Qualité de service 7. Ordonnanceurs de paquets. Contexte. Intégration de services. Plan. Multiplexage. FIFO/DropTail. Priorités

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1 NE52 éseaux avancés Qualté de servce hrstophe Deleuze ESISA/INPG LIS 7 déc 24/3 jan 25 ontexte commutaton de crcuts partage statque solaton complète ex : vox gaspllage de la bande passante commutaton de paquets partage dynamque (au nveau du paquet) gan statstque pas d solaton unfcaton des réseaux ntégraton de servces Qualté de servce 1 réseaux de paquets offrr tous les servces garantes débt délas taux de perte partage équtable protecton contre les mauvas joueurs partage de len modèle hérarchque Intégraton de servces flots GS Organs. Organs. Organs. B A temps réel telnet Len 5 % 4 % autre trafc TP ftp UDP temps réel 1 % telnet ftp 3 % 2% 5% Plan plan de données (mécansmes d ordonnancement) partage équtable garantes plan de contrôle (sgnalsaton) IntServ/SVP DffServ Qualté de servce 2 Qualté de servce 3 Ordonnanceurs de paquets Multplexage partage d une ressource lmtée ordre de servce (temps) fle d attente (espace) cas de l accès au len bande passante mémore tampon fonctonnaltés partage équtable (contrôle de congeston) garantes de performance FIFO/DropTal ordonanceur de base premer arrvé, premer serv s fle plene, nouveau arrvant jeté aucune protecton mplémentaton smple lste chanée ponteur sur derner Qualté de servce 4 Qualté de servce 5 Prortés multlevel prorty wth exhaustve servce exemple 1. trafc de contrôle 2. trafc multméda 3. trafc données protecton undrectonnelle famne A/polçage aux prortés supéreures onservaton du traval Work-conservng jamas au repos s des paquets attendent peut créer des déformatons lo de conservaton (délas moyens) Non work-conservng peut être au repos même s des paquets attendent mantent l aspect du trafc (ggue) augmente le déla moyen global lmte le beson de tampons Qualté de servce 6 Qualté de servce 7

2 Granularté un seule classe tratement par flot tratement par classe/ par agrégat Agrégaton rédut le nombre d états perd la protecton partage la ggue protecton/partage Partage équtable Tournquet (ound robn) proposton de Nagle contrôle de congeston fles séparées servce round robn solaton pb : équté comptée en paquets sémantque d un flot (granularté) lassfcaton len de sorte Qualté de servce 8 Qualté de servce 9 Defct ound obn Defct ound obn compteur de défct cd pour chaque flot ntalsé à quantum de servce q paquet de talle L L > q + cd cd+ = q L q + cd sert le paquet cd+ = q L rems à s fle vde chox du quantum > L max équté à échelle de temps > cycle quantum = 1 2 A 5 B 8 2ème tour er tour tête Qualté de servce 1 Qualté de servce 11 Partage équtable (Far queueng) émulaton d un round robn bt-à-bt (t) nombre de cycles N ac (t) flots actfs paquet de talle L, commence à t fnt à (t) = (t ) + L F k = S k + L et S k = max(f k 1, (t)) paquets trés sur le numéro de cycle de leur derner bt F k geston de fle retard max (émulaton) déla Lmax servce L max GPS Generalzed processor sharng dscplne déale (flude), assure l équté max-mn sert chaque flot en tournquet unté nfntésmale (tous les flots sont servs en même temps ) verson pondérée plus formellement : ntervalle de temps [τ,t], flots actfs et j de pods φ et φ j, S(τ, t) quantté de servce reçue sur l ntervalle déla de paquetsaton S (τ, t) S j (τ, t) = φ φ j Qualté de servce 12 Qualté de servce 13 PGPS Packet by packet GPS dem far queueng! noton de temps vrtuel V (t) a k date d arrvée du paquet k du flot F k = max(f k 1, V (a k )) + Lk φ en temps vrtuel, le servce reçu par chaque flot est constant s écoule plus vte s mons de flots Implémentaton WFQ/PGPS un paquet arrve mse à jour du temps vrtuel calcul de l estamplle complexté du calcul effacements en cascade (terated deletons) nserton du paquet dans la fle le len est lbre émettre le paquet ayant la plus pette estamplle réalsaton lste trée tap (heap) Qualté de servce 14 Qualté de servce 15

3 """!!! **)) Utlsaton d un tas tas = arbre bnare à plat nserton : θ(1)! accès au paquet de plus pette estamplle : θ(log N) accès au paquet de plus grande estamplle : θ(log N) WF 2 Q équté WFQ peut être amélorée retard de servce borné par L max avance de servce... Worst-case Far Weghted Far Queueng prendre le plus pett F k parms ceux qu ont S k < V (t) est work-conservng tas sur les plus pettes estamplles lstes trées par flot tas sur les plus grandes estamplles Qualté de servce 16 Qualté de servce 17 Stochastc Far Queueng apacté de len varable flots multplexés re hache % &% & foncton de hachage ## ## $$ $$ ++,, '' (( modèle hérarchque lens sans fl... l équté est-elle préservée? contrôle de congeston nombre lmté de fles répartton aléatore un peu d solaton re-hachage équté à long terme WFQ/PGPS non! Start-tme Far Queueng SFQ Worst-case Far Weghted Far Queueng Plus WF 2 Q+ Qualté de servce 18 Qualté de servce 19 oncluson partage équtable WFQ postf protecton équté locale nctaton à utlser un contrôle de congeston de bout en bout équté globale? négatf état par flot effacements en cascade manten structure trée autres... ED Garantes GPS Garantes de débt S (τ, t) S j (τ, t) = φ, j = 1, 2,...N φ j pour les sessons actves sur tout l ntervalle [τ, t] d où : S (τ, t) φ j = φ S j (τ, t) somme sur j S (τ, t) φ j = φ S j (τ, t) S (τ, t) = B = φ φj (t τ) φ j φ j Qualté de servce 2 Qualté de servce 21 WFQ Garantes de déla Garantes de déla déla de propagaton déla de paquetsaton (GPS) déla de seralsaton (WFQ) déla d attente dans les fles contrat de trafc TSPE (traffc specfcaton) (p, r, b) jetons seau à jetons capacté b débt r courbe de données max (flot) courbe de servce mn [IJ] déla max [EF ] tampons max très conservateur données b I p E r J flot F lmteur de débt crête (débt p) latence temps Qualté de servce 22 Qualté de servce 23

4 Vrtual lock comme PGPS mas temps réel pour chaque flot débt moyen φ horloge vrtuelle V (=F k 1 ) paquet de talle P k mêmes garantes de déla pas d équté... geston de fle V (= F k ) = max(date, V )+ P k φ Famlle nombreuse... WFQ/PGPS SFQ Self locked Far Queueng WF 2 Q Worst-case Far Weghted Far Queueng WF 2 Q+ SFQ Start tme Far Queueng Stochastc FQ V Vrtual lock (pas équtable!)... Qualté de servce 24 Qualté de servce 25 Scalablté Archtecture proposée pb : mantent d état par flot F k = max(f k 1, A k ) + Lk φ, F k 1 dans un champ d en tête, et F k 1? Foncton = retarder les paquets en avance zone sans état routeur de bordure routeur ntéreur (sans état) paquet paquet transportant sa réservaton cause : source émet à débt plus élevé ggue créée par les nœuds précédents paquet plus pett pb scalablté qu au coeur du réseau lssage des flots en bordure du cœur talle maxmum de paquet reste à contrôler la ggue Qualté de servce 26 Qualté de servce 27 ore Jtter Vrtual lock JV au nœud n, F k estamplle f k date effectve d émsson a = F k f k avance placée dans un champ d en-tête au nœud n + 1 F k = A k + a + Lk non work-conservng tratement par paquet élevé lass Based Queueng BQ (1) ensemble de composants pour un routeur IS partage de len hérarchque classfcateur estmateur BP de la classe sélecteur prochane classe à émettre régulateur s une classe consomme trop garantes à une échelle de temps plus grande que WFQ Qualté de servce 28 Qualté de servce 29 partage de len plat BQ (2) Len 5 % 4 % A B 1 % Organs. Organs. Organs. régulaton s (lnk sharng gudelnes) classe dépasse sa part (overlmt) une autre classe est nsatsfate s partage hérarchque, ça se complque! Un mot sur les pertes de paquets granularté équté max-mn, protecton prorté de perte push-out ATM LP DffServ three color marker perte précoce (ex ED andom Early Detecton) poston queue, tête, au hasard Qualté de servce 3 Qualté de servce 31

5 Plan de contrôle IETF Integrated Servces : IntServ ntégraton de servces réseaux spécalsés réseau ntégré IETF (1992 2) geston par flot caractérser le flot (TSPE) spécfer le servce demandé réserver les ressources dans chaque nœud (A) pb : IP non connecté SVP Applc. Archtecture IntServ/SVP Hôte lass. Démon SVP 3 composants : SVP (sgnalsaton) classfcaton ordonnancement tratement par flot lass. Démon SVP outeur Démon outage trl. d Adm. Qualté de servce 32 Qualté de servce 33 TSPE : traffc specfcaton Servces IntServ contrat de trafc p débt crête r débt moyen b rafale max (burst) L talle max de datagramme m unté mn de polçage jetons seau à jetons capacté b débt r GS guaranteed servce débt garant déla max garant pas de pertes L controlled load défnton vague servce au meux sans congeston applcatons adaptatves flot lmteur de débt crête (débt p) Qualté de servce 34 Qualté de servce 35 appel : multcast IP esource reservaton setup Protocol many-to-many 2 concepts fondamentaux abstracton de groupe orenté récepteur E1 E2 G sgnalsaton pour IntServ multpont N vers M undrectonnel orenté récepteur hétérogénété dynamcté réservatons partagées états relâchés (soft-states) IGMP Qualté de servce 36 Qualté de servce 37 Mécansmes SVP 1. messages PATH arbre de parcours nverse une passe avec collecte (OPWA) 2. messages ESV contrôle d admsson (A) établssement de la réservaton tratement par flot lassfcaton IPv4 IP src et dest + port src/dest pas catholque relatvement complexe IPv6 IP src + flow label PATH ESV E Qualté de servce 38 Qualté de servce 39

6 Interfaces SVP Problèmes de l approche IntServ Hôte Applc. SVP lass. outeur SVP outage trl. d Adm. lass. scalablté pas dans le plan de données (hardware) plan de contrôle déploement de bout en bout (ISP + applcatons) complexté de SVP? (spec. 112 pages) mauvases mplémentatons? polcy control, sécurté applcaton traffc control (classfcateur+ordonnanceur) routage ctrl. admsson nclus dans l nterface ordonnanceur Qualté de servce 4 Qualté de servce 41 Servces dfférencés : DffServ Archtecture DffServ L archtecture DffServ groupe IETF démarré en août 1997 poussé par les ISP (beson d offrr du servce) plus smple qu IntServ classes de trafc dentfcaton : DSP (DffServ odepont) deux types de nœuds : de bordure ntéreurs condtonnement du trafc PHB : Per Hop Behavor régon DS domane DS hôte ou routeur externe routeur ntéreur routeur de bordure Qualté de servce 42 Qualté de servce 43 hamp DS IPv4 : octet TOS IPv6 : Traffc lass octet DSP 6 bts non structurés (+ 2 currently unused) s nconnu, utlser le défaut subsume les 3 bts precedence d IPv4 U Servces DffServ (PHBs) EF expedted forwardng BP garante pertes, délas et ggue fables lgne louée vrtuelle condtonnement de trafc en bordure AF assured forwardng rédure la congeston à long terme accepter les rafales (congeston à court terme) geston actve de la fle ED (andom Early Detecton) Qualté de servce 44 Qualté de servce 45 oncluson sur DffServ + scalable dans le plan de données nombre rédut de classes complexté repoussée aux bornes du réseau pb du plan de contrôle (EF) calcul pessmste (peu effcace) bandwdth broker multcast? Une soluton plus smple... Pars Metro Prcng QoS sans mécansme technque supposons que le métro de Pars a deux classes : 1 plus cher que 2 votures classes 1 et 2 dentques (mas séparées) heures de ponte : 2 bondé, 1 non car cher... 2 classes : premum et normal premum plus cher, prortare pb : ben fxer les prx Qualté de servce 46 Qualté de servce 47