Qualité de Service dans l’Internet

Introduction / Généralités

• Quelques principes • Techniques de lissage • Techniques d’ordonnancement • Routage avec QoS • Contrôle d’admission • Des solutions dans l’Internet

Ce qu’il faut retenir

• Les principes de la qualité de service • Les principaux mécanismes – Lissage – Ordonnancement – Routage avec QoS • Les architectures de certaines solutions dans l’Internet

Introduction

• L’incontournable Internet • Applications adaptées – Transfert de fichiers, accès à distance, courrier électronique, etc.

• Nouvelles applications – Vidéo à la demande, jeux interactifs distribués, téléphonie sur IP – Nécessitent une certaine qualité

Qualité d’un service

Combinaison de différents paramètres – Délai – Gigue – Bande Passante – Fiabilité – Disponibilité

Quelques applications

Architecture de base de l’Internet • Longtemps inchangée • Principe « au mieux » – Best effort – Fait de son mieux pour délivrer un paquet • Aucune garantie de qualité offerte aux nouvelles applications

Et alors

• Les débits sont maintenant suffisants – Oui pour les réseaux locaux – Coûteux pour les grands réseaux – Plus de bande passante ne privilégie pas les applications sensibles • Applications de plus en plus gourmandes • Usagers de plus en plus nombreux

Que faire ?

• Assurer des performances – Fournir des garanties sur certaines applications • Différentier les services – Ne pas traiter tout le monde et toutes les applications de la même façon • Fournir de la qualité de service

Notion pas si nouvelle

• réseaux téléphoniques • Réseaux ATM • Internet – 1ère proposition en 1979

Actuellement dans l’Internet

• « best effort » toujours et encore – Congestion du réseau est possible • Pertes, délais – Pas de garanties sur le temps – Pas de garantie sur les pertes • Il faut modifier l’Internet actuel – Nouveaux protocoles – Nouvelles architectures

I. Quelques principes

Un modèle d’étude simple

Cas1

Exemple : appli. téléphonie à 1Mb/s et 1 flux FTP sur un même lien à 1.5Mb/s

Premier principe

Il faut pouvoir différentier les paquets – Marquage des paquets – Politique de traitement des différents paquets sur les routeurs

Cas2

L’application audio envoie ses paquets à un débit supérieur à 1 Mb/s T1

Deuxième principe

• Il faut pouvoir isoler (protéger) les classes les unes par rapport aux autres • Politique pour vérifier que les sources répondent bien aux requis – Marquage et traitement sur les routeurs d’accès

Cas3

Plutôt que de faire un contrôle, on alloue une portion de bande passante à chaque application

Troisième principe

• Ne pas gaspiller des ressources inutilement • Utiliser les ressources de manière la plus efficace possible

Quatrième principe

• On ne peut pas traiter plus que sa capacité – On ne peut pas tout accepter • Contrôle d’admission (CAC)

En résumé • Marquage des paquets – différentiation • Politiques d’ordonnancement et de traitement (lissage) • Bonne utilisation des ressources • Contrôle d’admission

Mise en oeuvre

• Pas de solution magique • Pas de solution unique • Variété de solutions – Combinaison de techniques mutliples

II. Techniques de lissage

Buffering

But – aplanir la gigue

Lissage de trafic

• Contrôle de flux à la réception n’est pas suffisant • Contrôle de flux à l’émission

Algorithme du seau percé réseau

Algorithme du seau à jeton

• Seau percé – Débit de sortie fixé • Réguler le débit en fonction de ce qui arrive • Seau possède des jetons générés à un certain débit

Algorithme du seau à jetons

Algorithme du seau à jetons

III. Ordonnancement

Principe

• Définir l’ordre de transmission des paquets • Différentes stratégies – Bande passante / Délai -Quel paquet transmettre suivant ces contraintes – Buffer -Quel paquet rejeter

Principe

File FIFO (First In First Out)

• 1er arrivé, 1er servi • Lorsque la file est pleine, les paquets sont rejetés • Pas d’isolation des flux

File prioritaire

• Différentes files avec différentes priorités • Ordonnancer les paquets de ces files • Il ne faut pas que toutes les applications envoient dans la file de plus haute priorité

Round Robin

Algorithme du temps équitable Fair Queueing

Algorithme du temps équitable pondéré Weighted Fair Queueing • Découpage des paquets différents suivant les priorités – Poids donné sur chaque file – Détermine le débit de sortie sur chaque file • Implanté dans les routeurs – CISCO, ATM

IV. Routage avec QoS

Routage classique

• Plus court chemin • Aucune garantie sur aucun des paramètres • Dépend de l’état des liens, des routeurs

Routage avec QoS

• Offrir des garanties sur certains paramètres • Routes optimales – Route avec le plus petit délai • Routes répondant à certaines contraintes – Route ayant une bande passante de 100 Ko/s Routes multicritères – Route ayant le plus petit taux de pertes avec un délai d’au plus 100 ms

Métriques additives • Ex: Nombre de sauts, délai • Dijkstra classique – Poids de la métrique considérée sur chaque lien – Poids d’un chemin = somme des poids des liens sur ce chemin

Métriques multiplicatives • Ex: Fiabilité, probabilité de succès • Dijkstra classique – Poids de la métrique considérée sur chaque lien – Poids d’un chemin = multiplication des poids des liens sur ce chemin

Métriques concaves

• Ex: Bande passante • Dijkstra classique – Poids de la métrique considérée sur chaque lien – Poids d’un chemin = minimum des poids des liens sur ce chemin

V. Contrôle d’admission

Spécification de flux • Difficile d’estimer les besoins en espace de stockage et en cycles CPU • Tolérance très variable entre les applications • Beaucoup de paramètres à prendre en compte dans la négociation des flux

Exemple de paramètres • Débit et taille du seau à jeton • Débit maximum toléré • Tailles de paquet minimum et maximum

Contrôle d’admission • Contrôle sur le trafic entrant • Réservation des ressources possibles • Maîtrise l’utilisation des ressources – Accepter / rejeter les flux • Pas si simple à mettre en oeuvre – Évaluation des ressources disponibles

VI. Des solutions dans l’Internet

QoS avec ou sans état ?

• Solutions sans état • Solutions avec état

Solutions existantes

IntServ – Integrated Services • Architecture – Garanties de QoS dans les réseaux IP – Applications individuelles • Réservation de ressources (routeur) – Maintenance des informations sur les ressources allouées – Gérer les demandes

Spécifications • Chaque session doit – Déclarer ses besoins de QoS – Caractériser le trafic à envoyer • 2 variables – R-spec – T-spec • Protocole de signalisation pour véhiculer R-spec & T-spec

Classes • Garantie – Bornes strictes sur les délais dans les files d’attente – Applications temps réel très sensibles aux délais • Contrôlé – Mieux que le best effort mais sans garanties – Celles obtenues sur les routeurs non chargés • Best effort

RSVP – Resource reSerVation Protocol • Réservation de ressources pour les applications unicast et multicast • Etablissement d’une session RSVP – Message PATH – T-Spec – Ad-Spec

RSVP – Resource reSerVation Protocol • Requête d’une réservation – Message RESV – R-Spec • Contrôle d’admission sur les routeurs – Si non, message d’erreur • Flux multicast – Réservations communes – Partage des ressources

RSVP – Resource reSerVation Protocol • Orienté destinataire du flux de données – Chargé de l'initialisation – De la réservation – Du maintien des ressources allouées

DiffServ – Differentiated Services • Résoudre les problèmes d’IntServ • Extensible • Flexibilité • Signalisation simple

Principes • Fonctions à l’entrée du réseau – Complexes • Fonctions dans le coeur du réseau – Simples • Pas de classes définies – Plusieurs fonctions

Fonctions d’entrée • Utilisateur définit le profil du flux – Débit – Taille des rafales • Classification • Marquage des paquets • Lissage du trafic – Délai – Paquets rejetés

Fonctions de coeur • Retransmission – Suivant la classe du paquet (marquage) • Exemples – Paquets de classe A retransmis avant les paquets de classe B – Paquets de classe A obtiennent x% de la bande passante • Aucune information maintenue sur les routeurs