesse est de 100 Mbits.s-1.

Si elle n’est pas allumée, la vitesse est de 10 Mbits.s-1. • Sur l’interface de configuration du commutateur :

Switch > enable Switch # show interface FastEthernet 0/1

Configuration des téléphones IP Budge Tone 102 : Affectation des adresses IP aux téléphones IP Budge Tone 102 : Bouton Menu Menu IP Adr Taper 192168003001, puis bouton Menu pour valider. Affectation du masque de sous-réseau aux téléphones IP Budge Tone 102 : Bouton Menu Menu Subnet Taper 255255255000, puis bouton Menu pour valider.

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Procédure pour appeler : Décrocher Bouton Menu Taper l’adresse IP sur 12 caractères (Ex : 192168003001 pour 192.168.3.1). Pour vérifier la connectivité entre tous les appareils, on utilise l’interface ligne de commandes proposée par Windows et la commande ping. Tests à effectuer pour vérifier la connectivité : Ping entre les PC et les commutateurs. Ping entre les PC. Ping entre les commutateurs et les téléphones.

Ping entre les PC et les téléphones. Il faut penser à désactiver le pare-feu de Windows pour que la connectivité soit correcte.

2. Nécessité de mettre en œuvre la Qos sur un réseau local (Niveau 2)

Objectifs A l’aide d’une manipulation simple, nous allons mettre en évidence le besoin d’activer la qualité de service sur des supports partagés à base de commutateur Ethernet de niveau 2 dès lors qu’un lien peut potentiellement être dans un état de congestion. Deux PC seront équipés d’un logiciel (client, serveur ttcp) gratuit permettant de charger au maximum les performances de leurs cartes réseaux par des transferts de mémoire à mémoire avec fourniture de statistiques. Pendant le transfert entre ces deux machines situées de part et d’autre du lien à faible débit, on essaiera de faire passer une communication téléphonique point à point. Cette approche nous permettra de valider l’efficacité des moyens mis en œuvre pour rendre prioritaire certains flux par rapport à d’autre.

Architecture physique du réseau à mettre en œuvre L’architecture reste identique que précédemment (voir figure TP 3_0_0).

Configuration demandée

• Sur l’ordinateur PC1 : Le logiciel FTP serveur 3Com 3CDeamon est installé avec les paramètres suivants : Utilisateur : iut Mot de passe : iut2005 Répertoire : C:\ttcp\tmp

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• Sur l’ordinateur PC2 Le client FTP Filezilla est paramétré de sorte qu’il accepte au moins 6 flux FTP simultanément. Menu Edition, puis Paramètres Option Paramètres de transfert de fichier Affecter la valeur minimum 6 au champ Fichiers simultanément

Validation fonctionnelle des outils de charge

• En mode TCP : Utilitaires 3CDeamon PC1 (FTP Server) et Filezilla PC2 (FTP Client) : On envoie simultanément 6 fichiers de 20 Mo chacun, du serveur FTP (PC1) vers le client (PC2), le taux de transfert constaté est de 189 kbits.s-1. Utilitaire pcattcp.exe (client et serveur) : On exécute la commande pcattcp –fk –r sur le PC2, pour que celui-ci soit en mode réception, protocole TCP (par défaut). Puis, on exécute la commande pcattcp –t –fk –n 10000 192.168.3.102 sur le PC1, pour que celui-ci soit en mode transmission, protocole TCP (par défaut). Commande pcattcp : -t : le PC est en mode transmission -r : le PC est en mode réception -n : permet de définir le nombre de paquets à envoyer L’émetteur envoie 10000 paquets TCP de 8192 octets chacun. La totalité des paquets (81,92 Mo) a été transférée en 69,28 secondes. Le taux de transfert est de 9237,74 kbits.s-1.

• En mode UDP : On exécute la commande pcattcp –u –fk –r sur le PC2, pour que celui-ci soit en mode réception, protocole UDP. Puis on exécute la commande pcattcp –u –t –fk –n 76800 192.168.3.102 sur le PC1, pour que celui-ci soit en mode transmission, protocole UDP. Commande pcattcp : -u : pour indiquer que le protocole de transfert est UDP. 1er cas : Envoi de 76800 paquets UDP de 8192 octets chacun : Le débit de transmission est de 100 Mbits.s-1. Le débit de réception est de 389 kbits.s-1. Le commutateur Cisco 2950T-24 est un commutateur 10/100 Mbits.s-1, il est donc normal que le débit à l’émission soit de 100 Mbits.s-1. Cependant, le lien inter commutateur a été forcé à 10 Mbits.s-1, le débit à la réception devrait donc être de 10 Mbits.s-1.

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La longueur d’une trame Ethernet est de 1512 octets, et la longueur d’un paquet IP est de 16 ko, il faut environ 8 trames Ethernet pour reconstituer un paquet IP. Le protocole UDP ne fait d’acquittement lors d’une transmission, contrairement à l’envoi en TCP, donc le débit de transmission est de 100 Mbits.s-1, la ligne est utilisée au maximum. L’envoi de trames est trop important pour le lien inter commutateur (10 Mbits.s-1), les paquets IP ne peuvent donc pas être reconstitués, ce qui entraîne un si faible débit pour le récepteur. 2ème cas : Envoi de 76800 paquets de 1400 octets chacun : Le débit de transmission est de 100 Mbits.s-1. Le débit de réception est de 10 Mbits.s-1. La taille du paquet IP correspond à celle d’une trame Ethernet, donc tous les paquets peuvent être transmis correctement.

Test du passage de la voix lors de transferts TCP ou UDP

• Transfert TCP : Que ce soit pour le transfert FTP d’un seul fichier entre les deux stations, ou au cours de l’envoi simultanés de 6 fichiers, la qualité de la voix est correcte. En effet, le protocole TCP permet de réguler les flux, donc la voix passe sans coupure sur la ligne et le débit des transferts de fichiers devient plus faible.

• Transfert UDP : Le protocole UDP ne régule pas les flux, et envoie les fichiers tels qu’ils sont, donc la voix ne passe plus du tout sur la ligne, celle-ci étant congestionnée par les transferts simultanés des fichiers. Il est conseillé d’établir la connexion entre les deux téléphones avant de débuter le transfert, pour vérifier que la communication est bien établie sans transfert de fichiers. De plus, si la ligne est vraiment surchargée, il se pourrait que la communication ne puisse être établie. 4. Qos au niveau d’un réseau LAN Cisco C2950T-24 (Niveau 2)

Objectifs Activation de la qualité de service sur le commutateur Cisco en utilisant deux modes de fonctionnement :

• La COS est fixée par l’administrateur sur les ports où sont raccordés les téléphones. Les téléphones sont en mode Ethernet standard.

• La COS est fixée sur le téléphone par l’utilisateur et est prise en compte par le

commutateur. Les téléphones sont en mode 802.1q et 802.1p.

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Dans le cadre de ces manipulations, nous n’utiliserons que les mécanismes de priorité stricte sur les commutateurs, c'est-à-dire qu’en cas de congestion, tant qu’il y a des trames Ethernet dans la queue la plus prioritaire, ils passent avant toutes les autres trames des autres queues.

Configuration demandée

• COS sur le port du commutateur

Architecture physique du réseau à mettre en œuvre : L’architecture reste identique que précédemment (voir figure TP 3_0_0). Configuration des téléphones IP Budge Tone 102 : La configuration des téléphones est la même que précédemment. Configuration des commutateurs Cisco 2950T-24 : La COS est forcé à 7 sur les ports où sont raccordés les téléphones (FastEthernet 0/17) des deux commutateurs. La valeur de la COS, par défaut, est de 0. Switch > enable Switch # configure terminal Switch (config) # interface FastEthernet 0/17 Switch (config-if) # mls qos cos 7 La COS passe à 7, qui est la valeur la plus élevée. Cependant, la Qos n’est pas encore prise en compte. Switch (config-if) # mls qos trust La Qos est maintenant prise en compte. Lors d’un transfert simultané FTP de 6 fichiers, que ce soit avec le protocole TCP ou UDP, les communications téléphoniques sont correctes. La Qos permet donc de prioriser la voix par rapport aux données, il est vrai qu’il est plus important d’avoir une communication de qualité, plutôt qu’un taux de transfert rapide des données. La solution qui consiste à affecter la COS au port du commutateur n’est pas vraiment la plus flexible puisqu’il faut de nouveau paramétrer le port du commutateur lorsqu’on veut raccorder un nouvel élément. Nous verrons par la suite qu’il est préférable d’affecter la COS aux équipements pour ne pas reconfigurer les ports du commutateur.

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• COS de l’équipement

Architecture physique du réseau à mettre en œuvre :

Configuration des téléphones IP Budge Tone 102 :

Les trames Ethernet du téléphone sont maintenant taggées et la COS est directement affectée aux téléphones, grâce à l’interface Web de management. Menu Advanced Settings Section Layer 2 Qos Affecter la valeur 2 au champ 802.1q/Vlan Tag Affecter la valeur 0 au champ 802.1p priority value (COS) Bouton Update pour valider Configuration des commutateurs Cisco 2950T-24 : Les ports du commutateur où sont raccordés les téléphones doivent être configurés en mode trunk. Switch > enable Switch # configure terminal Switch (config) # interface FastEthernet 0/17 Switch (config-if) # switchport mode trunk

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Les ports téléphones du commutateur doivent également prendre en compte la valeur de la COS des téléphones.

Switch > enable Switch # configure terminal Switch (config) # interface FastEthernet 0/17 Switch (config-if) # mls qos trust On doit également redémarrer les téléphones pour que les modifications soient prise en compte. Bouton Menu Menu Reset Bouton Menu En rechargeant la ligne par un transfert simultané UDP entre les deux PC, la qualité de la communication est très mauvaise. La valeur de la COS des données et de la voix est la même, ce qui entraîne la mauvais qualité de la communication. On modifie, maintenant, la valeur de la COS des téléphones, grâce à l’interface Web de management. On ne peut accéder à cette interface que depuis le PC qui est dans le même Vlan que les téléphones (PC3). Dans l’interface Web, on affecte la valeur 7 au champ 802.1p priority value (COS). Puis, on valide en appuyant sur la touche Update. Il faut également redémarrer les téléphones de la même manière que précédemment. En rechargeant la ligne par un transfert simultané UDP entre les deux PC, la qualité de la communication est bonne. La valeur de la COS des téléphones a donc bien été prise en compte et permet de prioriser la voix par rapport aux données. On peut donc passer une communication téléphonique de bonne qualité, même en cas de surcharge du réseau. Dans un réseau local d’entreprise, il est plus facile d’utiliser la solution qui consiste à affecter la COS aux téléphones. Si on affecte la COS aux ports des commutateurs, chaque fois qu’il faudra installer un téléphone, il faudra une intervention de l’administrateur réseau pour paramétrer les ports des commutateurs. En revanche, en affectant la COS aux téléphones, il suffit d’une seule intervention de l’administrateur réseau, qui paramètrera les ports en mode trunk. L’utilisateur pourra lui-même, en suivant exactement la procédure, paramétrer son téléphone.

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5. Mise en œuvre de la plate forme voix et données (Niveau 3)

Objectifs Découvrir et appréhender les mécanismes de qualité de service supportés par les équipements réseaux de niveau 3 (routeurs) permettant ainsi de transporter des flux différents sur un support commun. Pou permettre de garantir un service transport de bout en bout de qualité de ces flux, il est important que le réseau respecte les exigences de chacun de ceux-ci en terme de temps de transit dans le réseau, de gigue maximum supportée, de délais inter paquet pour qu’ils soient livrés dans les meilleures conditions.

Architecture physique du réseau à mettre en œuvre

Configuration des téléphones IP Budge Tone 102 : Pour affecter une passerelle aux téléphones : Bouton Menu Menu Router Taper 192168003254, puis bouton Menu pour valider.

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Configuration des commutateurs Cisco 2950T-24 : Les ports FastEthernet 1 à 8 sont affectés au Vlan 1 par défaut. Le Vlan 2 est déjà créé par défaut sur les commutateurs. Les ports FastEthernet 17 à 24 doivent être affectés au Vlan 2. Switch > enable Switch # configure terminal Switch (config) # interface range FastEthernet 0/17-24 Switch (config-if) # switchport access vlan 2 Configuration des routeurs Cisco 1721 : Il faut affecter les adresses IP aux interfaces du routeur (Série et FastEthernet) : Router > enable Router # configure terminal Router (config) # FastEthernet0 Router (config-if) # ip address 192.168.3.254 255.255.255.0 Router (config) # Serial0 Router (config-if) # ip address 1.1.1.1 255.255.255.252 Router (config-if) # clock rate 128000

6. Mise en évidence de mettre en oeuvre la Qos (Niveau 3)

Test du passage de la voix lors de transferts TCP ou UDP Lorsque l’on établit une communication pendant un multi transfert FTP entre les deux PC, on s’aperçoit que l’interlocuteur qui reçoit l’appel a un léger décalage par rapport à l’émission. Mais cette anomalie ne pose pas de gros problème étant donné que les interlocuteurs sont, normalement, distants et qu’ils ne perçoivent pas ce décalage. Ce décalage vient du fait que TCP régule les flux, et qu’il met du temps à réguler la ligne lorsque celle-ci est surchargée. En cours de multi transfert en mode UDP, on s’aperçoit que la communication établie est de très bonne qualité, alors qu’elle devrait être très mauvaise du fait de la surcharge de la ligne. On peut donc supposer que le système d’exploitation du routeur prend en charge la Qos, par défaut.

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7. Conclusion

La téléphonie sur Ip est une technologie qui est de plus en plus démocratisée dans le secteur des entreprises car elle apporte un coût non négligeable au niveau des télécommunications, en faisant transiter les communications sur le réseau d'entreprise. La mutualisation de la voix et des données n'est hélas pas sans conséquences. Les données peuvent transiter sur le réseau sans vraiment d'importance. La voix, quant à elle, nécessite ce que l'on appelle une Qualité de Service (QoS : Quality of Service). Autant une donnée peut arriver sans ordre particulier, autant la voix nécessite un niveau de priorité supérieur pour conserver une qualité d'écoute correcte lors des conversations téléphoniques. Ainsi la mise en place de la QoS va permettre de traiter toutes les trames concernant la voix prioritairement face à des trames de données, dans les différents matériels d'interconnexion. La QoS peut s'appliquer sur les matériels d'interconnexion mais aussi sur les téléphones directement. La gestion de la QoS sur les matériels d'interconnexion va s'effectuer au niveau du port, toutes les trames entrant vont être tagguées dans le matériel et dé tagguées en sortant. Une autre façon de mettre en place la QoS est de tagguer directement les trames ou les paquets IP dans le téléphone. La valeur du taggue doit être supérieure à celui des données pour avoir la priorité. En regardant les différents résultats de la mise en place de la QoS, nous pouvons constater que le gain de qualité est très important puisque nous passons d'une communication inaudible à une communication d'une qualité équivalente aux télécommunications traditionnelles. L'importance de la mise en place de la QoS est ainsi démontrée.