C alitatea serviciilor în rețele de calculatoare

Tipuri de trafic Definirea calității serviciilor în rețele de calculatoare Calitatea serviciilor la nivelul unui ruter IP Cadre de lucru pentru implementarea calității serviciilor în rețele de calculatoare Cooperarea SIP RSVP

Tipuri de trafic

• Elastic – Nu necesită o rată de transfer specifică – Întârzierea si rata de transfer pot varia în limite largi – Clase • Neîntârziabile (nondeferrable) – Rețeaua trebuie să inițieze transferul imediat – FTP, HTTP • Întârziabile (deferrable) – Rețeaua nu trebuie să inițieze transferul imediat – SMTP – Cerințele de calitate a serviciului pentru traficul elastic pot include • Întârzierea si variația întârzierii sunt tolerate în limite largi • Rata de transfer este tolerată în limite largi • Pierderea datelor nu este tolerată la nivelul aplicației

• Inelastic – Necesită o rată de transfer specifică – Întârzierea poate varia în limite predefinite si rata de transfer nu poate coborî sub o valoare minimă stabilită – Traficul de timp real – Clase • Hard – Poate tolera pierderea unui procent din date • Soft – Nu tolerează pierderea datelor – Cerințele de calitate a serviciului pentru traficul inelastic pot include • Întârzierea si variatia întârzierii trebuie controlate • Rata de transfer necesită o valoare minimă stabilită • Pierderea datelor poate fi tolerată în limite specifice în cazul anumitor aplicații

Definirea calității serviciilor în rețele de calculatoare

• Serviciul – Performanța cu care clientul primeste traficul – Este de obicei definit de un contract între client si furnizorul de servicii • Calitatea serviciilor – Quality of Service – QoS – Capabilitatea unei rețele de a furniza servicii mai bune pentru un anumit trafic selectat peste diferite tehnologii • Principalele scopuri ale QoS – Prioritate – Lățime de bandă dedicată – Latență si jitter controlat – Caracteristici de pierdere îmbunătățite

• Furnizarea parametrilor de calitate a serviciului pentru unul sau mai multe fluxuri să nu determine scăderea semnificativă a performanțelor sau chiar eliminarea celorlalte fluxuri • Asigurarea calității serviciilor presupune respectarea parametrilor care definesc calitatea serviciului • Parametri care definesc calitatea serviciilor – Rata de pierdere – Întârzierea – Variația întârzierii sau jitterul – Disponibilitatea rețelei – Lățimea de bandă

• Tehnicile QoS

– Metodele specifice de implementare a calității serviciilor – Constituie blocurile constructive care sunt folosite pentru asigurarea serviciului – Exemple • Identificarea si marcarea traficului • Managementul congestiei si al cozii • Eficiența legăturii • Modelarea si politica traficului • Protocoale specifice • Cadre de lucru (framework-uri)

Calitatea serviciilor la nivelul unui ruter IP

• Pentru furnizarea QoS peste rețele IP rețeaua trebuie să execute două sarcini

– Diferențierea între tipurile de trafic sau serviciu • Crearea posibilității tratării diferite a claselor de trafic • Executată la interfețele utilizator-rețea și rețea-rețea • Include – Marcarea pachetelor – Clasificarea pachetelor

– Tratarea diferită a claselor de trafic prin furnizarea asigurării resurselor si diferențierii serviciilor în rețea • Executată de către rețea • Include – Selectarea traficului (traffic policing) – Managementul Activ al Cozii (Active Queue Management AQM) – Planificarea pachetelor – Modelarea pachetelor

• Marcarea pachetelor

– Setarea unor biți din anumite câmpuri ale headerului IP

• Clasificarea pachetelor

– Gruparea pachetelor în funcție de o regulă de clasificare

• Selectarea traficului

– Verifică dacă traficul la un port de intrare se conformează ratelor de trafic stabilite între client si furnizorul de servicii de rețea – Traficul este măsurat si în funcție de rezultatul măsurătorii, este marcat, remarcat sau chiar eliminat

• Managementul activ al cozii

– Mecanismul implicit pasiv de management al cozii este tail drop • Elimină automat pachetele sosite atunci când coada este plină • Avantaj: simplitatea • Dezavantaj: sincronizarea TCP globală care determină utilizarea ineficientă a resurselor rețelei – Managementul activ al cozii este un mecanism de control al congestiei care previne totodată sincronizarea TCP – Principalele metode AQM sunt • Random Early Discarding (RED) • Weighted Random Early Discarding (WRED) • Explicit Congestion Notification (ECN)

• Planificarea pachetelor

– Se aplică porturilor de iesire – Programarea pachetelor în cozi astfel încât lățimea de bandă a portului de iesire să fie distribuită între clasele de trafic – Tipuri • First-in-first-out (FIFO) • Priority Queuing (PQ) • Fair Queuing (FQ) • Weighted Round Robin (WRR) • Weighted Fair Queuing (WFQ) • Class-Based WFQ (CB WFQ)

• Modelarea traficului

– Modificarea ratei fluxului de intrare cu scopul controlului ratei fluxului de iesire – Fluxul de trafic se va încadra în profilul de trafic predefinit – Tipuri • Modelator de trafic pur • Modelator de trafic cu găleată cu jetoane sau cu găleată găurită

Cadre de lucru pentru implementarea calității serviciilor în rețele de calculatoare

• Frameworks • Seturi de mecanisme care rulează peste mai multe echipamente de rețea cu scopul asigurării serviciilor • Cele mai folosite

– Serviciile Integrate – Serviciile Diferențiate

• Serviciile Integrate – Arhitectură pentru alocarea resurselor cu scopul satisfacerii cerințelor aplicațiilor de timp real – Rezervarea resurselor pentru fiecare flux – Păstrarea modelului bazat pe datagrame al rețelelor IP si în acelasi timp rezervarea resurselor pentru aplicațiile de timp real – Set de mecanisme si protocoale pentru rezervarea explicită a resurselor în Internet – Înainte de a transmite pachetele, aplicațiile rezervă resursele necesare de a lungul căii

• Serviciile Integrate (continuare) – Transmițătorul începe setarea rezervării prin descrierea caracteristicilor fluxului si a resurselor necesare – Rețeaua poate accepta această nouă aplicație doar dacă există suficiente resurse – După ce este stabilită rezervarea, aplicația poate trimite pachetele de a lungul căii rezervate – Principalul parametru al calității serviciului pentru care rețeaua garantează este întârzierea pachetelor – Protocolul Resource Reservation Setup Protocol a fost dezvoltat de către IETF ca si protocol de setare a rezervării resurselor pentru Internet

• Resource Reservation Setup Protocol – RSVP – Protocol de setare a rezervării resurselor pentru Internet – Caracteristici • Rezervare simplex • Orientat pe receptor • Independent de rutare • Independent de politică • Stare soft • Stilul de rezervare • Suport pentru unicast şi multicast • Suport pentru IPv4 şi IPv6

• Resource Reservation Setup Protocol (cont.) – Mesaje: PATH si RESV – PATH • Transmise spre receptori de către transmiţători • Funcţii – Identifică fluxul transmis de către sursa de trafic – Distribuie informaţii receptorilor despre sursa de trafic – Transmit caracteristicile căii – Instalează starea necesară pentru mesajele RESV pentru a afla cum să ajungă la transmiţători de la receptori • Înaintarea mesajelor PATH este determinată de către protocoalele de rutare

• Resource Reservation Setup Protocol (cont.) – RESV • După primirea mesajelor PATH receptorii pot cere o rezervare trimiţînd mesaje RESV spre sursă pe calea folosită de mesajele PATH • Funcţii – Specifică QoS-ul dorit – Specifică parametri care trebuie folosiţi în planificarea pachetelor – Definesc fluxul care primeşte QoS-ul specificat – Specifică cerinţele de resurse – Setează starea soft de rezervare a resurselor în ruterele din cale • După primirea mesajelor RESV, transmiţătorii pot transmite pachete de a lugul căilor rezervate

• – – – Resource Reservation Setup Protocol (cont.) Folosit atât în comunicaţiile unicast cât şi în comunicaţiile multicast Comunicaţiile unicast sunt tratate ca şi un caz particular de comunicaţie multicast Paşii necesari pentru o comunicaţie 1.

2.

Un receptor se alătură unui grup multicast transmiţând un mesaj join IGMP (Internet Group Message Protocol) routerului vecin Un potenţial transmiţător transmite un mesaj PATH adresei de grup multicast PATH RESV Transmitator DATA Internet IGMP PATH RESV DATA Receptor

• – Resource Reservation Setup Protocol (cont.) Paşii necesari pentru o comunicaţie (continuare) 3.

4.

5.

6.

Receptorul primeşte mesajul PATH identificând un transmiţător şi transmite mesaje RESV pe aceeaşi cale pe care a venit mesajul PATH specificând descriptorii de flux doriţi Mesajele RESV setează starea soft de rezervare a resurselor în rutere din calea specificată de mesajul PATH Transmiţătorul recepţionează mesajele RESV şi transmite datele pe calea stabilită de mesajele PATH şi RESV Receptorul recepţionează datele de la transmiţător PATH RESV Transmitator DATA Internet IGMP PATH RESV DATA Receptor

• Serviciile Diferențiate – Traficul este împărțit într-un număr mic de grupuri numit clase de înaintare (forwarding classes) – Clasa de înaintare din care face parte pachetul este codată într-un câmp din headerul pachetului IP – Fiecare clasă de înaintare reprezintă un tratament de înaintare predefinit în termenii priorității de eliminare si alocării lățimii de bandă.

– Clasele individuale reprezintă traficul agregat.

• Serviciile Diferențiate (cont.) – Nodurile de la granița rețelei (boundary nodes sau edge nodes) • Clasificarea pachetelor • Condiționarea traficului – Nodurile din interiorul rețelei (interior nodes sau core nodes) • Înaintează pachetele pe baza claselor de înaintare din headerul pachetului Clasificare Masurare Marcare Modelare Eliminare Clasificare Managementul cozii Host Nod de granita Nod interior Domeniu DS Nod de granita Nod de granita Nod interior Domeniu DS Nod de granita Host

• Serviciile Diferențiate (cont.) – Tratarea înaintării este descrisă de termenul comportament perhop (

per-hop behavior

– PHB – Fiecare PHB este reprezentat de o valoare pe 6 biți numită

Differentiated Services codepoint

(DSCP) – Toate pachetele cu acelasi DSCP sunt referite ca si

behavior aggregate

, si primesc acelasi tratament la înaintare – Un set de PHB-uri poate forma un grup PHB – PHB-urile sunt implementate cu ajutorul managementului buferului si a planificării pachetelor

• Serviciile Diferențiate (cont.) – Standardul Serviciilor Diferențiate redefineste câmpul IP TOS pentru a indica comportamentele la înaintare – Câmpul înlocuitor, numit câmp DS, înlocuieste definițiile existente ale octetului TOS si, de asemenea, ale octetului clasă de trafic IPv6 – Primii 6 biți ai câmpului DS sunt folosiți ca si DSCP pentru a coda PHB-ul pentru un pachet la fiecare nod DS – Cei doi biți rămasi nu sunt folosiți în prezent (CU)

Cooperarea SIP RSVP

• Schimb de informatii referitoare la codec uri • PRACK – provisonal acknowledgement • RSVP PATH – descrierea cantitatii resurselor necesare • RSVP RESV – rezerva resursele INVITE SDP1 183 SESSION PROGRESS SDP2 PRACK 200 OK PATH RESV UPDATE SDP3 200 OK (UPDATE) SDP4 180 Ringing PRACK 200 OK (PRACK) Internet

• UPDATE – raporteaza faptul ca resursele au fost rezervate • Ringing – informeaza asupra faptului ca resursele au fost rezervate in ambele directii si apeleaza masina pereche INVITE SDP1 183 SESSION PROGRESS SDP2 PRACK 200 OK PATH RESV UPDATE SDP3 200 OK (UPDATE) SDP4 180 Ringing PRACK 200 OK (PRACK) Internet