Tiziana Ferrari Tecniche per il supporto della qualità di servizio nelle reti di telecomunicazione...

Tiziana Ferrari Tecniche per il supporto della qualità di servizio

nelle reti di telecomunicazione integrate 1

Tecnologie per il supporto della qualità di servizionelle reti di telecomunicazione integrate

Tiziana Ferrari

[email protected]

relatore: Prof. Giorgio Corazza

Dottorato in Ingegneria Elettronica ed Informatica



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)



PARTE 1: Sperimentazioni

JAMES: “Joint ATM Experiment on European Services”



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



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



PNNI a due livelli

Topologia di rete PNNI a 2 livelli



SVC setup time

050

100150200250300350400450500

msec

AT BE DE PT ES FR IT NO UK

destinazioni

RTT e setup time di SVC dalla Svizzera

RTT

setup time



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



Network setup

JAMES

131.154.100.4

192.135.23.2

ls1010 ls1010

C7500

C7500

130.59.16.3

ATM connection ITCHVP a 2 MbpsC7500, IOS 11.2(11)P; LS1010

Sun Solaris 2.5.1, PC with FreeBSD 2.2.5 and Linux



• 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

RSVP: prestazioni



MPLS: testbed

4515 cell/sec

4750 cell/sec

4515 cell/sec (1.68 Mbps)

4750 cell/sec

4750 cell/sec

4750 cell/sec 4750 cell/sec (1.78 Mbps,livello applicazione)



ATM+IP: TVC (tag virtual circuit)

192.168.40.1

192.168.10.0

192.168.11.1

192.168.13.0

192.168.20.1

192.168.21.1

192.168.30.0

192.168.31.1

192.168.33.0

192.168.40.0192.168.50.0

192.168.21.0

192.168.22.0

192.168.52.0



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



Reservation protocol e feedback protocol



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



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:

obscycle (i) res(i) = min (max(ni, ni-1, … ni-n )

obscycle (i)

Where ni = nres (j) j [(i-n) ..i]

, fbk(resrate))

P(REQ) | fbk(reqrate) - src(reqrate)|

1



Architettura del router

Algoritmo di stima del traffico per ogni coppia (in_port,out_port)



• Per ogni pacchetto:

eD= sup(s)s + Ds 0

e = sup ni+…+ nj

tj- ti + D1 i j

Algoritmo di stima del traffic (router)

effective bandwidth: D = maximum queing time(s) = arrival curve

tj = arrival time of packet ini = number of bytes in packet i

effective bandwidth over a sliding window:

ek = sup ni+…+ nj

tj- ti + D1 i j and ti , tj [tk - w, tk]

W = sliding window

(1)

(2)



Algoritmo di stima del traffico (cont)

Exponential weighted average:

k = d k-1 + (1- d) ek

0 < < 1

d = tk - tk-1

d = weight

Admission control test for request packets:

k CmaxCmax = massima capacità allocabile su una connessione fisica

= fattore di correzione

(3)

(4)




Adaptivity in packet admission control: update periodico di Lv

max e

Lv = max (0, Lv + nk - k-1 (tk - tk-1))

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 permissivoelse

incremento di ; // admission control più rigido

(5.a)

(5.b)




’ = + Lv

max - D

B-1

’ = + B [ - D] Lv

max

= + A + B [ - D] Lv

max

Lr

Nr

’ = 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

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 estimateA, B = fixed parameters(initial value of is 1)

(6)

(7)



Protocollo di feedback

• Report: REQbyte, RESbyte, Tstart, Tend

• Frequenza adattiva per minimizzare l’impatto sul traffico dati:

tnow - t start > t idle

tnow - t start > t ramp and REQnow > REQstart

(tnow - t start) * (REQnow - REQstart) > thr2

| ratenow (RES) - ratestart(RES) |

ratenow (RES)> thr1

or

or

or



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



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



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



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

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