Tietoverkot ja QoS. QoS QoS-toteutukset Integrated Services Differentiated Services

Transkriptio

1 Tietoverkot ja QoS QoS QoS-toteutukset Integrated Services Differentiated Services 1

2 Quality of Service (QoS) Tiedonsiirron vaatimukset määritellään QoSparametrien avulla: esim. viive, virhetaajuus, kapasiteetti Palvelun käyttäjä neuvottelee laatuparametrit palvelun tarjoajan kanssa ennen palvelun käyttöä Neuvottelussa käytetään ylintä protokollatasoa Parametrit välitetään alemmille tasoille 2

3 Laatuparametrit Kaista Viive Huojunta Virheet Taattu / paras yritys 3

4 QoS-toteutukset Reitittimien tehtävänä on ohjata sisääntuloista tulevat paketit oikeaan ulostuloon tehtävästä vastaa skeduleri skeduleri voidaan toteuttaa joko ohjelmana tai laitteistona yksittäiset paketit joutuvat odottamaan omaa vuoroaan 4

5 Reitittimen toiminta Sisään prosessori Eteenpäin skeduleri Ulos prosessori 5

6 Jonotus Jos jono täyttyy, joudutaan paketti hylkäämään jonojen täyttymistä pyritään välttämään Yksinkertaisin jono on ns. FIFO-jono ensin tullut paketti ohjataan ensin oikeaan ulos-jonoon 6

7 FIFO-jono Sisään jono Ulos jono Pakettimuisti

8 Edut ja haitat FIFO-jono tasoittaa hyvin purskeita, kun kuormitus on alhainen 8 Kun kuormitus on korkea, aiheutuu FIFO-jonosta viivettä kaikille paketeille korkean prioriteetin liikenne kärsii jos jono täyttyy, kaikki paketit hylätään

9 Prioriteetit Yksinkertainen ratkaisu on antaa liikenteelle erilaisia prioriteetteja esim. reaaliaikaiselle liikenteellä voidaan antaa korkea prioriteetti Pakettien luokittelusta aiheutuu ylimääräistä kuormitusta 9

10 Prioriteetti-jono Sisään jono Ulos jono Korkea prioriteetti Normaali prioriteetti 10

11 Edut ja haitat Skedulerin toteuttaminen on yksinkertaista Luokittelu on vaikeaa Korkean prioriteetin liikenne voi tukkia reitittimen matalan prioriteetin liikenne ruuhkaantuu 11

12 Palveluluokat Eri palveluita varten voidaan tehdä omat ulos-jonot korkean prioriteetin liikenne ei ruuhkauta matalan prioriteetin liikennettä Tarvitaan useita ulos-jonoja 12

13 Luokkiin perustava jono Sisään jono Luokkiin perustuvat jonot Korkea Keski Matala 13

14 Edut ja haitat Yksinkertainen tapa jakaa liikennettä eri palveluluokkiin Skaalaantuu huonosti skeduloinnin monimutkaisuus ja jonojen ohjaus hidastaa nopeaa liikennettä 14

15 Painotetut jonot Weighted Fair Queuing (WFQ) Kapasiteettia jaetaan liikenteen määrän perusteella pienikapasiteettinen liikenne saa etusija suurikapasiteettinen liikenne jakaa lopun ajan Liikenne jaetaan virtoihin jokainen virta menee jonoon liikenteen määrän perusteella 15

16 Painotettu reilu jono Sisään jono Vuo kohtaiset jonot Korkea Keski Matala 16

17 Edut ja haitat Reiluus yksi virta ei tuki kaikkea liikennettä Skaalaantuvuus laskenta aiheuttaa ylimääräistä kuormaa Luokittelu miten eri vuot luokitellaan ryhmiin 17

18 Liikenteen muokkaus Yksittäisiä liikennevirtoja muokataan sopiviksi paketteja laitetaan odottamaan jonoihin paketteja hylätään On myös mahdollista muokata tulevaa liikennettä ei välttämättä jonotuksen kanssa kilpaileva, vaan sitä tukeva menetelmä 18

19 Purskeiden suodatus Yksinkertaisin liikenteen muokkaustapa on suodattaa liikennepurskeita Tähän voidaan käyttää ns. vuotavaa ämpäriä ylisuuret liikennepurskeet suodatetaan pois tarvittaessa paketteja hukataan Otettu alunperin käyttöön ATM-verkoissa 19

20 Vuotava ämpäri 20

21 Kolikkoämpäri Pakettien lähettämiseen tarvitaan aina kolikko käytössä on ämpäri, johon mahtuu B kolikkoa ämpäriin tulee R kolikko per sekunti Kolikoita kertyy ämpäriin, jos niitä ei käytetä purskeet sallitaan tiettyyn rajaan asti 21

22 Kolikkoämpäri R kolikkoa per sekunti B kolikkoa 22

23 RED Random Early Detection (RED) Tavoitteena on estää TCP/IP-liikenteen ruuhkautuminen paketteja ruvetaan hukkaamaan suuremmalla todennäköisyydellä, kun liikennemäärä kasvaa Sopii hyvin yhteen TCP-protokollan kanssa yksittäiset TCP-protokollat tiputtavat nopeutta tiputus ei tapahdu yhtä aikaa 23

24 Satunnainen aikainen varoitus Reitittimen jono maxth AvgLen minth 24

25 Yhteenveto Reitittimillä (ja kytkimillä) on olennainen vaikutus verkon QoS-ominaisuuksiin Tämä voidaan ottaa huomioon toteutuksessa erilaiset jonot Yksittäisiä liikennevirtoja voidaan muokata vuotava ämpäri, kolikkoämpäri, RED 25

26 Integroidut palvelut Integroitujen palveluiden -arkkitehtuurin kehitystyö aloitettiin 1994 Tarkoituksen laajentaa Internetin nykyistä paras-yritys -liikennemallia Tavoitteena, että Internetin nykyistä arkkitehtuuria voidaan edelleen käyttää rinnalla Muistuttaa ATM:n QoS-mallia 26

27 Tavoitteet Määritellä tarjottavat palvelut Määritellä rajapinnat: sovelluspalvelut reitittimien skedulointi linkkitaso Määritellä reitittimien yhteensopivuuden validointi 27

28 Toteutus Reaaliaikaiset sovellukset tarvitsevat resurssienvarausta Resurssienvaraus vaatii hyväksynnän valvontaa Viisi pääkomponenttia: QoS-vaatimukset resurssien jakamisen vaatimukset pakettien pudottamisen salliminen käyttäjäpalautteen toteuttaminen Resource ReserVation Protocol (RSVP) 28

29 QoS-vaatimukset Fokuksena reaaliaikaiset QoS-luokat Viive ja huojunta ovat tärkeimpiä parametreja Kaksi QoS-luokkaa: hallittu kuormitus taattu laatu 29

30 Hallittu kuormitus Matkii perinteistä paras yritys -palvelua kuormittamattomassa tilanteessa parempi kun paras yritys Käyttää kolikkoämpäriä Jokainen reititin ym. varmistaa, että tarvittavat resurssit hallitun kuormituksen tarjoamiseen ovat olemassa 30

31 Taattu laatu Kaista ja viive on taattu Käyttää myös kolikkoämpäriä Mittaa päästä-päähän QoS-tasoa Laskee päästä-päähän ja hyppy-hypyltä arvot kumulatiivinen viive (mitattuna tavuina) yhden reitittimen ym. aiheuttama viive (mitattuna mikrosekunteina) 31

32 Referenssitoteutus Routing agent Reservation setup agent Management agent Routing table Background processes Admission control Traffic control database Input driver Classifier Forwarding table Packet scheduler Output queue Output driver 32

33 Resurssien jakamisen vaatimukset Verkkoresurssien jako suoritetaan vuo kerrallaan eri verkkoprotokollat (esim. IP, IPX, SNA) eri palvelut (esim. telnet, FTP, SMTP) Eri liikennevirtojen ei tulisi käyttää epäreilusti enempää resursseja kuin niille on myönnetty 33

34 Pakettien tiputtamisen salliminen Liikenteenohjaus on toteutettu paketteja tiputtamalla Paketit voivat olla varattuja tai tiputtamiskelpoisia Vastaa Random Early Detection (RED) -algoritmia 34

35 RSVP Resource ReSerVation Protocol (RSVP) perustuu vastaanottajan tekemiin varauksiin Lähettäjä lähettää ensin Path -ilmoituksen Tarvittaessa reitittimet lähettävät PathErr -ilmoituksen 35

36 RSVP (jatk.) Reitittimet kirjaavat yhteyden ylös Soft state Jokaista yhteyttä varten on cleanup ja restartlaskuri Vastaanottaja lähettää Resv -vastauksen Samalla määritetään QoS-vaatimukset Resv -viestit kulkevat reitittimien kautta Reitittimet tarkistavat resurssit ja tekevät varaukset 36

37 RSVP-viestit Resv -viestit Kohde 1 Lähde Path -viestit Kohde 2 Kohde 3 37

38 Pehmeä tila Jokaisen yhteyden tilasta pidetään kirjaa Tiedot vanhentuvat ennalta määrätyn ajan kuluttua Tämän takia tilaa kutsutaan pehmeäksi 38

39 QoS-pyynnöt Vastaanottaja pyytävät "Resv"-ilmoituksilla tiettyjä QoS-parametrejä Jokainen reititin tarkistaa onko riittävästi resursseja Jos on, niin yhteyden olemassa olo (pehmeä tila) kirjataan ylös Tarvittaessa pyynnöt voidaan yhdistää (Multicast) 39

40 RSVP-yhdistäminen Yhdistämiskohta Yhdistetty Resv -viesti (31 Mbps) Resv -viesti (31 Mbps) Resv -viesti (15 Mbps) 40

41 RSVP:n tilanne Ei vielä otettu laajalti käyttöön Ongelmia: menetelmän skaalaantuminen (ohjaus, yhteydet, yhteyksien uusinta) resurssien tarkistamista varten ei ole hyvää algoritmia laskutuksen ja kirjanpidon järjestäminen 41

42 Yhteenveto Skaalautuvuus on iso ongelma Mitä jos runkoreitittimen kautta kulkee datavirtaa? Turvallisuus palveluhyökkäykset (Denial of Service -attacks) Erityinen linkkitaso ATM virtual circuit 42

43 Differentiated services - tavoitteet Toteutusten on skaalauduttava yksittäiset mikrovuot kootaan yhteen yhdistetty vuo saa sille määritellyn kohtelun Gigabitttejä sekunnissa Myös 2.4 ja 10 Gbps 43 Sopii kaikille sovelluksille erityistä ohjausprotokollaa (RSVP) ei ole ei uusia ohjelmointirajapintoja ISP:t haluavat tarjota palveluvalikoimaa versiointi QoS-luokat

44 Palveluluokat Yksittäiset mikrovuot luokitellaan verkon reunalla Useita yksilöllisiä palveluluokkia esim. kulta, hopea, pronssi Luokan mukaista palvelua tarjotaan verkon keskellä Luokittelu perustuu paketin yhteen tai useampaan kenttään 44

45 Komponentit DS-kenttä: määrittelee mitä palvelua paketin tulisi saada IPv4: Type-of-service IPv6: Traffic class Per-Hop Behaviour (PHB): paketin saama palvelutaso kussakin reitittimessä Behaviour Aggregate (BA): ryhmä samanlaisia paketteja 45

46 Komponentit (jatk.) Reunareititin: sijaitsee DiffServ-verkon reunalla pakettien luokittelu mittaus merkkaus liikenteen muokkaus Sisäinen reititin: runkokytkin tai -reititin, joka tarjoaa PHB:tä 46

47 Referenssitoteutus Traffic meter MF classifier Marker Traffic conditioner Ingress router Core router Core router Egress router BA classifier Queuing 47

48 Per-Hop Behaviour IETF on määritellyt kaksi PHB:tä Expedited Forwarding (EF) Assured Forwarding (AF) 48

49 Expedited Forwarding (EF) Tarjoaa pientä pakettien katoa, lyhyttä viivettä ja vähäistä huojuntaa Vastaa päästä-päähän vuokrattua yhteyttä Maksimikaista määriteltävä tapauskohtaisesti Paketit viipyvät mahdollisimman vähän aikaa reitittimen jonossa Liikenne muokataan maksimikaistan mukaisesti 49

50 Assured Forwarding (AF) Neljä rinnakkaista palveluluokkaa luokkien välillä ei ole mitään eroja Jokaisella luokalla on kolme pakettien tiputusluokitusta korkea tiputusluokituksen paketit hukataan ennen matalan tiputusluokituksen paketteja Yhteensä 12 eri yhdistelmää 50

51 UMTS QoS UMTS käyttää neljää eri palveluluokkaa conversational class streaming class interactive class background class Eri palveluluokkien välittämiseen käytetään DiffServ-liikenneluokkia 51

52 GTP-U -liikenteen tunnelointi UMTS-verkossa Network Interface Classification Policing and Shaping Differentation by DSCP Eija Raatikainen, Testing Operator Configurable Differentiated Services Code Points in UMTS, diplomityö, TKK, Conversational (FIFO) Streaming (RED) Interactive Class RED RED RED Background Class RED Weighted Fair Queuing 52 EF AF1 AF2 AF3 AF4 BE Socket Layer Strict Priority Scheduler Network Interface

53 Avoimia kysymyksiä Miten verkkoa hallitaan? käsin konfigurointi Simple Network Management Protocol (SNMP) Lightweight Directory Access Protocol (LDAP) Common Open Policy Server (COPS) Kuinka DiffServ toimii usean eri ISP:n verkossa? Bilateraaliset sopimukset Kapasiteettihuutokaupat (bandwidth brokers) 53