La qualità di servizionelle reti a pacchettoLa qualitLa qualitàà di serviziodi servizionelle reti a pacchettonelle reti a pacchetto

Contenuti del corsoContenuti del corsoLa progettazione delle retiLa progettazione delle reti

Il routing nelle reti IPIl routing nelle reti IP

Il collegamento agli Internet Service Provider e problematiche di sicurezza

Il collegamento agli Internet Service Provider e problematiche di sicurezza

Analisi di traffico e dei protocolli applicativiAnalisi di traffico e dei protocolli applicativi

Multimedialità in reteMultimedialità in rete

Tecnologie per le reti futureTecnologie per le reti future

Contenuti del corsoContenuti del corsoLa progettazione delle retiLa progettazione delle reti

Il routing nelle reti IPIl routing nelle reti IP

Il collegamento agli Internet Service Provider e problematiche di sicurezza

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Analisi di traffico e dei protocolli applicativiAnalisi di traffico e dei protocolli applicativi

Multimedialità in reteMultimedialità in rete

Tecnologie per le reti futureTecnologie per le reti future

Argomenti della lezioneArgomenti della lezione

Applicazioni multimedialiApplicazioni multimedialiRequisiti e impatto sullereti a pacchettoRequisiti e impatto sullereti a pacchetto

Tecniche per la qualità di servizioTecniche per la qualità di servizio

AccodamentoAccodamento

Controllo dell’accessoControllo dell’accesso

Applicazioni multimediali nelle reti a pacchetto

Applicazioni multimediali nelle reti a pacchetto

Cosa è la multimedialità?Cosa è la multimedialità?

Utilizzo contemporaneo di vari media

Utilizzo contemporaneo Utilizzo contemporaneo di varidi vari mediamedia

SuoniSuoni

TestoTesto

ImmaginiImmagini

VideoVideo

La codifica dei mediaLa codifica dei media

Degrado della qualitàDegrado della qualità

Campionamento e quantizzazioneCampionamento e quantizzazione

ImpercettibileImpercettibile

Possibilità di riproduzionesenza degrado della qualitàPossibilità di riproduzione

senza degrado della qualità

Codifica campioniCodifica campioni

CompressioneCompressione

Eliminazione di ridondanzaEliminazione di ridondanza

SpazialeSpaziale

TemporaleTemporale

Eventuale perdita di informazioneEventuale perdita di informazioneDegrado della qualitàDegrado della qualità

Codifica delle immaginiCodifica delle immagini

JPEG2000JPEG2000

JPEGJPEG

GIFGIF

TIFFTIFF

Codifica del videoCodifica del video

Bassa qualità Bassa qualità

1.5 Mb/s1.5 Mb/s

Alta qualità (DVD)Alta qualità (DVD)

3.6 Mb/s3.6 Mb/s

MPEG2MPEG2

MPEG1MPEG1

Codifica del videoCodifica del video

VideoconferenzaVideoconferenzaBassa qualitàBassa qualità

MPEG4MPEG4

H.261H.261

Codifica e compressione basatasu identificazione di oggettiCodifica e compressione basatasu identificazione di oggetti

Banda limitataBanda limitata

Codifica della voceCodifica della voce

GSM (13 Kb/s)GSM (13 Kb/s)

PCM (64 Kb/s 56 Kb/s)PCM (64 Kb/s 56 Kb/s)

G.729 (8 Kb/s)G.729 (8 Kb/s)

G723.3 (6.4 Kb/s e 5.3 Kb/s)G723.3 (6.4 Kb/s e 5.3 Kb/s)

AVIAVI

Codifica audioCodifica audio

128 Kb/s o 112 Kb/s128 Kb/s o 112 Kb/s

Qualità tipo CDQualità tipo CD

MP3 (MPEG layer 3 - audio)MP3 (MPEG layer 3 - audio)

Codifica audioCodifica audio

Particolarmente robustoParticolarmente robusto

Adatto a InternetAdatto a Internet

MP3MP3

Qualsiasi frammentopuò essere riprodottoindipendentemente dagli altri

Qualsiasi frammentopuò essere riprodottoindipendentemente dagli altri

Standard di codifica: quale scegliere?Standard di codifica: quale scegliere?

La scelta della codifica dipende daLa scelta della codifica dipende da

Capacità elaborative dei terminaliCapacità elaborative dei terminali

Disponibilità di risorse di reteDisponibilità di risorse di rete

Standard di codifica: quale scegliere?Standard di codifica: quale scegliere?

La scelta della codifica dipende daLa scelta della codifica dipende da

Tipo di applicazioneTipo di applicazione

Live (real-time)Live (real-time)

Store&retrieveStore&retrieve

World Wide WebWorld Wide Web

Applicazioni multimediali in reteApplicazioni multimediali in rete

Distribuzione videoDistribuzione video

Video on DemandVideo on Demand

TelefoniaTelefonia

RadioRadio

Servizio di jukeboxServizio di jukebox

TeleconferenzaTeleconferenza

Applicazioni multimediali in reteApplicazioni multimediali in rete

Giochi distribuiti interattiviGiochi distribuiti interattivi

Apprendimento a distanza (distance learning)Apprendimento a distanza (distance learning)

Realtà virtualeRealtà virtuale

Applicazioni multimediali in reteApplicazioni multimediali in rete

Caratteristiche diverse dalle applicazioni tradizionali

Caratteristiche diverse dalle applicazioni tradizionali

Anche un solo media, ma …Anche un solo media, ma …

Caratteristiche rilevanti:streamingCaratteristiche rilevanti:streaming

Continuous playoutContinuous playout

Il profilo del flusso generato deve essere uguale a quello da riprodurre

Il profilo del flusso generato deve essere uguale a quello da riprodurre

Flusso continuo di datiFlusso continuo di dati

Molto diverso dalle applicazioni tradizionaliMolto diverso dalle applicazioni tradizionali

Caratteristiche rilevanti:interattivitàCaratteristiche rilevanti:interattività

Con un altra personaCon un altra persona

Con un sistemaCon un sistema

Tempi di risposta breviTempi di risposta brevi

Caratteristiche rilevantiCaratteristiche rilevanti

Larga banda trasmissivaLarga banda trasmissiva

Comunicazioni molti a moltiComunicazioni molti a molti

Comunicazioni di gruppo (group multicast)Comunicazioni di gruppo (group multicast)

Requisiti sulla reteRequisiti sulla rete

StreamingStreaming

ReteRete

Ritardi costantiRitardi costanti

Molte applicazioni sonorelativamente tollerantialle perdite

Molte applicazioni sonorelativamente tollerantialle perdite

Perdite limitatePerdite limitate

InterattivitàInterattività

Dialogo: sotto 100 ~ 150 msone wayDialogo: sotto 100 ~ 150 msone way

Ritardi bassiRitardi bassi

Larga banda trasmissivaLarga banda trasmissiva

Elevata disponibilità di risorseElevata disponibilità di risorse

Capacità trasmissivaCapacità trasmissiva

Memoria nei nodi (buffer)Memoria nei nodi (buffer)

Potenza elaborativa (routing, ecc)Potenza elaborativa (routing, ecc)

CommutazioneCommutazione

L’avanzamentotecnologico aiutaL’avanzamento

tecnologico aiuta

Comunicazioni di gruppoComunicazioni di gruppo

IP multicastingIP multicastingServizi di trasmissione multicastServizi di trasmissione multicast

MBoneMBone

Server con funzionalità direflector o multiconference unitServer con funzionalità direflector o multiconference unit

Il ritardo, che problema!!Il ritardo, che problema!!

Le applicazioni multimediali sono dette anche applicazioni

real-time

Le applicazioni multimediali sono dette anche applicazioni

real-time

Il ritardo, qual è il problema?Il ritardo, qual è il problema?

Varia a seconda del carico istantaneo sui nodi

Varia a seconda del carico istantaneo sui nodi

Compensazione delle variazionidi ritardo

Compensazione delle variazionidi ritardo

Replay bufferReplay buffer

Contromisure nelle stazioniContromisure nelle stazioni

Dimensione fissa per applicazioninon interattiveDimensione fissa per applicazioninon interattive

Adattativo per applicazioniinterattiveAdattativo per applicazioniinterattive

Aumento del ritardo “end-to-end”Aumento del ritardo “end-to-end”

L’unico modo per compensarele variazioni è conformare tuttia chi ha subito ritardo massimo

L’unico modo per compensarele variazioni è conformare tuttia chi ha subito ritardo massimo

Critico per interattività(telefonia, conferenza,giochi,

realtà virtuale)

Critico per interattività(telefonia, conferenza,giochi,

realtà virtuale)

Contromisure nelle stazioniContromisure nelle stazioni

Contromisure nelle stazioniContromisure nelle stazioni

Diminuire traffico generato quandola qualità della sessione diminuisceDiminuire traffico generato quandola qualità della sessione diminuisce

Adattamento alle condizioni della reteAdattamento alle condizioni della rete

A tutto c’è un limiteA tutto c’è un limite

StrumentiStrumenti

ComunicazioneComunicazione

RTP - Real-time Transport ProtocolRTP - Real-time Transport ProtocolInformazioni temporaliInformazioni temporali

Time stampTime stamp

RTCP - RTP Control ProtocolRTCP - RTP Control ProtocolStato della comunicazioneStato della comunicazione

Codifica adattativa (adaptive coding)Codifica adattativa (adaptive coding)

Granularità di quantizzazioneGranularità di quantizzazione

Parametri della compressioneParametri della compressione

Per esempio RTCPPer esempio RTCPFeedbackFeedback

Codifica a livelli(layered coding)Codifica a livelli(layered coding)

Trasmesso a più alta prioritàTrasmesso a più alta priorità

Layer baseLayer base

Eventualmente risorse riservateEventualmente risorse riservate

Trasmessi a bassa prioritàTrasmessi a bassa priorità

Layer aggiuntivi che aumentano la qualitàLayer aggiuntivi che aumentano la qualità

Eventualmente best-effortEventualmente best-effort

Classificazione del trafficoClassificazione del traffico

Soluzioni nella reteSoluzioni nella rete

WFQ, RR, WRR, CBQWFQ, RR, WRR, CBQ

Sofisticati algoritmi di accodamentoSofisticati algoritmi di accodamento

Shaping/policingShaping/policing

Micro-controllo del traffico in ingresso alla rete (pacchetto)Micro-controllo del traffico in ingresso alla rete (pacchetto)

Contromisure nella reteContromisure nella rete

Segnalazione con prenotazionedi risorseSegnalazione con prenotazionedi risorse

Macro-controllo del traffico in ingresso alla rete (chiamata)Macro-controllo del traffico in ingresso alla rete (chiamata)

RSVPResource reSerVation Protocol (IP)RSVPResource reSerVation Protocol (IP)

UNIUser Network Interface (ATM)UNIUser Network Interface (ATM)

Contromisure nella reteContromisure nella rete

Network engineeringNetwork engineeringMacro-controllo a prioriMacro-controllo a priori

Limite sul numero di utentiLimite sul numero di utenti

Traffic engineeringTraffic engineering

Dimensionamento della reterispetto al traffico previstoDimensionamento della reterispetto al traffico previsto

Distribuzione controllatadel trafficoDistribuzione controllatadel traffico

Contromisure nella reteContromisure nella rete

Problemi collateraliProblemi collaterali RTPRTPRTP

UDPUDPUDP

IPIPIPUDP a livello trasportoUDP a livello trasporto

Anche se un pacchetto corrottoarriva, sarà inutile perché haimpiegato troppo tempo

Anche se un pacchetto corrottoarriva, sarà inutile perché haimpiegato troppo tempo

I requisiti real-time normalmente sono incompatibili con i tempi di ri-trasmissione del TCP

I requisiti real-time normalmente sono incompatibili con i tempi di ri-trasmissione del TCP

Applicazioni non altruisteApplicazioni non altruiste

TCP si adatta alle condizionidi traffico, UDP le ignora

TCP si adatta alle condizionidi traffico, UDP le ignora

Soprattutto quelle che usano TCP,che è “cortese”Soprattutto quelle che usano TCP,che è “cortese”

Applicazioni multimediali possono penalizzare le altreApplicazioni multimediali possono penalizzare le altre

Segregazione delle applicazionie policing (bandwidth shaper)Segregazione delle applicazionie policing (bandwidth shaper)

Tecniche per il supporto della qualità di servizio

Accodamento

Tecniche per il supporto della qualità di servizio

Accodamento

Accodamento sempliceFIFO (First In First Out)Accodamento sempliceFIFO (First In First Out)

TrasmettitoreTrasmettitore

CodaCoda

TXTX

Multiplazione statisticaMultiplazione statistica

BA C C A

A A

C C

BSwitchSwitch

Code multiple e schedulingCode multiple e scheduling

TXTX

Algoritmi di schedulingAlgoritmi di scheduling

Priority QueuingPriority Queuing

Weighted Round RobinWeighted Round RobinRound RobinRound Robin

Class Based Queuing (CBQ)Class Based Queuing (CBQ)

Weighted Fair Queuing (WFQ)Weighted Fair Queuing (WFQ)

Deadline queuing (non work-conserving)Deadline queuing (non work-conserving)

ClassificazioneClassificazione

Identificazione dei pacchetticui garantire qualità

Identificazione dei pacchetticui garantire qualità

In quale coda inserire ogni pacchetto

In quale coda inserire ogni pacchetto

ovveroovvero

ClassificazioneClassificazione

Basata su varie informazioni nell’intestazione IP (quintupla)

Basata su varie informazioni nell’intestazione IP (quintupla)

Indirizzo IP destinazioneIndirizzo IP destinazione

Indirizzo IP mittenteIndirizzo IP mittente

Protocollo di trasportoProtocollo di trasporto

Porta mittentePorta mittente

Porta destinazionePorta destinazione

ClassificazioneClassificazione

Algoritmi complicatiAlgoritmi complicati

ASIC:Application Specific Integrated Circuit

ASIC:Application Specific Integrated Circuit

Realizzazioni hardware Realizzazioni hardware

CAM:Content Addressable Memory

CAM:Content Addressable Memory

Accodamento e commutazioneAccodamento e commutazione

La soluzione più “semplice”La soluzione più “semplice”

Code in uscita (output queuing)Code in uscita (output queuing)

Non è detto che i pacchetti possanoessere commutati appena arrivanoNon è detto che i pacchetti possanoessere commutati appena arrivano

La capacità di commutazione è una risorsa limitata

La capacità di commutazione è una risorsa limitata

Però…Però…

Capacità di commutazioneCapacità di commutazione

La switching fabric(matrice di commutazione) operaa velocità maggiore degli ingressi

La switching fabric(matrice di commutazione) operaa velocità maggiore degli ingressi

Commutazione immediata sempre richiede speed-upCommutazione immediata sempre richiede speed-up

Particolarmente problematicoad alta velocitàParticolarmente problematicoad alta velocità

Accodamento e commutazioneAccodamento e commutazione

Controllo distribuito (complicato)Controllo distribuito (complicato)

Code in ingresso (input queuing)Code in ingresso (input queuing)

Virtual output queuingVirtual output queuing

Code nella matrice di commutazione

(distributed queuing)

Code nella matrice di commutazione

(distributed queuing)

Siamo a posto?Siamo a posto?

AC B C A

A A

C C

BSwitchSwitch

BA C C ABA C C ACB A C A

Tecniche per il supporto della qualità di servizio

Controllo dell’accesso

Tecniche per il supporto della qualità di servizio

Controllo dell’accesso

Controllo sull’accettazione delle chiamateControllo sull’accettazione delle chiamate

Call admission control (CAC)Call admission control (CAC)

Descrizione traffico generatoDescrizione traffico generato

SegnalazioneSegnalazione

Descrizione servizio volutoDescrizione servizio voluto

Esempi: RSVP e UNI ATMEsempi: RSVP e UNI ATM

Prenotazione risorsePrenotazione risorse

QoS routingQoS routing

Trovare un percorso con le risorse necessarieTrovare un percorso con le risorse necessarie

Informazioni molto dinamicheInformazioni molto dinamiche

Protocolli di routing distribuiscono informazioni sull’occupazione delle risorse in tempo reale

Protocolli di routing distribuiscono informazioni sull’occupazione delle risorse in tempo reale

Non solo su topologiaNon solo su topologia

Decisione di routing è basata su informazioni di occupazioneDecisione di routing è basata su informazioni di occupazione

QoS routingQoS routing

Instabilità con trasferimento datinon connessoInstabilità con trasferimento datinon connesso

CranckbackCranckback

Esempio: PNNI (private network node interface) in ATMEsempio: PNNI (private network node interface) in ATM

Network engineeringTraffic engineeringNetwork engineeringTraffic engineering

Azioni preventiveAzioni preventive

Statistiche sugli utentiStatistiche sugli utenti

Dimensionamento della rete per il caso peggiore (o quasi)Dimensionamento della rete per il caso peggiore (o quasi)

Distribuzione del trafficoDistribuzione del traffico

Determinazione delle direttrici di trafficoDeterminazione delle direttrici di traffico

Network engineeringTraffic engineeringNetwork engineeringTraffic engineering

Continuo controllo dello stato della reteContinuo controllo dello stato della rete

Eventuale cambiamento del dimensionamento e direttrici di traffico

Eventuale cambiamento del dimensionamento e direttrici di traffico

Network engineeringTraffic engineeringNetwork engineeringTraffic engineering

Bassa efficienza nell’uso delle risorseBassa efficienza nell’uso delle risorse

Semplicità e scalabilitàSemplicità e scalabilità

Policing e shapingPolicing e shaping

Assicurarsi che il trafficoin ingresso alla rete

sia come ci si aspetta

Assicurarsi che il trafficoin ingresso alla rete

sia come ci si aspetta

TXTX

Token bucketToken bucket

Leaky BucketLeaky Bucket

La qualità di servizionelle reti a pacchettoLa qualitLa qualitàà di serviziodi servizionelle reti a pacchettonelle reti a pacchetto

RitardatiRitardati

I pacchetti non conformi sonoI pacchetti non conformi sono

Mandati a bassa priorità(eventualmente best effort)Mandati a bassa priorità(eventualmente best effort)

Leaky bucketLeaky bucket

ScartatiScartati

TXTX

Token bucketToken bucket

Policy (politica)Policy (politica)

Determina aspetti specificidel funzionamento di un apparato

Determina aspetti specificidel funzionamento di un apparato

Stabilisce aspetti generali di funzionamento di una rete

Stabilisce aspetti generali di funzionamento di una rete

Tipo di accodamentoTipo di accodamento

Regole per accettazione chiamateRegole per accettazione chiamate

Parametri leaky bucketParametri leaky bucket

Flessibilità: policy managementFlessibilità: policy management

Tipo di trafficoTipo di traffico

Una policy può dipendere daUna policy può dipendere da

Ora del giornoOra del giorno

Evitare di dover configurare ogni apparato di rete e cambiarela configurazione

Evitare di dover configurare ogni apparato di rete e cambiarela configurazione

COPS (Common Open Policy Service)COPS (Common Open Policy Service)

Distribuzione automatica di policyDistribuzione automatica di policy

Apparati prelevano policy da serverApparati prelevano policy da server

Server invia policy agli apparatiServer invia policy agli apparati