Transcript 15-441 Lecture - دانشگاه ایلام

‫‪QOS‬‬
‫مظفر بگ محمدی‬
‫دانشگاه ایالم‬
‫چرا به یک مدل خدمت جدید نیاز داریم؟‬
‫• واضح است که بهترین تالش کافی نیست‪.‬‬
‫– بعضی کاربردها به تضمین بیشتری از ناحیهی شبکه نیازمند هستند‪.‬‬
‫• در طراحی شبکه هدف اصلی چیست؟‬
‫– بیشینه کردن پهنای باند؟ کمینه کردن تاخیر؟‬
‫– بیشینه کردن میزان رضایت مشتری – مجموع سودمندی داده شده به کاربر‪.‬‬
‫• رابطه سودمندی و پهنای باند شبیه چیست؟‬
‫– باید یک تابع افزایشی باشد‪.‬‬
‫– نمودار تابع به کاربرد مورد نظر وابسته است‪.‬‬
‫‪2‬‬
‫منحنی سودمندی‪ -‬کاربردهای کشسان‬
‫‪Elastic‬‬
‫‪U‬‬
‫‪Bandwidth‬‬
‫ایا تخصیص برابر پهنای باند‪ ،‬مجموع سودمندی را بیشینه میکند؟‬
‫‪3‬‬
‫کنترل پذیرش‬
‫• اگر )‪ U(bandwidth‬مقعر باشد ‪ ‬کاربرد‬
‫کشسان است‪.‬‬
‫– هر چه پهنای باند افزایش یابد‪ ،‬سودمندی افزایشی (شیب‬
‫منحنی فوق) کاهش مییابد‪.‬‬
‫– لذا‪ ،‬پذیرش کاربردهای جدید همیشه به نفع ماست‪.‬‬
‫‪4‬‬
‫• یعني‪ ،‬کاربردها در ناحیهای کار میکنند که شیب منحنی‬
‫بیشتر است‪.‬‬
‫• به هیچ گونه مکانیسم کنترل پذیرش یا مکانیسم صریح‬
‫‪ QoS‬نیاز نداریم‪.‬‬
‫‪Elastic‬‬
‫‪BW‬‬
‫‪U‬‬
‫منحنی سودمندی – ترافیک غیر کشسان‬
‫‪Hard real-time‬‬
‫‪BW‬‬
‫‪U‬‬
‫‪Delay-adaptive‬‬
‫‪BW‬‬
‫ایا تخصیص برابر پهنای باند‪ ،‬مجموع سودمندی را بیشینه میکند؟‬
‫‪5‬‬
‫‪U‬‬
‫‪ QoS‬و کنترل پذیرش‬
‫• اگر )‪ U(bandwidth‬محدب باشد ‪‬‬
‫کاربرد غیر کشسان است‪.‬‬
‫– دیگر‪ ،‬سودمندی با افزایش جریانها به طور‬
‫یکنواخت افزایش نمییابد‪.‬‬
‫• الزم است که از کنترل پذیرش و مکانیسمهای‬
‫خاص ‪ QoS‬استفاده کنیم‪.‬‬
‫– کنترل پذیرش‪ :‬ایا پذیرش یک کاربرد جدید باعث‬
‫کاهش سودمندی مجموع خواهد شد‪.‬‬
‫‪6‬‬
‫‪Delay-adaptive‬‬
‫‪BW‬‬
‫‪U‬‬
‫‪ QoS‬روش ‪ :#1‬خدمات مجتمع‬
‫اجزاء کلیدی‪:‬‬
‫‪ .1‬نوع تعهد‪:‬‬
‫شبکه چه قولی داده است؟‬
‫‪ .2‬زمانبندی بستهها‬
‫شبکه چگونه به قول خود عمل میکند؟‬
‫‪ .3‬واسط خدمت‬
‫کاربرد نیاز خود را چگونه تشریح میکند؟‬
‫‪7‬‬
‫انواع تعهدات‬
‫• خدمت تضمین شده‬
‫– برای کاربردهای بالدرنگ که اگر پهنای باند مورد نیاز انها فراهم نشود‪ ،‬کار نمیکنند (مثل ‪hard real-‬‬
‫‪)time‬‬
‫– تضمین ثابت‪ :‬تا وقتی که نرخ ارسال مشتری با موافقت نامه مطابقت داشته باشد‪ ،‬شبکه به تعهد خود عمل میکند‪.‬‬
‫• خدمت قابل پیش بینی‬
‫– برای کاربردهای ی که خود را با تاخیر وفق میدهند‪( .‬مثل ‪)delay-adaptive‬‬
‫– دو بخش دارد‪:‬‬
‫• اگر شرایط تغییر نکند‪ ،‬به تعهد خود عمل میکنیم‪.‬‬
‫• اگر شرایط تغییر کرد‪ ،‬کارای ی را پله به پله کاهش میدهیم تا کاربرد بتواند تاخیر پخش را کمینه کند‪ .‬بدین ترتیب‪ ،‬دید این کاربردها از شبکه این‬
‫است که بار شبکه کمی زیاد شده است‪.‬‬
‫• خدمت بهترین تالش (یا دادهگرام)‬
‫‪8‬‬
‫زمانبندی ترافیکهای تضمین شده‬
‫• از فیلتر ظرف نشانه برای توصیف ترافیک استفاده کنید‪.‬‬
‫– ظرف نشانه دارای دو مشخصه است‪ .‬نرخ ‪ r‬و عمق ظرف ‪b‬‬
‫– ‪ FlowSpec‬یا ویژگیهای جریان‬
‫• در مسیریابها از صفبندی عادالنهی وزندار استفاده کنید‪.‬‬
‫• بدترین حالت تاخیر صفبندی از محدویت ‪ Parekh‬پیروی میکند که برابر است با‪:‬‬
‫‪b/r‬‬
‫‪9‬‬
‫ویژگیهای ظرف نشانه‬
BW
2
Flow B
Flow A: r = 1 MBps, B=1 byte
1
Flow A
1
2
3
Flow B: r = 1 MBps, B=1MB
Time
10
‫جمعبندی‬
‫• فرض کنید سه نوع ترافیک داریم‪ :‬تضمین شده‪ ،‬قابل پیشبینی و بهترین تالش‬
‫• در روترها برای زمانبندی از ‪ WFQ‬استفاده کنید‪.‬‬
‫• هر جریان تضمین شده صف مخصوص به خود را دارد‪.‬‬
‫• تمام جریانهای خدمت قابل پیشبینی و خدمت بهترین تالش تحت لوای یک صف اولویت‬
‫دار جدا تجمیع میشوند‪.‬‬
‫– کالسهای ترافیک قابل پیشبینی‬
‫• بدترین تاخیر هر کالس به اندازه یک مرتبهی بزرگی (‪ ۱۰‬برابر) از کالس بعدی فاصله دارد‪.‬‬
‫• هر سطح اولویت دارای صفبندی اولویتدار سختگیرانه و کنترل پذیرش جداگانه است‪.‬‬
‫• اولویتهای باالتر از سیکلهای زمانبندی اولویتهای پایینتر استفاده میکنند‪( .‬دزدی)‬
‫– خدمت بهترین تالش دارای کمترین کالس اولویت است‪.‬‬
‫‪11‬‬
‫پروتکل رزرو کردن منبع )‪(RSVP‬‬
‫• درخواستهای منبع در تمام شبکه حمل می گردند‪.‬‬
‫• هدف اصلی‪ :‬برقراری حالت در مسیریابهای بین راه تا بدانند چگونه‬
‫با ترافیک برخورد کنند‪.‬‬
‫‪C‬‬
‫‪A‬‬
‫– حالت = پارامترهای دستهبند )‪ (classifier‬بستهها‪ ،‬رزرو پهنای باند و‬
‫‪....‬‬
‫• در هر گام با کنترل پذیرش مشورت و رزروسازی انجام میشود‪.‬‬
‫• ساگر رزروسازی قابل انجام نباشد به درخواست کننده خبر داده‬
‫میشود‪.‬‬
‫• خصوصیات کلیدی‪:‬‬
‫– مبتنی بر گیرنده‬
‫– حالت نرم‬
‫• رزروسازی به صورت دورهای تازه میگردد‪.‬‬
‫‪12‬‬
‫‪D‬‬
‫‪B‬‬
‫پیغام ‪PATH‬‬
‫• پیغامهای ‪ PATH‬حامل خصوصیات جریان فرستندهها هستند‪.‬‬
‫• مسیریابها به جهت پیغامهای ‪ PATH‬رسیده توجه میکنند و مسیر معکوس به سمت‬
‫فرستنده را برقرار میکنند‪.‬‬
‫• گیرندگان پیغامهای ‪ RESV‬را در مسیر معکوس ارسال میکنند و رزروسازی را برقرار‬
‫میسازند‪.‬‬
‫• اگر رزروسازی قابل انجام نباشد‪ ،‬کاربر یک پیغام خطا دریافت میکند‪.‬‬
‫‪13‬‬
‫پیغامهای ‪RESV‬‬
‫• پیغام ‪ RESV‬در مسیر معکوس پیغام ‪ PATH‬ارسال میشوند‪.‬‬
‫• ملزومات تاخیر صفبندی و پهنای باند‬
‫• مشخصات ترافیک فرستنده (موجود در پیغام ‪)PATH‬‬
‫• مشخصات فیلتر‬
‫– کدام انتقاالت میتوانند از منابع رزروشده استفاده کنند؟‬
‫• مسیریابها کنترل پذیرش و رزرو منابع را انجام میدهند‪.‬‬
‫– اگر درخواست رد شد‪ ،‬پیغام خطا ارسال میگردد‪.‬‬
‫‪14‬‬
‫خدمات متمایز‪ :‬انگیزه و طراحی‬
‫• مسیریابهای حوزه به صورت دانه درشت بستهها را عالمت‬
‫میزنند‪.‬‬
‫– هر بسته دارای یک فیلد نوع است‬
‫• از بیتهای ‪ IP TOS‬استفاده میگردد‪.‬‬
‫• مثل یک مهر اولویت است‪.‬‬
‫• مسیریابهای هسته بستهها را طبق عالمت انها پردازش میکنند‪.‬‬
‫• مقیاس پذیری ان از خدمات مجتمع خیلی بیشتر است‪.‬‬
‫–‬
‫–‬
‫–‬
‫–‬
‫‪15‬‬
‫مبادلهی سیگنال ندارد‪.‬‬
‫به ازای هر جریان یک حالت در مسیریابهای هسته نگهداری‬
‫نمیشود‪.‬‬
‫برای کار مابین شبکههای همسایه مفیدتر است‪ .‬در حالیکه خدمات‬
‫مجتمع انتها به انتها بود‪.‬‬
‫ً‬
‫معموال شبکههای ی که چندین پردیس دارند (مثل دانشگاهها) و‬
‫همهی انها از یک ‪ ISP‬استفاده میکنند‪ ،‬از این روش استفاده‬
‫میکنند‪.‬‬
‫‪Classification‬‬
‫‪and conditioning‬‬
DiffServ ‫مثالی از‬
.‫ امضا کنید‬ISP ‫( با‬SLA) ‫یک توافق سطح خدمات‬
Company A
Packets in premium
Premium packet flow
flows have bit set
restricted to R bytes/sec
internal
router
host
first hop
router
ISP
edge
router
edge
router
Unmarked
packet flow
Set bits
appropriately
Check if bits
conform
16
‫ارسال تسریع شده‬
‫• کاربران مطابق پروفایل توافق شده ارسال میکنند و شبکه نیز متعهد است که طبق پروفایل‬
‫درخواست شده عمل کند‪.‬‬
‫– تضمین قوی‬
‫– کاربر نمیتواند از پروفایل تخطی کند‪ .‬در صورت تخطی‪ ،‬بستههای کاربر دور انداخته خواهند شد‪.‬‬
‫• کار مسیریابهای هسته ساده است‪ :‬اگر بیت ‪ EF‬تنظیم شده بود‪ ،‬بسته را در صف اولویت‬
‫قرار بده‪.‬‬
‫– بستههای ‪ EF‬با کمترین تاخیر و گم شدن (در حد ظرفیت مسیریاب) ارسال میگردند‪.‬‬
‫‪17‬‬
‫ارسال محفوظ(بیمه شده)‬
‫• ‪ AF‬چهار کالس را تعریف میکند‪:‬‬
‫– ترافیکی که با پروفایل منطبق است را قویا تضمین میکند‪ .‬اما‪ ،‬فرستنده اجازه دارد که از پروفایل تخطی‬
‫کند‪.‬‬
‫• برای پیادهسازی خدماتی که نسبت به هم تفاوت دارند مناسب است ( مثل خدمت طالی ی‪ ،‬خدمت نفرهای و ‪)...‬‬
‫– در هر کالس‪ ،‬حداقل دو اولویت دورانداختن وجود دارد‬
‫• اگر کاربر از پروفایل پیروی کند‪ ،‬احتمال دورانداختن بستههای ان کم است‪.‬‬
‫• کاربر و شبکه روی یک پروفایل توافق میکنند‪.‬‬
‫– مسیریابهای لبه بستههای ی که با نرخ توافق شده مطابقت دارند را با ‪ in-profile‬عالمت میزنند‪.‬‬
‫– بقیهی بستهها دارای عالمت ‪ out-of-profile‬هستند که اولویت کمتری دارد‪.‬‬
‫– مسیریابی که دچار ازدحام شده است‪ ،‬بستههای ی که اولویت کمتری دارند را با احتمال بیشتری دور‬
‫میاندازد‪.‬‬
‫• پیادهسازی از صفبندی مبتنی بر ‪ RED‬استفاده میکند‪.‬‬
‫‪18‬‬
‫اعمال شرط بر ترافیک در مسیریاب لبهی مشتری‬
AF traffic (two classes)
No token
Packet
input
Test if
token
token
Packet
output
Set AF
“in” bit
EF traffic
Drop on overflow
Packet
input
Wait for
token
Set EF bit
Packet
output
19
ISP ‫اعمال سیاستها در مسیریاب لبه‬
AF “in” set
Arriving
packet
Is packet
marked?
Token
available?
no
Clear “in” bit
Forwarding
engine
Not marked
EF set
Token
available?
no
Drop packet
20
‫پردازش بستهها در خروجی مسیریاب‬
Strict high priority used
What type?
EF
High-priority Q
AF
Packets out
Low-priority Q
with priority drop
21