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Tecnologie per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

Tecnologie per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate. Tiziana Ferrari ferrari@cnaf.infn.it relatore: Prof. Giorgio Corazza Dottorato in Ingegneria Elettronica ed Informatica. Attività.

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Tecnologie per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

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  1. Tecnologie per il supporto della qualità di servizionelle reti di telecomunicazione integrate Tiziana Ferrari ferrari@cnaf.infn.it relatore: Prof. Giorgio Corazza Dottorato in Ingegneria Elettronica ed Informatica Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  2. Attività • Sperimentazioni su rete geografica (progetto Telematics TEN-34, task force eureopa tf-ten) e progettazione di sistemi per il supporto della qualità di servizio (QoS) nelle reti TEN-155 e GARR-B: • ATM (protocolli UNI e PNNI), ATM Forum • RSVP (resource ReSerVation Protocol), IETF • MPLS (MultiProtocol Label Switching), IETF • Definizione e simulazione di una nuova architettura per reti IP: SRP (Scalable resource Reservation Protocol) Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  3. PARTE 1: Sperimentazioni JAMES: “Joint ATM Experiment on European Services” Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  4. Overlay Netwrok • Maglia di VP CBR a 2 Mbps • permanent virtual circuit • nessun servizio SVC o PNNI nella parte pubblica della rete  tunnelling • equipment: • switch ATM LS1010, 11.2(5)WA3(2b) e 11.2(8) WA3.3 • switch FORE Runner ASX 200, ForeThought 5.1 • switch GDC (APEX-MAC) • router CISCO 7000 e 7500 Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  5. ATM: PNNI e UNI Private Network-Network Interface 1.0 • Protocollo standardizzato dall’ATM Forum per implementare: • 1. un protocollo di segnalazione per garantire la propagazione delle richieste di connessione UNI all’interno della rete fra sorgente e destinatario • 2. un protocollo di routing per calcolare le informazioni relative alla topologia e alle risorse della rete ATM (routing applicato ai messaggi del protocollo di segnalazione) • “Private”: per reti private ATM basate su indirizzamento NSAP Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  6. PNNI a due livelli Topologia di rete PNNI a 2 livelli Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  7. SVC setup time Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  8. RSVP • Test delle funzionalità di base del protocollo: • scambio di messaggi PATH e RESV • admission control • sessioni unicast e multicast • Classi di servizio: • controlled-load, guaranteed-service • Reservation style: • wildcard filter, fixed-filter, shared-explicit • Interazione classe controlled-laod  best-effort Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  9. Network setup 192.135.23.2 130.59.16.3 ls1010 ls1010 JAMES C7500 C7500 CH IT ATM connection VP a 2 Mbps C7500, IOS 11.2(11)P; LS1010 131.154.100.4 Sun Solaris 2.5.1, PC with FreeBSD 2.2.5 and Linux Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  10. RSVP: prestazioni • Corretta funzionalità e scalabilità del protocollo • Problemi di separazione del traffico controlled-load e best-effort (soprattutto UDP) - CBQ? • Scarsa differenza qualitativa su videoconferenza geografica • scarsa stabilità del software per il supporto di RSVP su end-system • problemi in caso di LAN congestionata • assenza di meccanismi per l’interazione QoS IP  QoS ATM Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  11. MPLS: testbed 4515 cell/sec 4750 cell/sec 4750 cell/sec 4750 cell/sec (1.78 Mbps, livello applicazione) 4515 cell/sec (1.68 Mbps) 4750 cell/sec 4750 cell/sec Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  12. ATM+IP: TVC (tag virtual circuit) 192.168.13.0 192.168.33.0 192.168.22.0 192.168.11.1 192.168.21.1 192.168.31.1 192.168.21.0 192.168.30.0 192.168.10.0 192.168.20.1 192.168.50.0 192.168.40.0 192.168.40.1 192.168.52.0 Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  13. PARTE 2: SRP • traffic measurement • feedback • indipendenza delle allocazioni tra i vari router • soft state reservation • soft guarantees • admission control (end-system e router) • applicazioni adattive • multicast Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  14. Reservation protocol e feedback protocol Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  15. Traffic estimator • Funzione: stima dell’ammontare del traffico ad alta priorità in base al numero di REQ e RES byte (router) o in base ai feedback report • requisiti: • esattezza • velocita di acquisizione/rilascio di risorse • isolation • stabilità • efficienza Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  16. Algoritmo di stima alla sorgente • Algoritmo: • intervallo temporale diviso in observation cycles obscycle • obscycle calcolo dei RES byte • update della reservation corrente res(i) : • REQ admission control+adaptivity: max(ni, ni-1, … ni-n )  obscycle (i) res(i) = min ( , fbk(resrate)) obscycle (i) Where ni = nres (j) j  [(i-n) ..i] 1 P(REQ)  | fbk(reqrate) - src(reqrate)| Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  17. Architettura del router Algoritmo di stima del traffico per ogni coppia (in_port,out_port) Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  18. Algoritmo di stima del traffic (router) • Per ogni pacchetto: effective bandwidth: D = maximum queing time (s) = arrival curve (s) s + D eD= sup (1) s  0 tj = arrival time of packet i ni = number of bytes in packet i ni+…+ nj e = sup tj- ti + D 1 i  j effective bandwidth over a sliding window: ni+…+ nj (2) ek = sup W = sliding window tj- ti + D 1 i  j and ti , tj [tk - w, tk] Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  19. Algoritmo di stima del traffico (cont) Exponential weighted average: 0 <  < 1 d = tk - tk-1 d = weight (3) k = d k-1 + (1- d) ek Admission control test for request packets: Cmax = massima capacità allocabile su una connessione fisica  = fattore di correzione k   Cmax (4) Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  20. Algoritmo di stima del traffico (cont) Adaptivity in packet admission control: update periodico di Lvmax e  (5.a) Lv = max (0, Lv + nk - k-1 (tk - tk-1)) (5.b) Lvmax= max (Lvmax,Lv) Lv = virtual losses (in byte) i.e. max occupazione del buffer Lvmax = maximum virtual queue size if Lvmax   D decremento di ; // admission control più permissivo else incremento di ; // admission control più rigido Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  21. Algoritmo di stima del traffico (cont) Lvmax - D ’ =  + (6) ’ = rate of service of the virtual queue to reach a length corresponding to delay D and to the present rate  B-1 = time after which the length goal should be reached B-1 Lvmax ’ =  + B [ - D]  Aggiornamento perioico di  every  secs: Nr = amount of data received in reserved and accepted request packets since last update of  Lr = amount of data lost in same interval  = current bandwidth estimate A, B = fixed parameters (initial value of  is 1) Lr Lvmax (7)  =  + A + B [ - D]  Nr Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  22. Protocollo di feedback • Report: REQbyte, RESbyte, Tstart, Tend • Frequenza adattiva per minimizzare l’impatto sul traffico dati: or tnow - t start > t idle | ratenow (RES) - ratestart(RES) | > thr1 or ratenow (RES) tnow - t start > t ramp and REQnow > REQstart or (tnow - t start) * (REQnow - REQstart) > thr2 Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  23. Standardizzazione • codifica dei pacchetti REQ e RES secondo l’architettura differentiated services (diffserv WG, IETF): Encoding of SRP packet types in the DS byte, draft-watfjyl-srp-ds-00.txt • proposta di standardizzazione del protocollo (diffserv WG, IETF): Scalable Resource Reservation for the Internet, draft-almesberger-srp-00.txt SRP essentials, draft-watfjyl-srp-00.txt Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  24. Futuri sviluppi dell’architettura • Implementation of SRP su un prototipo di router • miglioramento dell’architettura per il multicast • policy • simulazioni in configurazioni di rete complesse e in • presenza di molteplici tipi di traffico: TCP e UDP • continuazione dell’attività in IETF Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  25. Pubblicazioni • Architecture and Performance of a Tag Switching Wide Area Network; T.Ferrari, J.-M.Uzé, C.Vistoli submitted to ETT (spec. issue: Architectures, Protocols and Quality of Service for the Internet of the Future) • SRP: a Scalable Resource Reservation for the Internet; W.Almesberger, T.Ferrari, G. Di Fatta, J.-Y. Le Boudec, submitted to SIGCOMM’99 • Scalable Resource Reservation Protocol W.Almesberger, T.Ferrari, J.-Y.Le Boudec Computer Communications Journal vol21/14 Sep. 1998 • QoS and Multiprotcol Label Switching Experiments for the Design of an ATM-based National Network; T.Ferrari, A.Ghiselli, C.Vistoli; Internet Society Annual Conference (INET'98), Geneva, 23 July 1998. • SRP: a Scalable Resource Reservation Protocol; W.Almesberger, T.Ferrari, J.-Y.Le Boudec IWQoS'98 (International workshop on Quality of Service), Napa (California), May 1998 • SRP: a Scalable Resource Reservation Protocol; W.Almesberger, T.Ferrari, J.-Y.Le Boudec PROMSMmNet'97, (IEEE conference on Protocols for Multimedia Systems - Multimedia Networking), Santiago (Chile), Nov 1997 Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

  26. Pubblicazioni (2) • Scalable Resource Reservation for the Internet, draft-almesberger-srp-00.txt, W.Almesberger, T.Ferrari, J.-Y.Le Boudec • SRP essentials, draft-watfjyl-srp-00.txt, W.Almesberger, T.Ferrari, J.-Y.Le Boudec • Encoding of SRP packet types in the DS byte,draft-watfjyl-srp-ds-00.txt, W.Almesberger, T.Ferrari, J.-Y.Le Boudec Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione integrate

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