Qualité de service sur un réseau hybride et adaptation de flux hiérarchiques sur un réseau actif

1. Qualité de servicesur un réseau hybrideet adaptation de flux hiérarchiquessur un réseau actif Laboratoire d’Informatique de l’Université de Franche-Comté David FUIN http://lifc.univ-fcomte.fr/~fuin/ fuin@lifc.univ-fcomte.fr

2. Contexte (1/3) • Intérêt des réseaux actifs • Différents points de vue • Déploiement des réseaux actifs : • réseau d’expérimentation : • à petite échelle • à plus grande échelle : ABone • au sein des réseaux actuels •  hétérogénéité accrue des réseaux

3. Contexte (2/3) • la QoS de bout en bout est égal au maillon faible de la chaîne A B

4. Contexte (3/3) • Vidéo à la demande - Stockage des vidéos :  codage hiérarchique • Client léger(PDA, téléphone…) : • codec adéquat (-) • manque de ressources de calcul (+)  besoin de transcoder la vidéo • agrégation distribuée des couches d ’un flux vidéo hiérarchique sur un réseau actif

5. Plan de l’exposé • Qualité de service dans un réseau hybride • QoS dans les réseaux « traditionnels » • QoS dans les réseaux actifs • Vers une cohérence de la QoS dans les réseaux hybrides • Adaptation d ’un flux hiérarchique sur un réseau actif. • Vidéo à la demande et codage hiérarchique • Objectifs de notre protocole • Fonctionnement de notre protocole • Simulation et premiers résultats.

6. Plan de l’exposé • Qualité de service dans un réseau hybride • QoS dans les réseaux « traditionnels » • QoS dans les réseaux actifs • Vers une cohérence de la QoS dans les réseaux hybrides • Adaptation d ’un flux hiérarchique sur un réseau actif. • Vidéo à la demande et codage hiérarchique • Objectifs de notre protocole • Fonctionnement de notre protocole • Simulation et premiers résultats.

7. QoS dans les réseaux « traditionnels » • Plate-forme de test : Cisco : 1605-R Linux : Debian linux v3.0r1 (sid) kernel 2.4.20

8. Architecture d ’un routeur QoS(1/3) •  Classification (IPs, ports, protocoles…) •  routage vers une interface de sortie

9. Architecture d ’un routeur QoS(2/3) •  gestionnaire des files d ’attente et ordonnanceur

10. Architecture d ’un routeur QoS(3/3) •  sous-files (software) •  file principale (hardware)

11. Priorité forte : PQ / PRIO • Cisco : 4 files • Linux : n files • Trafic interactif / Urgence Site

12. Partage équitable : (W)FQ / SFQ • Cisco : jusqu’à 4096 files (plus équitable) • Linux : jusqu’à 1024 « files » (plus rapide) • Répartition

13. Réservation de bande passante : WFQ, RED (RSVP) / HTB, CBQ • Vidéo, VoIP... • WFQ/RSVP (IntServ)

14. Réservation de bande passante : WFQ, RED (RSVP) / HTB, CBQ • Paramétré automatiquement RED/RSVP (IntServ) WFQ/RSVP (IntServ)

15. Réservation de bande passante : WFQ, RED (RSVP) / HTB, CBQ • HTB : paramètré automatiquement • CBQ : « endort » l ’interface Le paramétrage doit être ajusté

16. Priorité statistique : CQ, WFQ, RED (DiffServ) / GRED • Priorité « faible » • CQ : byte-count « arrondi » au paquet près résultat dépend de la taille des paquets 4 files • WFQ, RED (DiffServ) automatique : 8 classes • GRED : 16 files peu de différentiation

17. Priorité statistique : CQ, WFQ, RED (DiffServ) / GRED • Priorité maxi vs mini • WFQ (DiffServ) RED (DiffServ)  mieux pour MPEG  paramètrable

18. Pour aller plus loin : SNMPévolution des files du routeur FIFO (W)FQ

19. Bilan QoS traditionnel (1/2) • Cisco • préconfiguré • figé • linux • plus complexe • plus configurable • combinable

20. Bilan QoS traditionnel (2/2) • cohérence •  mêmes « type » d ’algorithme •  implémentations différentes (nbre de files) •  paramétrages différents •  comportements différents

21. Plan de l’exposé • Qualité de service dans un réseau hybride • QoS dans les réseaux « traditionnels » • QoS dans les réseaux actifs • Vers une cohérence de la QoS dans les réseaux hybrides • Adaptation d ’un flux hiérarchique sur un réseau actif. • Vidéo à la demande et codage hiérarchique • Objectifs de notre protocole • Fonctionnement de notre protocole • Simulation et premiers résultats.

22. QoS dans les réseaux actifs • Au niveau du nœud actif : (approche classique) • modification des nœuds actifs • un champ à ajouter aux protocoles existants • Premiers résultats avec ANTS • Au niveau protocole : (approche réseau « actif ») • modification des protocoles

23. QoS au niveau nœud actif : Priorité forte : PQ « actif » • Classe 1 prioritaire sur la classe 2 paquets reçus paquets perdus

24. QoS au niveau nœud actif : Partage équitable : FQ « actif » • Partage équitable entre les 3 flux paquets reçus paquets perdus

25. QoS au niveau nœud actif : Priorité statistique : WFQ « actif » • Forte congestion classe 1: 70% classe 2: 20% classe 3: 10% paquets reçus paquets perdus

26. QoS au niveau protocoleUn exemple (1/2) • Diffusion de vidéo MPEG sur un réseau actif (INRIA/LaBRI) • Group of pictures : IBBPBBPBBPBBPBB • Les frames I sont essentielles aux rendus de toutes les images du GoP • Les frames P ont besoin de la frame I et des frames P précédentes du GoP • Les frames B sont encore moins importantes

27. QoS au niveau protocoleUn exemple (2/2) • QoS dépendant de la sémantique : • frames I : « jamais » détruites • frames P : détruites si • une P précédente a été détruite • ou forte congestion • frames B : détruites si • une P précédente a été détruite • ou congestion plus faible

28. QoS dans les réseaux actifsBilan (1/3) • 2 politiques : • au niveau des nœuds actifs • premiers résultats (en développement) • au niveau des protocoles

29. QoS dans les réseaux actifsBilan (2/3) • Au niveau du nœud actif : (approche classique)  proche de la QoS des réseaux traditionnels  un champ à ajouter aux protocoles existants  politique « par défaut » pour les autres  modification de tous les nœuds  administrateur

30. QoS dans les réseaux actifsBilan (3/3) • Au niveau protocole : (approche « active »)  définie par l’utilisateur  adaptée au contenu  déployée automatiquement sur les nœuds  uniquement les protocoles l ’implémentant  favorise les autres protocoles  fonctionnement « intelligent » très différent de la QoS dans les réseaux traditionnels

31. Plan de l’exposé • Qualité de service dans un réseau hybride • QoS dans les réseaux « traditionnels » • QoS dans les réseaux actifs • Vers une cohérence de la QoS dans les réseaux hybrides • Adaptation d ’un flux hiérarchique sur un réseau actif. • Vidéo à la demande et codage hiérarchique • Objectifs de notre protocole • Fonctionnement de notre protocole • Simulation et premiers résultats.

32. Vers une cohérence de la QoS dans les réseaux hybrides (1/2) • Comment assurer une QoS de bout en bout? A B

33. Vers une cohérence de la QoS dans les réseaux hybrides (2/2) • Algorithmes similaires : •  Cisco •  Linux •  Réseaux actifs « niveau nœud » •  Réseaux actifs « niveau protocole » • Besoin d ’une architecture pour assurer la cohérence

34. Architecture du service QoS    

35. Qualité de service dans un réseau hybride • Différents algorithmes • Différents modes de paramétrage • Différentes efficacités • Besoin de cohérence : • pour les flux actifs • pour les flux non actifs • Service QoS reste à développer

36. Plan de l’exposé • Qualité de service dans un réseau hybride • QoS dans les réseaux « traditionnels » • QoS dans les réseaux actifs • Vers une cohérence de la QoS dans les réseaux hybrides • Adaptation d ’un flux hiérarchique sur un réseau actif. • Vidéo à la demande et codage hiérarchique • Objectifs de notre protocole • Fonctionnement de notre protocole • Simulation et premiers résultats.

37. Contexte • Vidéo à la demande - Stockage des vidéos :  codage hiérarchique • Client léger (PDA, téléphone…) : • codec adéquat (-) • manque de ressources de calcul (+)  besoin de transcoder la vidéo

38. Plan de l’exposé • Qualité de service dans un réseau hybride • QoS dans les réseaux « traditionnels » • QoS dans les réseaux actifs • Vers une cohérence de la QoS dans les réseaux hybrides • Adaptation d ’un flux hiérarchique sur un réseau actif. • Vidéo à la demande et codage hiérarchique • Objectifs de notre protocole • Fonctionnement de notre protocole • Simulation et premiers résultats.

39. Vidéo à la demande • Offre de vidéos (clips, films, journaux télévisés…) • Plusieurs qualités disponibles (satisfaction)

40. Codage hiérarchique (1/3) • Avantages : • plusieurs couches dans un seul fichier : • une couche de base • n couches d ’améliorations successives  n+1 qualités

41. Codage hiérarchique (2/3)

42. Codage hiérarchique (3/3) • Avantages (suite) : • plusieurs niveaux de qualités pour un espace de stockage réduit • multicast adapté aux clients… (non traité ici) • Inconvénients : • utilisation des ressources de calcul importante (+) • faible disponibilité de codecs (-)

43. Réseaux actifs • Utilisationd’ANTS(ActiveNetworkTransportSystem)  Extension des possibilités d’ANTS • Mesure • QoS • files d ’attente des routeurs • utilisation du CPU...

44. Plan de l’exposé • Qualité de service dans un réseau hybride • QoS dans les réseaux « traditionnels » • QoS dans les réseaux actifs • Vers une cohérence de la QoS dans les réseaux hybrides • Adaptation d ’un flux hiérarchique sur un réseau actif. • Vidéo à la demande et codage hiérarchique • Objectifs de notre protocole • Fonctionnement de notre protocole • Simulation et premiers résultats.

45. Objectifs (1/2) • Rendre possible l ’affichage de vidéos hiérarchiques sur clients légers • Une approche distribuée (vs proxys) • Utiliser les ressources réseaux pour cette tâche (nœuds actifs) • Trois opérations : • sélection des couches • agrégation des couches • gestion des ressources.

46. Objectifs (2/2) • Plusieurs stratégies possibles : • orientée qualité de vidéo perçue, • orientée économie de bande passante, • orientée maximisation du nombre de clients, • orientée client léger, (minimum de traitement sur le client) • topologie du réseau inconnue • ...

47. Sélection des couches • Selon la qualité de la vidéo souhaitée. • Inutile d ’envoyer des couches sur le réseau qui ne seront pas utilisées dans la restitution de la vidéo. • Il faut filtrer au plus tôt les couches inutiles

48. Agrégation des couches • Agrégation des couches reçues selon la qualité souhaitée • Les ressources des autres routeurs sont inconnues  Dès qu’un routeur a suffisamment de ressources, on y agrège une partie du flux. (pas d ’équilibrage de charge)

49. Gestion des ressources • Les traitements ne doivent pas porter atteinte au fonctionnement des autres flux. • Il faut donc : • partager l ’utilisation du CPU avec les autres protocoles (en limitant l ’utilisation des ressources de calcul). • partager la bande passante (en diminuant le nombre de couches du flux en cas de congestion).

50. Plan de l’exposé • Qualité de service dans un réseau hybride • QoS dans les réseaux « traditionnels » • QoS dans les réseaux actifs • Vers une cohérence de la QoS dans les réseaux hybrides • Adaptation d ’un flux hiérarchique sur un réseau actif. • Vidéo à la demande et codage hiérarchique • Objectifs de notre protocole • Fonctionnement de notre protocole • Simulation et premiers résultats.