GENERALITES SUR LA QUALITE DE SERVICE (QdS)

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1 Groupe OLC GENERALITES SUR LA QUALITE DE SERVICE (QdS) Guy Juanole Universite Toulouse III LAAS-CNRS

2 Applications Distribuées Diverses --> Réseaux Multiservices délai max débit min etc. source réseau Applications diverses ( données, voix, images ) Trafics (Différents types et EXIGENCES) Ressources (Systèmes, terminaux, Réseaux (lignes,noeuds)) --> PARTAGE prenant en compte exigences (besoins de QUALITE de SERVICE (QdS)) destination Réseaux ->triomphe IP Réseau IP : - liens IP ( ATM, FR..) - peut être sur plusieurs réseaux IP (admin. diff.) ---> QdS Multi-dimensions. Adaptation Appli-QdS

3 VUE GENERALE D UN RESEAU Réseau local (IEEE 802.1p) Liens (ATM, Relais de Trames ) Réseau local (IEEE 802.1p) Réseau IP 1 Réseau IP 2 Réseau IP 3 Réseau IP 4 Réseau IP 5 Utilisateur Administration 1 Administration 2 Administration 3 Utilisateur

4 QUALITE de SERVICE (QdS) RESEAU QUOI? Capacité d'un réseau à transporter les trafics de manière satisfaisante vis à vis des exigences des Applications ---> Importance de la caractérisation des trafics (flux, agrégat) CARACTERISTIQUES - Disponibilité - Bande passante, Délai de bout en bout (Régularité --> gigue) - Fiabilité (..., contenu, pertes) - Sécurité NIVEAUX D'ACTION - Rien (au mieux: "best effort"), Niveau flux, Niveau agrégat de flux COMPOSANTS de la QdS - Mécanismes de QdS dans un noeud, Signalisation de la QdS

5 Identification et Caractérisation des trafics IDENTIFICATION - Flux (Adr. So et Dest, port (So et Dest), protocole transport) - Agrégat ( Eléments communs (dans les 5 précédents), priorité) CARACTERISATION ( Modèles) - Exigences sur les modèles: minimun de paramètres et suffisamment expressif (->ressources); facilement contrôlable (->contrat) - Modèles approximatifs (Poisson, Bernoulli,Périodique,On/Off,MM) - Modèles à majoration déterministe (enveloppe de trafic): -> modèle (s,? ) s : taille max d'une rafale? : débit moyen max

6 VUE GENERALE D UN NOEUD Protocole de signalisation (2) Réservation de ressources Contrôle admission Protocole de signalisation (2) Protocole de routage (1) II Routage Protocole de routage (1) III Paquets entrants I Acheminement IV Paquets sortants Paquets entrants I (Sélection de l interface de sortie et file d attente) III IV Paquets sortants I Classification des paquets: Établir les caractéristiques Recherche dans table routage II Contrôle du trafic) (régulateur) III Gestion de file d attente (buffer) IV Ordonnanceur

7 MECANISMES DE QdS DANS UN NOEUD CLASSIFICATION DES PAQUETS - Valeur d'un champ (TOS; DSCP) ou de plusieurs champs(*) REGULATION DES PAQUETS - Régulateurs (s,? ): seau percé, seau à jeton GESTION DES BUFFERS (-> congestion) -2 aspects: a) détecter congestion;b) si congestion, jeter paquet(?) - Propriétés souhaitables: équité entre flux; robuste vis à vis des flux malveillants; bonne utilisation des buffers -algorithmes réactifs : DT, PPD -algorithmes préventifs : EPD (1 seuil); RED (2 seuils) ORDONNANCEMENT DES PAQUETS -Propriétés souhaitables: isolation; granularité; efficacité; équité - PAPS, PS, GPS( WFQ), EDF, RR, RCSD

8 SIGNALISATION DE LA QdS Nécessité d'une signalisation pour propager informations de QdS - Soit signalisation "out band": protocole de signalisation (avant transfert des informations "application") - Soit signalisation "in band": informations de signalisation portées dans les PDUs pour le transfert des informations "application" - Problématique de l'interopérabilité de ces signalisations Contrôle d'admission -A chaque arrivée de nouveau flux -Algorithmes de contrôle d'admission pour garanties déterministes de délai.décomposition par noeuds (EDF); Orienté de bout en bout (WFQ) -Algorithmes de contrôle d'admission pour garanties statistiques ( pertes)

9 f, Exemple de contrôle d'admission (1) (garanties déterministes de délai) réseau A f, D f nœud 1 nœud T A f 1 EDF.. A f T EDF D( ) A f A f 1 d min,f 1 D( ) A f A f T-1 T d min,f T Au niveau de chaque nœud i : Est ce que D f peut être garantie à f? Choisir l enveloppe du régulateur : Calculer la plus petite borne sur le délai régulateur : D( ) Calculer la plus petite borne sur le délai d ordonnancement en i : A f i A f i A f i+1 d min,f i contrôle d admission local à i

10 f, Exemple de contrôle d'admission (2) (garanties déterministes de délai) réseau A f, D f nœud 1 nœud T A f 1 EDF.. A f T EDF D( ) A f A f 1 d min,f 1 D( ) A f A f T-1 T d min,f T Au niveau de la destination : d min,f d si min, f D,f =? flux admis? relaxation des D( A d f ) + T 1 i= 1 f i + 1) +? réservation des ressources sur la base des A min,f ---> i f 1 d f i D( A f i A T i= 1 d f i d min, i f

11 Sur le Réseau IP Dans la pile des protocoles IP - Couche transport: TCP (Orienté Connexion),UDP (non OC) - Couche réseau: IP (non OC) ; protocoles liés à cette couche ( routage IGP( RIP, OSPF); dialogue routeurs (ICMP) - Couche liaisons de données (plusieurs technologies) Sur la QdS: -IP : Champ TOS --> pas ( presque) utilisé ; Champ TTL -ICMP:.Contrôle de flux entre routeurs ( message "source quench").vérification de stations distantes ( utilitaires Ping et Traceroute ) -TCP: Contrôle de flux ( récepteur, noeuds du réseau (contrôle de congestion (slow start...))

12 Sur des technologies utilisées sur les liens IP (Technologie ATM:Intégration de services) ELEMENTS DE BASE - tranfert de cellules ( 53 (48+5) octets) - couche ATM ( commutation de cellules; orientée connexion; circuit virtuel (VPI/VCI)) - couche AAL ( sous-couches SAR et CS) --> 4 types (->Appli.differ. en termes de contraintes (délai, gigue,pertes) CLASSES DE SERVICE ATM - CBR, VBR ( RT ou NRT), ABR, UBR ( --> "Best effort") MECANISMES QdS - Bit CLP ( Cell Loss Priority) dans cellule ATM; Cellules RM - Etablissement connexion ATM--> protocole routage ATM ( PNNI) intégrant de la QdS (Classe de service requise: Paramètres trafic (débit, taille rafale)); Paramètres QdS (--> AAL) - Détection de pertes de cellules dans sous-couche CS

13 Sur des technologies utilisées sur des liens IP (suite) Relais de trames: «Frame Relay» (FR)) - Simplification de X-25 (couche 3, circuit virtuel(vci) ): -> couche 2 ( liaison virtuelle ( DLCI)) - Mécanismes QdS. Contrat terminal-réseau ( Débit moyen( CIR); Rafales admises (Bc); Rafales en excès (Be) --> Bit DE (terminal, commutateur d'entrée dans le réseau). Bits FECN et BECN --> réseau signale congestion ("down","up") Réseau local ( IEEE p) - champ TAG --> 3bits (8 classes de trafic)

14 MODELE IntServ (--> Flux) Protocole de signalisation RSVP (connexion logique appelée Session) - Session -> ad IP dest (unicast, multicast); ID( P sur IP); port dest - Objets: TSPEC, ADSPEC, FLOWSPEC - Messages: --> PATH ( TSPEC,ADSPEC(*)) RESV ( FLOWSPEC, filtre ( ID (P sur IP), port dest) <-- - Protocole:. Orienté récepteur ( récepteur initie réservation après annonces de l émetteur( OPWA) --> bon pour multicast) et unidirectionnel. Etats de réservation (flux) dans routeurs; Rafraîchi. périodique Services ( Garanteed (GS) et Controlled Load (CL) en plus de BE) - GS: Garanties déterministes (Bande passante, délai)--> Appli.TRD - CL: Service BE sous condition faible charge -> Appli TRM, MMA. GS et CL: Différences dans les contrôles d admission (*) et ordonnancements des paquets

15 MODELE DiffServ ( ->Agrégat, Domaine ) Origine: Difficulté de déploiement du modèle IntServ dans de grands réseaux (maintien des états des flux dans les nœuds) Notions de base: - Classes de trafic ( -> services différenciés -> champ DS de paquet) - Domaine :. Réseau où Différentiation de services mise en œuvre et gérée par FSI (ISP) -> Région (zone contigue de Domaines).Nœuds de bordure (flux -> classe ( champ DS)).Nœuds intérieurs (champ DS -> action sur paquet (PHB)) - Contrat de service (SLA) entre utilisateur et FSI ( classes avec les quantités de trafic) ; SLA entre Domaines adjacents * Deux PHBs ( Expedited et Assured Forwarding : EF et AF) - EF: Classe prioritaire ( -> ligne louée virtuelle -> GS (IntServ)) - AF: N classes et M niveaux de priorité à l élimination par classe * Service de bout en bout (Région): Signalisation (contrôle d admission) entre Bandwidth Brokers (BB)

16 Sur des Problématiques Particulières La QdS de BOUT en BOUT dans un contexte MUTI-DOMAINES --> Services différenciés différents!!! --> Besoin de Protocole de signalisation INITIALISATION du «processus QdS» --> Dès le routage --> QdS et ROUTAGE Aujourd hui grand développement des RESEAUX SANS FIL --> Particularités de ces réseaux --> QdS et RESEAUX SANS FIL CONTEXTE des Réseaux multiservices et multiapplications --> Souvent difficulté pour obtenir des GARANTIES de QdS -->ADAPTATION des APPLICATIONS à la QdS et ses fluctuations --> Nécessité de Service de METROLOGIE de QdS