Nota di Copyright La qualità di servizio nelle reti a ... · Multimedia&QoS_i - 1 © M. Baldi: see...

Multimedia&QoS_i - 1 © M. Baldi: see page 2

La qualità di servizionelle reti a pacchetto

Mario BaldiPolitecnico di Torino

mario.baldi[at]polito.itstaff.polito.it/mario.baldi


Nota di CopyrightQuesto insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slide (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà degli autori indicati a pag. 1.

Le slide possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione.

Ogni altra utilizzazione o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampate) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori.

L’informazione contenuta in queste slide è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. Gli autori non assumono alcuna responsabilità per il contenuto di queste slide (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell’informazione).

In ogni caso non può essere dichiarata conformità all’informazione contenuta in queste slide.

In ogni caso questa nota di copyright non deve mai essere rimossa e deve essere riportata anche in utilizzi parziali.


Sommario

Applicazioni multimedialiRequisiti e impatto sullereti a pacchetto

Tecniche per la qualità di servizio

Accodamento

Controllo dell’accesso


Applicazioni multimediali nelle reti a pacchetto


Cosa è la multimedialità?

Utilizzo contemporaneo di vari media

Suoni

Testo

Immagini

Video


Degrado della qualità

Campionamento e quantizzazione

La codifica dei media

Impercettibile

Possibilità di riproduzionesenza degrado della qualità

Codifica campioni


Spaziale

Temporale

Compressione

Eventuale perdita di informazioneDegrado della qualità

Eliminazione di ridondanza


Codifica delle immagini

JPEG2000

JPEG

GIF

TIFF


Codifica del video

Bassa qualità 1.5 Mb/s

Alta qualità (DVD)3.6 Mb/s

MPEG2

MPEG1


Codifica del video

VideoconferenzaBassa qualità

MPEG4

H.261

Codifica e compressione basatasu identificazione di oggetti

Banda limitata


Codifica della voce

GSM (13 Kb/s)

PCM (64 Kb/s 56 Kb/s)

G.729 (8 Kb/s)

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


AVI

Codifica audio

128 Kb/s o 112 Kb/sQualità tipo CD

MP3 (MPEG layer 3 - audio)


Codifica audio

Particolarmente robusto

Adatto a Internet

MP3

Qualsiasi frammentopuò essere riprodottoindipendentemente dagli altri


Standard di codifica: quale scegliere?

La scelta della codifica dipende da

Capacità elaborative dei terminali

Disponibilità di risorse di rete


Standard di codifica: quale scegliere?

La scelta della codifica dipende da

Tipo di applicazioneLive (real-time)

Store&retrieve


World Wide Web

Applicazioni multimediali in rete

Distribuzione video

Video on Demand

Telefonia

Radio

Servizio di jukebox


Teleconferenza


Giochi distribuiti interattivi

Apprendimento a distanza (distance learning)

Realtà virtuale



Caratteristiche diverse dalle applicazioni tradizionali

Anche un solo media, ma …


Caratteristiche rilevanti:streaming

Continuous playout

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

Flusso continuo di dati

Molto diverso dalle applicazioni tradizionali


Caratteristiche rilevanti:interattività

Con un altra persona

Con un sistema

Tempi di risposta brevi


Caratteristiche rilevanti

Larga banda trasmissiva

Comunicazioni molti a molti

Comunicazioni di gruppo (group multicast)


Requisiti sulla rete


Rete

Ritardi costanti

Molte applicazioni sonorelativamente tollerantialle perdite

Perdite limitate

Streaming


Dialogo: sotto 100 ~ 150 msone way

Ritardi bassi

Interattività


Elevata disponibilità di risorse

Capacità trasmissiva

Memoria nei nodi (buffer)

Potenza elaborativa (routing, ecc)

Commutazione

L’avanzamentotecnologico aiuta

Larga banda trasmissiva


IP multicastingServizi di trasmissione multicast

MBone

Server con funzionalità di reflector o multiconference unit

Comunicazioni di gruppo


Il ritardo, che problema!!

Le applicazioni multimediali sono dette anche applicazioni

real-time


Il ritardo, qual è il problema?

Varia a seconda del carico istantaneo sui nodi


Compensazione delle variazionidi ritardo

Replay buffer

Contromisure nelle stazioni

Dimensione fissa per applicazioninon interattive

Adattativo per applicazioniinterattive


Aumento del ritardo “end-to-end”

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

Critico per interattività(telefonia, conferenza,giochi,

realtà virtuale)



Diminuire traffico generato quandola qualità della sessione diminuisce

Adattamento alle condizioni della rete

A tutto c’è un limite



Strumenti


RTP - Real-time Transport ProtocolInformazioni temporali

Time stamp

Comunicazione

RTCP - RTP Control ProtocolStato della comunicazione


Per esempio RTCPFeedback

Codifica adattativa (adaptive coding)

Granularità di quantizzazione

Parametri della compressione


Trasmesso a più alta priorità

Layer base

Codifica a livelli(layered coding)

Eventualmente risorse riservate

Trasmessi a bassa priorità

Layer aggiuntivi che aumentano la qualità

Eventualmente best-effort


Classificazione del traffico

Contromisure nella rete

WFQ, RR, WRR, CBQ

Sofisticati algoritmi di scheduling

Shaping/policing

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


Segnalazione con prenotazionedi risorse

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

RSVPResource reSerVation Protocol (IP)


UNIUser Network Interface (ATM)


Network engineeringMacro-controllo a priori

Limite sul numero di utenti


Traffic engineering

Dimensionamento della reterispetto al traffico previsto

Distribuzione controllatadel traffico




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

Problemi collaterali

UDP a livello trasporto

RTP

UDP

IP


Soprattutto quelle che usano TCP,che è “cortese”

Applicazioni multimediali possono penalizzare le altre

Applicazioni non altruiste

Segregazione delle applicazioni e policing (bandwidth shaper)

TCP si adatta alle condizionidi traffico, UDP le ignora


Tecniche per il supporto della qualità di servizio

Accodamento


Accodamento sempliceFIFO (First In First Out)

Trasmettitore

Coda

TX


Multiplazione statistica

BA C C A

A A

C C

BSwitch


Code multiple e scheduling

TX


Weighted Round RobinRound Robin

Class Based Queuing (CBQ)

Priority Queuing

Algoritmi di scheduling

Weighted Fair Queuing (WFQ)

Deadline queuing (non work-conserving)


Identificazione dei pacchetticui garantire qualità

In quale coda inserire ogni pacchetto

Classificazione

ovvero


Basata su varie informazioni nell’intestazione IP (quintupla)

Indirizzo IP destinazione

Classificazione

Indirizzo IP mittente

Protocollo di trasporto

Porta mittente

Porta destinazione


ASIC:Application Specific Integrated Circuit

Classificazione

CAM:Content Addressable Memory

Algoritmi complicati

Realizzazioni hardware


Non è detto che i pacchetti possanoessere commutati appena arrivano

Accodamento e commutazione

La soluzione più “semplice”

Code in uscita (output queuing)

La capacità di commutazione è una risorsa limitata

Però…


Capacità di commutazione

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

Commutazione immediata sempre richiede speed-up

Particolarmente problematicoad alta velocità


Accodamento e commutazione

Controllo distribuito (complicato)

Code in ingresso (input queuing)

Code nella matrice di commutazione

(distributed queuing)

Virtual output queuing


Siamo a posto?

AC B C A

A A

C C

BSwitch

BA C C ABA C C ACB A C A


Tecniche per il supporto della qualità di servizio

Controllo dell’accesso


Descrizione traffico generato

Segnalazione

Controllo sull’accettazione delle chiamate

Descrizione servizio volutoEsempi: RSVP e UNI ATM

Prenotazione risorse

Call admission control (CAC)


Informazioni molto dinamiche

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

QoS routing

Trovare un percorso con le risorse necessarie


Non solo su topologia

Decisione di routing è basata su informazioni di occupazione

QoS routing

Instabilità con trasferimento datinon connesso

Cranckback

Esempio: PNNI (private network node interface) in ATM


Statistiche sugli utenti

Dimensionamento della rete per il caso peggiore (o quasi)

Azioni preventive

Distribuzione del traffico

Determinazione delle direttrici di traffico

Network engineeringTraffic engineering



Continuo controllo dello stato della rete

Eventuale cambiamento del dimensionamento e direttrici di traffico



Bassa efficienza nell’uso delle risorse

Semplicità e scalabilità


Assicurarsi che il trafficoin ingresso alla rete

sia come ci si aspetta

Policing e shaping

TX

Token bucket

Leaky Bucket


Ritardati

I pacchetti non conformi sono

Mandati a bassa priorità(eventualmente best effort)

Leaky bucket

Scartati

TX

Token bucket


Determina aspetti specificidel funzionamento di un apparato

Stabilisce aspetti generali di funzionamento di una rete

Policy (politica)

Tipo di accodamento

Regole per accettazione chiamate

Parametri leaky bucket


Tipo di traffico

Una policy può dipendere da

Evitare di dover configurare ogni apparato di rete e cambiarela configurazione

Flessibilità: policy management

Ora del giorno


Distribuzione automatica di policy

Apparati prelevano policy da server

Server invia policy agli apparati

COPS (Common Open Policy Service)

Nota di Copyright La qualità di servizio nelle reti a ... · Multimedia&QoS_i - 1 © M. Baldi: see...

Documents

Transcript of Nota di Copyright La qualità di servizio nelle reti a ... · Multimedia&QoS_i - 1 © M. Baldi: see...