Tietoverkot ja QoS QoS ATM QoS-toteutukset Integrated Services Differentiated Services Petri Vuorimaa 1
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 2
Laatuparametrit Kaista Viive Huojunta Virheet Taattu / paras yritys Petri Vuorimaa 3
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 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? Välitä solut eteenpäin Kyllä 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) Petri Vuorimaa 7
Solujen kytkentä (jatk.) Useammalla yhteydellä voi olla sama polku + Virtual Path (VP) Virtuaalisilla yhteyksillä on tunnusparit + VP Identifier / VC Identifier (VPI/VCI) Petri Vuorimaa 8
ATM-kytkin Petri Vuorimaa 9
Signalointi Yhteyksien muodostamista varten tarvitaan signalointia Ensin tarkistetaan QoS-vaatimukset ja sen jälkeen yhteyden onnistuminen Yksityinen verkko: + User Network Interface (UNI) + Private-Network Node Interface (P-NNI) Petri Vuorimaa 10
Sovituskerros ja palveluluokat AAL1: audio ja video AAL2: vaihteleva bittinopeus AAL3: yhteydellinen data AAL4: yhteyksetön data AAL5: LAN-emulaatio Petri Vuorimaa 11
Sovitusluokat Petri Vuorimaa 12
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 Samoin ATM-kytkimessä skeduleri ohjaa yksittäisiä soluja Petri Vuorimaa 13
Reitittimen toiminta Sisään prosessori Eteenpäin skeduleri Ulos prosessori Petri Vuorimaa 14
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 Petri Vuorimaa 15
FIFO-jono Sisään jono Ulos jono 10 9 8 7 Pakettimuisti 6 2 1 5 4 3 Petri Vuorimaa 16
Edut ja haitat FIFO-jono tasoittaa hyvin purskeita, kun kuormitus on alhainen Kun kuormitus on korkea, aiheutuu FIFO-jonosta viivettä kaikille paketeille + korkean prioriteetin liikenne kärsii + jos jono täyttyy, kaikki paketit hylätään Petri Vuorimaa 17
Prioriteetit Yksinkertainen ratkaisu on antaa liikenteelle erilaisia prioriteetteja + esim. reaaliaikaiselle liikenteellä voidaan antaa korkea prioriteetti Pakettien luokittelusta aiheutuu ylimääräistä kuormitusta Petri Vuorimaa 18
Prioriteetti-jono Sisään jono Ulos jono Korkea prioriteetti Normaali prioriteetti Petri Vuorimaa 19
Edut ja haitat Skedulerin toteuttaminen on yksinkertaista Luokittelu on vaikeaa Korkean prioriteetin liikenne voi tukkia reitittimen + matalan prioriteetin liikenne ruuhkaantuu Petri Vuorimaa 20
Palveluluokat Eri palveluita varten voidaan tehdä omat ulosjonot + korkean prioriteetin liikenne ei ruuhkauta matalan prioriteetin liikennettä Tarvitaan useita ulos-jonoja Petri Vuorimaa 21
Luokkiin perustava jono Sisään jono Luokkiin perustuvat jonot Korkea Keski Matala Petri Vuorimaa 22
Edut ja haitat Yksinkertainen tapa jakaa liikennettä eri palveluluokkiin Skaalaantuu huonosti + skeduloinnin monimutkaisuus ja jonojen ohjaus hidastaa nopeaa liikennettä Petri Vuorimaa 23
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 Petri Vuorimaa 24
Painotettu reilu jono Sisään jono Vuo kohtaiset jonot Korkea Keski Matala Petri Vuorimaa 25
Edut ja haitat Reiluus + yksi virta ei tuki kaikkea liikennettä Skaalaantuvuus + laskenta aiheuttaa ylimääräistä kuormaa Luokittelu + miten eri vuot luokitellaan ryhmiin Petri Vuorimaa 26
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 Petri Vuorimaa 27
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 28
Vuotava ämpäri Petri Vuorimaa 29
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 Petri Vuorimaa 30
Kolikkoämpäri R kolikkoa per sekunti B kolikkoa Petri Vuorimaa 31
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 Petri Vuorimaa 32
Satunnainen aikainen varoitus Reitittimen jono maxth AvgLen minth Petri Vuorimaa 33
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 Petri Vuorimaa 34
Integroidut palvelut Integroitujen palveluiden -arkkitehtuurin kehitystyö aloitettiin 1994 Tarkoituksen laajentaa Internetin nykyistä parasyritys -liikennemallia Tavoitteena, että Internetin nykyistä arkkitehtuuria voidaan edelleen käyttää rinnalla Muistuttaa ATM:n QoS-mallia Petri Vuorimaa 35
Tavoitteet Määritellä tarjottavat palvelut Määritellä rajapinnat: + sovelluspalvelut + reitittimien skedulointi + linkkitaso Määritellä reitittimien yhteensopivuuden validointi Petri Vuorimaa 36
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) 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 Jokainen reititin ym. varmistaa, että tarvittavat resurssit hallitun kuormituksen tarjoamiseen ovat olemassa Petri Vuorimaa 39
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) Petri Vuorimaa 40
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 Petri Vuorimaa 41
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 Petri Vuorimaa 42
Pakettien tiputtamisen salliminen Liikenteenohjaus on toteutettu paketteja tiputtamalla Paketit voivat olla varattuja tai tiputtamiskelpoisia Vastaa Random Early Detection (RED) - algoritmia Petri Vuorimaa 43
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 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 Behaviour (PHB): + paketin saama palvelutaso kussakin reitittimessä Behaviour Aggregate (BA): + ryhmä samanlaisia paketteja Petri Vuorimaa 47
Komponentit (jatk.) Reunareititin: + sijaitsee DiffServ-verkon reunalla + pakettien luokittelu + mittaus + merkkaus + liikenteen muokkaus Sisäinen reititin: + runkokytkin tai -reititin, joka tarjoaa PHB:tä Petri Vuorimaa 48
Referenssitoteutus Traffic meter MF classifier Marker Traffic conditioner Ingress router Core router Core router Egress router BA classifier Queuing Petri Vuorimaa 49
Per-Hop Behaviour IETF on määritellyt kaksi PHB:tä + Expedited Forwarding (EF) + Assured Forwarding (AF) 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 jonossa Liikenne muokataan maksimikaistan mukaisesti Petri Vuorimaa 51
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 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