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
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 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 + jen täyttymistä pyritään välttämään Yksinkertaisin on ns. FIFO- + ensin tullut paketti ohjataan ensin oikeaan ulos-on FIFO- 10 9 8 7 Pakettimuisti Ulos 6 2 1 5 4 3 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
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 + pienikapasiteettinen 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 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 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 Integroidut palvelut Integroitujen palveluiden -arkkitehtuurin kehitystyö aloitettiin 1994 Tarkoituksen laajentaa Intertnetin nykyistä parasyritys -liikennemallia Tavoitteena, että Internetin nykyistä arkkitehtuuria voidaan edelleen käyttää rinnalla Muistuttaa ATM:n QoS-mallia Tavoitteet Määritellä tarjottavat palvelut Määritellä rajapinnat: + sovelluspalvelut + reitittimien skedulointi + linkkitaso Määritellä reitittimien yhteensopivuuden validointi Petri Vuorimaa 35 Petri Vuorimaa 36
7 Toteutus Reaaliaikaiset sovellukset tarvitsevat resurssienvarausta Resurssienvararaus vaatii hyväksynnän valvontaa Viisi pääkomponenttia: + QoS-vaatimukset + resurssien jakamisen vaatimukset + pakettien pudottamisen salliminen + käyttäjäpalautteen toteuttaminen + Resource ReserVation Protocol (RSVP) Petri Vuorimaa 37 QoS-vaatimukset Fokuksena reaaliaikaiset QoS-luokat Viive ja huojunta ovat tärkeimpiä parametreja Kaksi QoS-luokkaa: + hallittu kuormitus + taattu laatu Petri Vuorimaa 38 Hallittu kuormitus Matkii perinteistä paras yritys -palvelua kuormittamattomassa tilanteessa + parempi kun paras yritys Käyttää kolikkoämpäriä Jokained reititin ym. varmistaa, että tarvittavat resurssit hallitun kuormituksen tarjoamiseen ovat olemassa 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 mikrosekuntteina) Petri Vuorimaa 39 Petri Vuorimaa 40 Referenssitotetus Resurssien jakamisen vaatimukset Routing agent Routing table Background processes Reservation setup agent Admission control Traffic control database Management agent Verkkoresurssien jako suoritetaan vuo kerrallaan + eri verkkoprotokollat (esim. IP, IPX, SNA) + eri palvelut (esim. telnet, FTP, SMTP) Eri liikennevirtojen eri tulisi käyttää epäreilusti enempää resursseja kuin niille on myönnetty Input driver Classifier Forwarding table Packet scheduler Output queue Output driver Petri Vuorimaa 41 Petri Vuorimaa 42
Pakettien tiputtamisen salliminen Liikenteenohjaus on toteutettu paketteja tiputtamalla Paketit voivat olla varattuja tai tiputtamiskelpoisia Vastaa Random Early Detection (RED) - algoritmia Yhteenveto Skaalautuvuus on iso ongelma + Mitä jos runkoreitittimen kautta kulkee 10 000 datavirtaa? Turvallisuus + palveluhyökkäykset (Denial of Service -attacks) Erityinen linkkitaso + ATM virtual circuit Petri Vuorimaa 43 Petri Vuorimaa 44 Differentiated services - tavoitteet Toteutusten on skaalauduttava + yksittäiset mikrovuot kootaan yhteen + yhdistetty vuo saa sille määritellyn kohtelun Sopii kaikille sovelluksille + erityistä ohjausprotokollaa (RSVP) ei ole + ei uusia ohjelmointirajapintoja Gigabitttejä sekunnissa + 2.4 ja 10 Gbps ovat tulossa ISP:t haluavat tarjota palveluvalikoimaa + versiointi + QoS-luokat Petri Vuorimaa 45 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 Petri Vuorimaa 46 Komponentit DS-kenttä: + määrittelee mitä palvelua paketin tulisi saada + IPv4: Type-of-service + IPv6: Traffic class Per-Hop Behavior (PHB): + paketin saama palvelutaso kussakin reitittimessä Behavior Aggregate (BA): + ryhmä samanlaisia paketteja Komponentit (jatk.) Reunareititin: + sijaitsee DiffServ-verkon reunalla + pakettien luokittelu + mittaus +merkkaus + liikenteen muokkaus Sisäinen reititin: + runkokytkin tai -reititin, joka tarjoaa PHB:tä Petri Vuorimaa 47 Petri Vuorimaa 48 8
9 Referenssitoteutus Per-Hop Behavior 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 Petri Vuorimaa 49 Petri Vuorimaa 50 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 ssa Liikenne muokataan maksimikaistan mukaisesti 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 Petri Vuorimaa 51 Petri Vuorimaa 52 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) Petri Vuorimaa 53