Quality of Service (QoS) Tietoverkot ja QoS ATM. Laatuparametrit. Tiedonsiirron vaatimukset määritellään QoSparametrien

Transkriptio

1 1 Tietoverkot ja QoS QoS ATM QoS-toteutukset Integrated Services Differentiated Services Quality of Service (QoS) Tiedonsiirron vaatimukset määritellään QoSparametrien avulla: + esim. viive, virhetaajuus, kapasiteetti Palvelun käyttäjä neuvottelee laatuparametrit ennen palvelun käyttöä palvelun tarjoajan kanssa Neuvottelussa käytetään ylintä protokollatasoa Parametrit välitetään alemmille tasoille Petri Vuorimaa 1 Petri Vuorimaa 2 Laatuparametrit Kaista Viive Huojunta Virheet Taattu / paras yritys ATM Sopii sekä puheen, datan että multimedian siirtoon ATM:ssä käytetään 53 tavun soluja Solujen kytkentä on nopeaa (ASIC-piirit) Optinen kuitu: 155 Mbps, 622 Mbps, 2,5 Gbps Parikaapeli: 25 Mbps Siirto-ominaisuuksista (QoS) sovittava etukäteen Petri Vuorimaa 3 Petri Vuorimaa 4 Ei Asiakas Joukko soluja tarvitsee palveluja Sovi ATM-verkon kanssa QoS Sopimus ok? Kyllä Lähetä solut ATM-verkkoon ATMverkko Sovi asiakkaan kanssa QoS Sopimus ok? Kyllä Välitä solut eteenpäin Ei

2 Solujen kytkentä ATM verkko muodostaa ATM-kytkimien kautta kulkevia yhteyksiä + Virtual Circuit Connection (VCC) Kahden ATM-kytkimen välillä on virtuaalinen yhteys + Virtual Connection (VC) Yhteydet voivat olla pysyviä (PVC) tai kytkettäviä (SVC) Solujen kytkentä (jatk.) Useammalla yhteydellä voi olla sama polku + Virtual Path (VP) Virtuaalisilla yhteksillä on tunnusparit + VP Indetifier / VC Indentifier (VPI/VCI) Petri Vuorimaa 7 Petri Vuorimaa 8 ATM-kytkin Signalointi Yhteyksien muodostamista varten tarvitaan signalointia Ensin tarkistetaan QoS-vaatimukset ja sen jälkeen yhteyden onnistuminen Yksityinen verkko: + User Network Interface (UNI) + Pirivate-Network Node Interface (P-NNI) Petri Vuorimaa 9 Petri Vuorimaa 10 Sovituskerros ja palveluluokat Sovitusluokat AAL1: audio ja video AAL2: vaihteleva bittinopeus AAL3: yhteydellinen data AAL4: yhteyksetön data AAL5: LAN-emulaatio Petri Vuorimaa 11 Petri Vuorimaa 12 2

3 3 QoS-toteutukset Reitittimen toiminta 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 Samoin ATM-kytkimessä skeduleri ohjaa yksittäisiä soluja prosessori Eteenpäin skeduleri Ulos prosessori Petri Vuorimaa 13 Petri Vuorimaa 14 Jonotus Jos täyttyy, joudutaan paketti hylkäämään + Jonojen täyttymistä pyritään välttämään Yksinkertaisin on ns. FIFO- + Ensin tullut paketti ohjataan ensin oikeaan ulos-on FIFO Pakettimuisti Ulos Petri Vuorimaa 15 Petri Vuorimaa 16 Edut ja haitat Prioriteetit FIFO- tasoittaa hyvin purskeita, kun kuormitus on alhainen Kun kuorimitus on korkea, aihetuu FIFOsta viivettä kaikille paketeille + Korkean prioriteetin liikenne kärsii + Jos täyttyy, kaikki paketit hylätään Yksinkertainen ratkaisu on antaa liikenteelle erilaisia prioriteettejä + Esim. reaaliaikaiselle liikenteellä voidaan antaa korkea prioriteetti Pakettien luokittelusta aiheutuu ylimääräistä kuormitusta Petri Vuorimaa 17 Petri Vuorimaa 18

4 Prioriteetti- Edut ja haitat Ulos Korkea prioriteetti Normaali prioriteetti Skedulerin toteuttaminen on yksinkertaista Luokittelu on vaikeaa Korkean prioriteetin liikenne voi tukkia reitittimen + Matalan prioriteetin liikenne ruuhkaantuu Petri Vuorimaa 19 Petri Vuorimaa 20 Palveluluokat Luokkiin perustava Eri palveluita varten voidaan tehdä omat ulost + Korkean prioriteetin liikenne ei ruuhkauta matalan prioriteetin liikennettä Tarvitaan useita ulos-ja Luokkiin perustuvat t Korkea Keski Matala Petri Vuorimaa 21 Petri Vuorimaa 22 Edut ja haitat Painotetut t Yksinkertainen tapa jakaa liikennettä eri palveluluokkiin Skaalaantuu huonosti + Skeduloinnin monimutkaisuus ja jen ohjaus hidastaa nopeaa liikennettä Weighted Fair Queuing (WFQ) Kapasiteettia jaetaan liikenteen määrän perusteella + Pienikapasiteettin liikenne saa etusija + Suurikapasiteettinen liikenne jakaa lopun ajan Liikenne jaetaan virtoihin + Jokainen virta menee on liikenteen määrän perusteella Petri Vuorimaa 23 Petri Vuorimaa 24 4

5 5 Painotettu reilu Edut ja haitat Vuo kohtaiset t Reiluus + Yksi virta ei tuki kaikkea liikennettä Skaalaantuvuus + Laskenta aiheuttaa ylimääräistä kuormaa Luokittelu + Miten eri vuot luokitellaan ryhmiin Korkea Keski Matala Petri Vuorimaa 25 Petri Vuorimaa 26 Liikenteen muokkaus Yksittäisiä liikennevirtoja muokataan sopiviksi + Paketteja laitetaan odottamaan ihin + Paketteja hylätään On myös mahdollista muokata tulevaa liikennettä + Ei välttämättä tuksen kanssa kilpaileva, vaan sitä tukeva menetelmä 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 Petri Vuorimaa 27 Petri Vuorimaa 28 Vuotava ämpäri Kolikkoämpäri Paketien lähettämiseen tarvitaan aina kolikko + Käytössä on ämpäri, johon mahtuu B kolikkoa + Ämpäriin tulee R kolikko per sekuntti Kolikoita kertyy ämpäriin, jos niitä ei käytetä + Purskeet sallitaan tiettyyn rajaan asti Petri Vuorimaa 29 Petri Vuorimaa 30

6 6 Kolikkoämpäri RED R kolikkoa per sekuntti B kolikkoa 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 yhtäaikaa Petri Vuorimaa 31 Petri Vuorimaa 32 Satunnainen aikainen varoitus Reitittimen minth AvgLen maxth Yhteenveto Reitittimillä (ja kytkimillä) on olennainen vaikutus verkon QoS-ominaisuuksiin Tämä voidaan ottaa huomioon toteuksessa + Erilaiset t Yksittäisiä liikennevirtoja voidaan muokata + Vuotava ämpäri, kolikkoämpäri, RED Petri Vuorimaa 33 Petri Vuorimaa 34 Integrated services Integrated Service Architecture work was started 1994 Designed to provide a set of extensions to the best-effort traffic model of Internet Basic underlying Internet architecture should not be modified Similar to the ATM model of QoS Goals Define the services to be provided Define the interfaces for + Application service + Router scheduling + Link-layer Define router validation requirements Petri Vuorimaa 35 Petri Vuorimaa 36

7 7 Implementation Real-time applications require resource reservation Reservation requires admission control Five key components + QoS requirements + resource-sharing requirements + allowance for packet dropping + provision for usage feedback + resource reservation protocol (RSVP) Petri Vuorimaa 37 QoS Requirements Focus on real-time QoS classes Latency and jitter are most important issues Two QoS-classes + Controlled load service + Guaranteed QoS Service Class Petri Vuorimaa 38 Controlled load service Approximates traditional best-effort services in unloaded condition + Better that best-effort Uses token bucket filter Each node handling the controlled load service request ensures that sufficient resources are available Guaranteed QoS Service Class Bandwidth and delay guarantee Also uses the token bucket filter Measures end-to-end QoS Calculates end-to-end and hop-by-hop error terms + Cumulative delay (measured in bytes) + Delay caused by a node (measured in microseconds) Petri Vuorimaa 39 Petri Vuorimaa 40 Reference model Routing agent Routing table Input driver Background processes Classifier Forwarding table Reservation setup agent Admission control Traffic control database Packet scheduler Management agent Output queue Output driver Petri Vuorimaa 41 Resource sharing requirements Allocation for network resources is accomplished on a flow-by-flow basis + Different network protocols (e.g., IP, IPX, SNA) + Different services within the same protocol suite (e.g., Telnet, FTP, SMTP) Different traffic flows should not unfairly utilize more than their fair share of network resources Petri Vuorimaa 42

8 8 Allowance for packet dropping Traffic control is provided by dropping packets Packets may be preemptable or subject to drop Similar to Random Early Detection (RED) Conclusions Scalability is a big issue + What is ISP-router has flows? Lacks security + Service attacks Special Link-Layer + ATM virtual circuit Petri Vuorimaa 43 Petri Vuorimaa 44 Differentiated services - Goals Service classes Solution has to scale + individual micro-flows are aggregated into a single larger aggregate flow + the aggregate flow receives special treatment Applicable to all applications + no special control protocol (i.e., RSVP) + no new application programming interfaces Gigabitrate operation and 10 Gbps line rates are coming ISPs want to offer portfolio of service + versioning + QoS classes Individual microflows are classified at the edge of the network Several unique service classes + E.g., Gold, Silver, Bronze Per-class service is applied in the middle of network Classification is based on one or more fields in the packets Petri Vuorimaa 45 Petri Vuorimaa 46 Components DS-Field: denotes the service the packet should receive + IPv4: Type-of-service + IPv6: Traffic class Per-hop behavior (PHB): defines the service the packet receives at each hop Behavior aggregate (BA): group of similar packets Components (cont.) Boundary router: positioned at the edge of the DiffServ-capable network + Packet classification +Metering + Marking + Traffic conditioning Interior router: core switches or routers that provide PHB Petri Vuorimaa 47 Petri Vuorimaa 48

9 9 Reference model Per-hop behavior MF classifier Traffic meter Marker Traffic conditioner IETF DiffServ Working Group is finishing work on two PHBs: + Expedited forwarding (EF) + Assured forwarding (AF) Ingress router Core router Core router Egress router BA classifier Queuing Petri Vuorimaa 49 Petri Vuorimaa 50 Expedited forwarding (EF) Supports low loss, low delay, and low jitter connections Point-to-point virtual leased line Peak bandwidth Packets must spent minimum time in router queues Traffic is conditioned to the peak rate Assured forwarding (AF) Four relative classes of service + just distinct classes Each service class has three levels of drop precedence + high precedence packets are dropped before low precedence packets In total, twelve combinations Petri Vuorimaa 51 Petri Vuorimaa 52 Open questions How network policies are managed? + Manual configuration + Simple Network Management Protocol (SNMP) + Lightweight Directory Access Protocol (LDAP) + Common Open Policy Server (COPS) How to extend across ISP boundaries? + Bilateral agreements + Bandwidth brokers Petri Vuorimaa 53