Tietoverkot ja QoS. Quality of Service (QoS) QoS-toteutukset. Laatuparametrit. Jonotus. Reitittimen toiminta

Transkriptio

1 Tietoverkot ja QoS Quality of Service (QoS) QoS QoS-toteutukset Integrated Services Differentiated Services 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 1 2 Laatuparametrit QoS-toteutukset Kaista Viive Huojunta Virheet Taattu / paras yritys 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 3 4 Reitittimen toiminta Jonotus prosessori Eteenpäin skeduleri Ulos prosessori Jos täyttyy, joudutaan paketti hylkäämään jen täyttymistä pyritään välttämään Yksinkertaisin on ns. FIFO- ensin tullut paketti ohjataan ensin oikeaan ulos-on 5 6

2 FIFO- Edut ja haitat Pakettimuisti Ulos FIFO- tasoittaa hyvin purskeita, kun kuormitus on alhainen 8 Kun kuormitus on korkea, aiheutuu FIFO-sta viivettä kaikille paketeille korkean prioriteetin liikenne kärsii jos täyttyy, kaikki paketit hylätään Prioriteetit Prioriteetti- Yksinkertainen ratkaisu on antaa liikenteelle erilaisia prioriteetteja esim. reaaliaikaiselle liikenteellä voidaan antaa korkea prioriteetti Pakettien luokittelusta aiheutuu ylimääräistä kuormitusta Ulos Korkea prioriteetti Normaali prioriteetti 9 10 Edut ja haitat Palveluluokat Skedulerin toteuttaminen on yksinkertaista 11 Luokittelu on vaikeaa Korkean prioriteetin liikenne voi tukkia reitittimen matalan prioriteetin liikenne ruuhkaantuu Eri palveluita varten voidaan tehdä omat ulos-t korkean prioriteetin liikenne ei ruuhkauta matalan prioriteetin liikennettä Tarvitaan useita ulos-ja 12

3 Luokkiin perustava Edut ja haitat Korkea Keski Matala Luokkiin perustuvat t Yksinkertainen tapa jakaa liikennettä eri palveluluokkiin Skaalaantuu huonosti skeduloinnin monimutkaisuus ja jen ohjaus hidastaa nopeaa liikennettä Painotetut t Painotettu reilu Weighted Fair Queuing (WFQ) Kapasiteettia jaetaan liikenteen määrän perusteella pienikapasiteettinen liikenne saa etusija suurikapasiteettinen liikenne jakaa lopun ajan Liikenne jaetaan virtoihin jokainen virta menee on liikenteen määrän perusteella Korkea Keski Matala Vuo kohtaiset t Edut ja haitat Liikenteen muokkaus Reiluus yksi virta ei tuki kaikkea liikennettä Skaalaantuvuus laskenta aiheuttaa ylimääräistä kuormaa Luokittelu miten eri vuot luokitellaan ryhmiin 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 17 18

4 Purskeiden suodatus Vuotava ämpäri Yksinkertaisin liikenteen muokkaustapa on suodattaa liikennepurskeita Tähän voidaan käyttää ns. vuotavaa ämpäriä ylisuuret liikennepurskeet suodatetaan pois tarvittaessa paketteja hukataan Otettu alunperin käyttöön ATM-verkoissa Kolikkoämpäri 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 R kolikkoa per sekunti B kolikkoa Satunnainen aikainen varoitus Random Early Detection () 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 Reitittimen minth AvgLen maxth 23 24

5 Yhteenveto Integroidut palvelut Reitittimillä (ja kytkimillä) on olennainen vaikutus verkon QoS-ominaisuuksiin Tämä voidaan ottaa huomioon toteutuksessa erilaiset t Yksittäisiä liikennevirtoja voidaan muokata vuotava ämpäri, kolikkoämpäri, 25 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 Tavoitteet Toteutus Määritellä tarjottavat palvelut Määritellä rajapinnat: sovelluspalvelut reitittimien skedulointi linkkitaso Määritellä reitittimien yhteensopivuuden validointi 27 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 QoS-vaatimukset Hallittu kuormitus Fokuksena reaaliaikaiset QoS-luokat Viive ja huojunta ovat tärkeimpiä parametreja Kaksi QoS-luokkaa: hallittu kuormitus taattu laatu 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 29 30

6 Taattu laatu Referenssitoteutus 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 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 32 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 Pakettien tiputtamisen salliminen Liikenteenohjaus on toteutettu paketteja tiputtamalla Paketit voivat olla varattuja tai tiputtamiskelpoisia Vastaa Random Early Detection () -algoritmia RSVP RSVP (jatk.) Resource ReSerVation Protocol (RSVP) perustuu vastaanottajan tekemiin varauksiin Lähettäjä lähettää ensin Path -ilmoituksen Tarvittaessa reitittimet lähettävät PathErr - ilmoituksen 35 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

7 RSVP-viestit Pehmeä tila Resv -viestit Kohde 1 Jokaisen yhteyden tilasta pidetään kirjaa Tiedot vanhentuvat ennalta määrätyn ajan kuluttua Tämän takia tilaa kutsutaan pehmeäksi Lähde Path -viestit Kohde 2 Kohde QoS-pyynnöt RSVP-yhdistäminen 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) Resv -viesti (31 Mbps) Yhdistämiskohta Yhdistetty Resv -viesti (31 Mbps) Resv -viesti (15 Mbps) RSVP:n tilanne Yhteenveto Ei vielä otettu laajalti käyttöön Ongelmia: menetelmän skaalaantuminen (ohjaus, yhteydet, yhteyksien uusinta) resurssien tarkistamista varten ei ole hyvää algoritmia laskutuksen ja kirjanpidon järjestäminen Skaalautuvuus on iso ongelma Mitä jos runkoreitittimen kautta kulkee datavirtaa? Turvallisuus palveluhyökkäykset (Denial of Service -attacks) Erityinen linkkitaso ATM virtual circuit 41 42

8 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 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 Komponentit Komponentit (jatk.) 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 Reunareititin: sijaitsee DiffServ-verkon reunalla pakettien luokittelu mittaus merkkaus liikenteen muokkaus Sisäinen reititin: runkokytkin tai -reititin, joka tarjoaa PHB:tä Referenssitoteutus Per-Hop Behaviour MF classifier Traffic meter Marker Traffic conditioner IETF on määritellyt kaksi PHB:tä Expedited Forwarding (EF) Assured Forwarding (AF) Ingress router Core router Core router Egress router BA classifier Queuing 47 48

9 Expedited Forwarding (EF) Assured Forwarding (AF) Tarjoaa pientä pakettien katoa, lyhyttä viivettä ja vähäistä huojuntaa Vastaa päästä-päähän vuokrattua yhteyttä Maksimikaista määriteltävä tapauskohtaisesti Paketit viipyvät mahdollisimman vähän aikaa reitittimen ssa Liikenne muokataan maksimikaistan mukaisesti 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 UMTS QoS UMTS käyttää neljää eri palveluluokkaa conversational class streaming class interactive class background class Eri palveluluokkien välittämiseen käytetään DiffServ-liikenneluokkia 51 GTP-U -liikenteen tunnelointi UMTS-verkossa Network Interface Classification Policing and Shaping Differentation by DSCP Conversational (FIFO) Streaming () Interactive Class Weighted Fair Queuing Socket Eija Raatikainen, Testing Operator Background Class Layer Strict Priority Configurable Scheduler Differentiated Services Code Points in UMTS, Network Interface diplomityö, TKK, (c) Petri Vuorimaa 52 EF AF1 AF2 AF3 AF4 BE 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