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Modelli per il supporto della QoS nelle reti IP Alfio Lombardo (testo di riferimento: Tofoni)

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Presentazione sul tema: "Modelli per il supporto della QoS nelle reti IP Alfio Lombardo (testo di riferimento: Tofoni)"— Transcript della presentazione:

1 Modelli per il supporto della QoS nelle reti IP Alfio Lombardo (testo di riferimento: Tofoni)

2 Servizi di Rete Connectionless trasferimento di piccole quantità di dati in tempi limitati robustezza e flessibilità dei path efficienza nell'uso delle risorse di rete necessità di controllo del traffico offerto dalla sorgente processamento durante il trasferimento dei dati

3 Target reti IP IP come unica piattaforma su cui far transitare: Voce Video Dati ……. Impossibilità di supportare QoS Impossibilità di ingegnerizzare il traffico Ma: Impossibilità di differenziare Servizi

4 TE: Ingegneria del Traffico Ingegneria del Traffico Dimensionamento delle Risorse Dimensionamento delle Risorse Valutazione delle Prestazioni Valutazione delle Prestazioni Gestione del Traffico Gestione del Traffico Costi per le risorse di rete Qualita del servizio+Massimizzazione dei ricavi

5 TE : obiettivi di Qualità del Servizio Senza controllo della Congestione Con controllo della Congestione Zona di grave Congestione Traffico Offerto Throughput Input Traffic > Output Capacity Ritardo Fisso jitter 1 - Ritardo max ritardo f T (rit.)Affidabilità Ritardo Congestione

6 Differenziazione dei Servizi Esigenze diverse in termini di QoS –Varie tipologie di traffico (trasferimento dati, real-time, …) –Varie tipologie di utenti Differenziazione dei Servizi offerti Possibilità di servire unutenza eterogenea Differenziazione dei costi

7 QoS nelle reti IP:SLA ParametroLimitePenale Banda garantita daccessoValore Contrattuale 1% del valore per ogni scostamento in diminuzione di 1 punto percentuale Banda garantita end-to-endValore Contrattuale1% del valore per ogni scostamento in diminuzione di 1 punto percentuale Disponibilità unitaria contrattuale 99,5%0,2 % del valore per ogni scostamento in diminuzione di 0,1 punto percentuale Disponibilità complessiva99,9%0,8 % del valore per ogni scostamento in diminuzione di 0,1 punto percentuale Ritardo di trasferimento tra ogni coppia di accessi appartenenti allo stesso gruppo di accessi IP 50% dei pachetti entro100 ms 95% dei pachetti entro 150 ms 99,9 dei paccheti entro 500 ms 1% del valore complessivo per ogni diminuzione di 5 punti della perc. di pacchetti consegnati entro 100 ms …. Tasso di perdita< 0,1 %…..

8 Misure di affidabilità (perdita) Cause di Perdita di pacchetti nella rete: - Errori di trasmissione - Eccessivo ritardo end-to-end - Congestione Buffer Tasso di perdita:

9 Misure di ritardo Distribuzione della densità di probabilità del ritardo ritardo medio deviazione standard Ritardo Fisso Variazione del ritardo 1- Massimo ritardo Ritardo

10 Meccanismi di QoS nelle reti IP Classificazione Controllo del traffico dutente (metering, marking, shaping, dropping) Scheduling Queue Management (controllo della congestione)

11 Classificazione (es. class. MF) Controllo Traffico Classificazione (es. class. BA) Queue Man.+ Scheduling Meccanismi di QoS nelle reti IP Traffico

12 Classificazione Il traffico in ingresso ad una rete può essere cjassific: - A livello di singola sessione dutente (micro-flusso) -- A livello di aggregato di micro-flussi aventi le stesse Caratteristiche (flusso) Ai fini della classificazione viene utilizzata una porzione dellintestazione del pacchetto IP e/o del segmento TCP/UDP; ad esempio: - classificazione in base ad una parte del campo TOS - classificazione in base a Indirizzo IP sorgente e destinazione, indirizzo di porta sorgente e destinazione tipo di protocollo trasportato

13 Controllo del traffico dutente (metering+marking): Token Bucket (Leaky Bucket) Nuovi Pacchetti Pacchetto Conforme Si: Pacchetto Conforme Pacchetto non conforme NO: Pacchetto non conforme Crediti Sufficienti ? r Gettoni b Bucket Token rate: r Ampiezza del Bucket: b b+rT= numero massimo di byte che possono essere spediti in un tempo T

14 Controllo del traffico dutente: Single Rate TCM Verde Si: Verde Tc Tc - L L Te ? L Tc ? CBS L byte EBS Rosso No: Rosso CIR CIR tokens/s TcTe No Giallo Si: Giallo Te Te - L trabocco C E

15 Two Rate TCM Peak Information Rate (PIR): rate di picco massimo consentito; Committed Information Rate (CIR): rate massimo per il quale si garantisce la consegna dei pacchetti con alta probabilità; Peak Burst Size (PBS): massima dimensione che può avere un burst di pacchett perché si tenti di offrirgli risorse disponibili e non si proceda allo scarto; Committed Burst Size (CBS): massima dimensione che può avere un burst di acchetti per avere la garanzia di consegna a destinazione con elevata probabilità; si misurano in ed include lheader IP ma non lheader di livello 2.

16 Two Rate TCM: rule 1

17 Two Rate TCM: rule 2

18 Scheduling N N22111 scheduler Flusso 1 Flusso N Flusso 2 C l a s i f i c Code ……. 2 1 FIFO (FCFS) Priority Queueing WFQ

19 FIFO scheduler Flusso 1 Flusso N Flusso 2 C l a s i f i c N22111N22111 No QoS management (best effort)

20 PQ N 111 scheduler Flusso 1 Flusso N Flusso 2 C l a s i f i c Code …… Queue Starvation

21 WFQ C = 300 Kbit/s C = 200 Kbit/s C = 500 Kbit/s N N scheduler Flusso 1 Flusso N Flusso 2 C l a s i f i c ……. 2 1 weight: 0,5 0,2 0,3 Equivale a:

22 Controllo della congestione Drop tail RED WRED

23 Drop Tail Coda FCFS soglia Scarto Pacchetti in arrivo

24 Probabilità di Scarto 1 Occupazione del buffer (stima) 0 TH max TH min RED: No drop Drop with prob P Drop all

25 RED Decisione Coda FCFS Scarto Pacchetti in arrivo Regione di possibile scarto TH min TH max Stima delloccupazione del buffer

26 WRED Profilo di servizioStandard Premium Probabilità di Scarto 1 Lunghezza media della Coda 0

27 Modelli emergenti di QoS Integrated Services Differentiated Services MPLS Tecniche conformi ai modelli

28 Servizio caratteristicheDEFINIZIONE: Un servizio definisce le caratteristiche significative della trasmissione di un pacchetto in una certa direzione attraverso l insieme di uno o pi ù percorsi interni di una rete. 2 Modi per esprimere tali caratteristiche: –In termini assoluti Thoughtput, Ritardo, Jitter, Perdite –In termini relativi Classi di traffico, Priorit à relativa di accesso alle risorse

29 Trasmettitore Ricevitori PATH (Tspec) Messaggi PATH (Tspec) Messaggi RESV ( Messaggi RESV ( Flow spec e Filter spec) Integrated Services: RSVP

30 Trattamento Best-effort Filterspec Flowspec Trattamento QoS Pacchetti di una Sessione (IP dest.;Porta dest.; Prot. ID) Altri pacchetti Pacchetti che passano il Filtro Scheduler (IP sorg.;Porta sorg.) Flow spec specifica la QoS desiderata: viene utilizzato per definire una classe di flussi nello scheduler e allocare i relativi buffer. In generale un Flow spec contiene i seguenti elementi: Classe di Servizio: è un identificatore del tipo di servizio richiesto; RSpec: definisce lammontare della banda da prenotare; TSpec: definisce il profilo di traffico della sessione. Il Filter spec specifica un arbitrario sottoinsieme dei pacchetti di una sessione.

31 RSVP protocol stack RSVP viene incapsulato direttamente in un pacchetto IP con protocol number 46 ma può operare anche su UDP RSVP IP (v4/v6) UDP

32 DiffServ Working Group [RFC2575] Gruppo di lavoro dellIETF Obiettivo: migliorare IP prevedendo la differenziazione in classi di servizio del traffico Risultato: Differentiated Services (o DiffServ) Punti di forza –semplicità –scalabilità

33 Passi da seguire per realizzare la Differenziazione dei Servizi 1.Confini della rete: i pacchetti ricevono un marchio (identifica il tipo di servizio che riceveranno) 2.Confini della rete: condizionamento del traffico (in accordo con le regole stabilite per ciascun servizio) 3.Nodi interni: marchio -> forwarding behavior

34 Funzioni dei Router ai confini della rete Marker Classificatore MF Meter Shaper/ Dropper/ Ricolorazione

35 Funzioni dei Router Interni Classificatore BA PHB 1 PHB 2 PHB n

36 Scalabilità 1. Le funzioni di classificazione complesse (per l attribuzione del valore al marchio) ed il condizionamento devono essere effettuati solo ai confini della rete. 2. Non è necessario mantenere ad ogni nodo il per-flow state o il per-customer state. 3. Non è richiesta un apposita segnalazione ad ogni hop.

37 Nuova Terminologia DSCPDS codepoint ( DSCP ): valore assunto dalla porzione dellheader IP utilizzata per marcare i pacchetti BADS behavior aggregate ( BA ): collezione di pacchetti, marcati con lo stesso DSCP, che attraversano un link in una particolare direzione PHBPer-Hop Behavior ( PHB ): forwanding behavior esternamente osservabile che un nodo DS riserva a tutti i pacchetti di uno stesso BA

38 Definizione del DS CodePoint Field Header del pacchetto IPv4 Type Of Service

39 Definizione del DS Field Struttura dellottetto IPv4 Type Of Service o IPv6 Traffic Class nel DiffServ DS codepoint DS codepoint = marchio, valore codificato nel DS Field Da ignorare

40 ECN ECN=11 feedback

41 Per-Hop-Behaviour (PHB) aggregatoE la strategia di forwarding applicata ad un aggregato di traffico allocazionegestioneSpecifica le modalità di allocazione/gestione delle risorse agli aggregati di traffico – Banda da allocare (via scheduling) – Priorità di scarto (via queue management) Gruppo di PHBGruppo di PHB: insieme di PHBs caratterizzati dallo stesso insieme di vincoli (es. stessa politica di queue management, di scheduling, ecc.). Le relazioni tra i PHB di uno stesso gruppo possono essere espresse in termini di priorità relativa o assoluta

42 Mapping DSCP -> PHB DSCPPHB Tipo PHB DSCP di defaultPHB di defaultStandard DSCP 1PHB AStandard DSCP 2PHB BStandard DSCP 3PHB CStandard DSCP 4PHB DLocale DSCP 5PHB ELocale DSCP 6PHB FLocale ……… Tabella di mapping di un nodo DS (DSCP: indice tabella)

43 Mapping DSCP -> PHB DSCPPHB Tipo PHB DSCP di defaultPHB di defaultStandard DSCP 1PHB AStandard DSCP 2PHB BStandard DSCP 3PHB CStandard DSCP 4PHB DLocale DSCP 5PHB ELocale DSCP 6PHB FLocale ……… Al nodo giunge un pacchetto con DSCP 3 DSCP 3

44 Mapping DSCP -> PHB DSCPPHB Tipo PHB DSCP di defaultPHB di defaultStandard DSCP 1PHB AStandard DSCP 2PHB BStandard DSCP 3PHB CStandard DSCP 4PHB DLocale DSCP 5PHB ELocale DSCP 6PHB FLocale DSCP ???PHB di default DSCP ??? PHB di default – DSCP non modificato

45 PHB PHB di default PHB Class Selector Gruppo di PHB Assured Forwarding PHB Expedited Forwarding

46 Best Effort PDB (Default PHB) preserva, entro limiti ragionevoli, i servizi offerti ai pacchetti che non richiedono alcuna speciale differenziazione garantisce che i pacchetti ricevano dai domini il più possibile ed il più presto possibile. I pacchetti non dovranno essere mai completamente bloccati e, quando saranno disponibili delle risorse (nel senso che non saranno richieste da altri aggregati di traffico), gli elementi di rete dovranno essere configurati in modo tale da permettere ai pacchetti di questo PDB di utilizzarle.

47 Class Selector PHB compatibilità con il preesistente uso del campo IP Precedence, che costituisce i primi tre bit dellottetto Type Of Service dellheader del pacchetto IPv4 xxx000 I PHB selezionati dai codepoint 11x000 devono riservare un trattamento preferenziale rispetto ai PHB selezionati dal codepoint , per preservare luso che comunemente si fa dei valori 111 e 110 del campo IP Precedence normalmente riservati al traffico di controllo).

48 AF 1x AF 2x AF 3x AF 4x Soglie di scarto dei pacchetti AF 11 AF 12 AF 13 AF 11 ; AF 12 ; AF 13 Servizio migliore Assured Forwarding PHB Assured Forwarding (AF) PHB group provides forwarding of IP packets in N independent AF classes. Within each AF class, an IP packet is assigned one of M different levels of drop precedence. An IP packet that belongs to an AF class i and has drop precedence j is marked with the AF codepoint AFij, where 1 <= i <= N and 1 <= j <= M. Currently, four classes (N=4) with three levels of drop precedence in each class (M=3) are defined for general use. More AF classes or levels of drop precedence MAY be defined for local use.

49 AF 1x AF 2x AF 3x AF 4x Servizio migliore AF PHB:example N scheduler ……. 2 1 weight: 0,5 0,2 0,3 AF13 Probabilità di Scarto 1 Lunghezza media della Coda 0 AF12

50 Expedited Forwarding PHB servizio end-to-end a bassa perdita, basso ritardo, basso jitter e banda minima assicurata attraverso i domini DS Tale servizio(servizio Premium ) appare agli endpoint come una connessione punto-punto o come una VLL, che sta per Virtual Leased Line (= linea virtualmente affittata).

51 la creazione di un tale servizio deve essere eseguita in due parti: configurando i nodi in modo che laggregato abbia un ben definito rate minimo delle partenze condizionando laggregato (attraverso operazioni di policing e shaping) in modo tale che il suo rate degli arrivi allingresso di ogni nodo sia sempre inferiore al rate minimo configurato delle partenze. Expedited Forwarding PHB

52 EF PHB: example PQ-scheduler Controllo Traffico Un rigido controllo del traffico puo evitare la starvation nel PQ Per evitare la starvation viene definito un rate di servizio massimo (oltre che quello minimo) Classificazione EF

53 Regione DS Architettura del DiffServ: Elementi Costitutivi Regione DS Regione DS = insieme di domini DS contigui in grado di offrire differentiated services su tutti i percorsi che li attraversano Domini DS stesse definizioni per i PHB

54 Problema Domini DS distinti che appartengono ad una stessa regione DS possono: –supportare PHB differenti –eseguire il mapping dei DSCP nei PHB in modo differente

55 Service Level Agreement (SLA) Due domini DS contigui devono concordare un SLA Dominio DS (sorgente o a valle) Cliente di unorganizzazione o dominio a monte SLA può includere: regole di condizionamento del traffico (Traffic Conditioning Agreement: TCA).

56 Traffic Conditioning Agreement (TCA) TCA = accordo che specifica: –regole per il classificatore; –possibili profili di traffico; –operazioni di condizionamento eseguite (se necessario) sui flussi selezionati dal classificatore Un TCA contiene tutte le regole per il condizionamento del traffico esplicitamente specificate in un SLA, insieme ad altre regole implicite (es: principali requisiti del servizio)

57 Accordo In generale, il concetto di accordo contiene: 1. considerazioni tecniche direttamente correlate al DiffServ (SLS, TCS) 2. altre considerazioni tecniche 3. ragioni di natura contrattuale, economica, commerciale SLA e TCA contengono e 3.

58 SLS e TCS RFC 3220: per descrivere quegli elementi del servizio e del condizionamento di traffico riguardanti direttamente il DiffServ (1.) devono essere usate le nozioni di SLS e TCS

59 Service Level Specification (SLS) SLS = è costituita da un set di parametri e dai rispettivi valori, che, insieme, definiscono nel complesso il servizio offerto da un dominio DS ad un particolare flusso di traffico

60 Traffic Conditioning Specification (TCS) TCS = è costituita da un set di parametri e dai rispettivi valori che, insieme, specificano: –un profilo di traffico –un set di regole per il classificatore. Una TCS è una parte integrante di una SLS

61 Classificazione Controllo Traffico Classificazione PHB Classificazione SLA DS Domain Controllo Traffico


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