Formation SIARS. Principes de base TCP/IP QoS

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1 Formation SIARS Principes de base TCP/IP QoS

2 Plan La situation actuelle Qu est-ce que la QoS? DiffServ IntServ MPLS Conclusion

3 La situation actuelle

4 La situation actuelle La famille des protocoles TCP/IP a permis une large diffusion de l utilisation des réseaux (LAN et WAN) Ceci a été possible par la relative simplicité de ces protocoles et aussi du fait qu ils sont arrivés au «bon moment» Mais le développement des réseaux génère : - de nouveaux besoins - des flux de plus en plus importants - des exigences en terme de qualité Le Best Effort, principe de base d IP, atteint ses propres limites et la qualité de service (QoS) est une préoccupation de plus en plus partagée Le protocole IP (version 4) va devoir être revu pour prendre en compte l explosion de l utilisation des adresses et beaucoup d autres fonctionnalités : IPv6 (RFC 2460 et suivants) - Passage de 4 à 16 octets d adresse

5 La qualité de service

6 Qu est-ce que la QoS? C est la conjonction de deux phénomènes au même instant : - besoin de bande passante - utilisation du réseau par des applications sensibles aux délais, au débit disponible, etc Congestion QoS nécessaire Applications non sensibles aux délais Applications sensibles aux délais Quelles applications : Pas de congestion - téléphonie, vidéo - applications différenciées (gestion, etc.), répartition de bande passante

7 Quelles pistes pour la QoS? ATM : Asynchronous Transfert Mode Wan, Man et Campus DiffServ : Differentiated Services IntServ : Integrated Services MPLS : Multi Protocol Label Switching Lan 802.1P : gestion de priorité au niveau 2 Evolutions dans les protocoles ou dans leur mise en œuvre

8 Differentiated Services

9 Un mot sur DiffServ : champ TOS initial Utilisation d un champ de l entête IP : Type of Service (TOS) - définition d origine (RFC 791 et 1349) : Precedence Type of Service Niveau de priorité du datagramme : 0 (normal) --> 7 (supervision réseau) 1000 : minimiser les délais 0100 : maximiser le débit 0010 : maximiser la fiabilité 0000 : service normal Mais ce champ n a jamais réellement été utilisé OSPF ne l a pas implémenté Les routeurs ne prenaient donc pas en compte ce champ!

10 Un mot sur DiffServ : files d attente - routeur simple Lien 1 Routeur Lien 2 Lien de sortie Lien 3 Algorithme de contrôle d accès à la file d attente Gestion des paquets : FIFO : simpliste - file pleine : destruction des nouveaux paquets - les gros flux ont tendance à monopoliser la ligne

11 Un mot sur DiffServ : gestion des files d attente RED (Random Early Detection) : - détection des prémisses de congestion et destruction des paquets de manière aléatoire (gestion équitable) - le pari est fait sur les protocoles de niveau supérieur dont TCP Algorithmes plus sophistiqués : - Weighted Fair Queuing (WFQ) : priorité aux petits flux - corrige le travers du FIFO : pas de monopole des gros flux - à trafic égal, bande passante égale - Priority Queuing : Arrivée des paquets Màj Manuelle Liste de répartition des classes Priorité haute Priorité moyenne Priorité basse

12 Un mot sur DiffServ : gestion des files d attente - Custom Queuing : - attribution d une bande passante garantie par flux Arrivée des paquets Màj Manuelle Liste de répartition des classes 20 paquets/cycle 10 paquets/cycle 5 paquets/cycle Dans tous les cas : - approximation du GPS (Generalized Processor Sharing) : les flux sont vus comme des fluides parfaits dont on répartit équitablement le débit sur le lien de sortie (mais en réalité : pas de fluides mais des paquets!!) - utilisation de la bande passante disponible si une classe est vide - problèmes de famines éventuels - beaucoup de recherches sur les ordonnanceurs : Virtual Clock, etc.

13 Un mot sur DiffServ : le nouveau champ TOS Nouveau champ TOS : DSField (RFC Décembre 1998) DiffServ Code Point (DSCP) Modification des files d attente dans les routeurs : Réservé usage futur (probablement ECN de TCP) BE AF 1 AF 2 AF 3 AF 4 EF O r d o n n a n c e u r EF : Expedited Forwarding - Priorité absolue - pas de perte de paquets AF : Assured Forwarding - 4 classes avec chacune 3 niveaux de priorité (basse, moyenne et haute) - gestion avec RED ou WRED BE : Best Effort - RED

14 Un mot sur DiffServ : DSCP et routeur Impact sur les routeurs : Sceau percé (Token Bucket) Paquets entrants Taux d occupation Capacité maximale Paquets acceptés Mise à jour des tables de routage Algorithme de routage Contrôle d accès (Policing) Lissage de trafic (Shapping) Plutôt logiciel Table de routage Liens d entrée Classification des paquets selon DiffServ EF, AF et BE Ordonnanceur Sortie Token Bucket Matériel

15 Un mot sur DiffServ : mise en œuvre A l entrée du réseau : Routeur de périphérie : - marquage des paquets avant entrée sur le backbone - important travail de traitement - Factorisation du marquage - Accélération au cœur du réseau Cœur du réseau ( Backbone ) : - traitement des paquets selon le marquage fait en périphérie - besoins de performances

16 Un mot sur DiffServ : un petit résumé Modification de la sémantique du champ TOS du paquet IP Modification du comportement des routeurs Pas de modification des protocoles de routage Notion de routeur de périphérie et de routeur de cœur de réseau Marquage des paquets en entrée de réseau Pas de gestion d état de flux dans les routeurs La mise en œuvre de DiffServ se fait par contrat de service entre le fournisseur d accès et les sites clients

17 Integrated Services

18 Un mot sur IntServ : les caractéristiques Protocole à états établissant des réservations de ressources La réservation est faite pour un flot N ports, protocole États dits soft-state : nécessité de rafraîchir à intervalles réguliers les réservations de ressources (processus de "Refresh"). S oppose aux états hard-state fournis par des protocoles comme ATM La réservation se fait via RSVP, protocole transparent pour les routeurs non IntServ (dans ce cas IntServ ne marche pas!!!) Réservations unidirectionnelles et demandées par le serveur (celui qui fournit le service) S adapte aux modifications du routage

19 Un mot sur IntServ : le principe Client Routeur 1 Routeur 2 Routeur 3 Serveur Message PATH Message PATH Message PATH Message PATH TSpec AdSpec TSpec AdSpec TSpec AdSpec TSpec AdSpec Message RESV Message RESV Message RESV Message RESV RSpec RSpec RSpec RSpec TSpec : spécification du service demandé : - taille maximale des datagrammes - débit maximum - paramètres du Token Bucket : profondeur, débit moyen d arrivée, etc. AdSpec : optionnel - Permet de spécifier : - délai minimum de transit sur le réseau - bande passante disponible - valeur du MTU RSpec : contient la bande passante à réserver sur chacun des routeurs Message RESV : propage la réservation voulue par le serveur sur le chemin déterminé par le message Path

20 Un mot sur IntServ : impact sur les routeurs Mise à jour des tables de routage Algorithme de routage Table de routage Lissage de trafic (Shapping) Contrôle d accès (Policing) Agent de réservation Contrôle d admission Agent de gestion RSVP Base du trafic en cours Messages RSVP Liens d entrée Classification des paquets Ordonnanceur Sortie Token Bucket Remplissage des files d attente Avec réservation Sans réservation

21 Un mot sur IntServ : petit résumé et perspectives Actuellement la gestion des équipements IntServ se fait : - soit par équipement via SNMP - soit de manière plus macroscopique via un nouveau protocole : COPS (Common Open Policy Service) - RFC 2748 et 2749 COPS reste valable jusqu à des sites de taille moyenne, pas pour des fournisseurs d accès par exemple RSVP gère mal la montée en charge et la multiplicité des états dans les routeurs Des développements sont en cours pour gérer les flots agrégés RSVP inter-opère sans problèmes avec d autres protocoles comme DiffServ ou MPLS

22 MPLS

23 Un mot sur MPLS : les objectifs et principes Augmenter de façon significative les performances des cœurs de réseaux ( BackBones ) Factoriser au maximum les traitements importants en périphérie des réseaux et non au cœur (idem DiffServ) Idée : mettre en œuvre un mécanisme d étiquettes ( labels ) pour réaliser de la commutation en cœur de réseau et non plus du routage (Multiprotocol Label Switching Architecture - draft-ietf-mpls-arch-06.txt - Août 1999)

24 Un mot sur MPLS : les étiquettes Ajout d une étiquette entre l entête de niveau 2 et le paquet IP : Entête de niveau 2 Étiquette Paquet IP Étiquette dans l entête IPv6 : Entête de niveau 2 Entête IPv6 Données IP Étiquette déjà existante au niveau 2 : VPI/VCI d ATM, DLCI sur Frame Relay : Entête de niveau 2 Paquet IP L entête MPLS comprend au moins (draft-ietf-mpls-label-encaps-07.txt) : - un champ pour le numéro d étiquette - un TTL - un champ classe de service - un champ protocole (ayant même le sens que dans IP)

25 Un mot sur MPLS : la diffusion des étiquettes Il existe plusieurs techniques pour mettre en place les étiquettes sur les équipements : - LDP : Label Distribution Protocol - Décrit dans LDP Specification - draft-ietf-mpls-ldp-06.txt - Octobre 1999 Protocole décrit spécifiquement à cet usage - BGP-4 : des modifications à BGP sont prévues pour transporter les informations d étiquette (Carrying Label Information in BGP-4 - draft-ietfmpls-bgp4-mpls-01.txt - Octobre 1999) - RSVP : Extensions to RSVP for LSP Tunnels - draft-ietf-mpls-rsvp-lsptunnel-04.txt - Septembre 1999

26 Un mot sur DiffServ : mise en œuvre A l entrée du réseau : Routeur de périphérie : - marquage des paquets avant entrée sur le backbone - étiquettage du flux Entrée - Sortie - Label Cœur du réseau ( Backbone ) : - traitement des paquets selon le marquage fait en périphérie - simple examen de l étiquette et commutation Entrée - Label - Sortie - Label

27 Remarques pour conclure

28 Et dans les réseaux locaux? Ethernet : normalisation 802.1Q/802.1P Champ TCI de 802.1Q : 3 bits permettent de définir des classes de service Des correspondances sont possibles entre les niveaux de priorité définis par 802.1P et la mise en œuvre de IntServ et/ou DiffServ ATM : des correspondances sont possibles facilement car ATM gère nativement la QoS Dans tous les cas, les routeurs connectés au service d accès ( Backbone ) sont en charge du prolongement de la QoS dans les réseaux locaux

29 Conclusion Avant : Maintenant : - réseau simple et le plus efficace possible - grosses capacités de traitement dans les stations - nouveau niveau de complexité et nouvelle classe de problèmes à traiter - rééquilibrage en ajoutant du traitement dans les réseaux Cette préoccupation est tributaire du niveau fonctionnel voulu dans un SI et doit être intégré dans la politique sécurité Dans tous les cas, nouveaux dangers en terme de sécurité Dangers accrus par les nouvelles fonctions mises en œuvre : téléphonie, etc. Nécessité de la veille technologique pour mieux anticiper

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