GENERALITES SUR LA QUALITE DE SERVICE (QdS)

Guy JuanoleUniversite Toulouse III

LAAS-CNRS

Groupe OLC

§ 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))

§ Réseaux ->triomphe IPRéseau IP :- liens IP ( ATM, FR..)- peut être sur plusieurs réseaux IP (admin. diff.)

---> QdS Multi-dimensions. Adaptation Appli-QdS

Applications Distribuées Diverses--> Réseaux Multiservices

•délai max•débit min•etc.

réseau

source

destination

Réseau IP 2

Administration 1

Réseau IP 3

Administration 2

Réseau IP 4

Administration 3

Réseau local

(IEEE 802.1p)

Réseau local

(IEEE 802.1p)

Réseau IP 1

Utilisateur

VUE GENERALE D’UN RESEAU

---

---

Réseau IP 5

Utilisateur

Liens (ATM, Relais de Trames…)

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

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 suffisam-

ment 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

IIRoutage

Acheminement

(Sélectionde l’interface de

sortie et file d’attente)

I

I

Réservation de ressources

Contrôle admission

Protocole de signalisation (2)

Protocole de signalisation (2)

Protocole de routage (1)

Protocole de routage (1)

Paquets sortants

Paquets sortants

Paquets

entrants

Paquets

entrants

IClassification des paquets:

•Établir les caractéristiques•Recherche dans table routage

IIContrôle du trafic)

(régulateur)

IIIGestion de file

d’attente (buffer)

IVOrdonnanceur

VUE GENERALE D’UN NOEUD

III

IV

III

IV

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

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 déterministesde délai.Décomposition par noeuds (EDF); Orienté de bout en bout (WFQ)

-Algorithmes de contrôle d'admission pour garanties statistiques( pertes)

Exemple de contrôle d'admission (1)(garanties déterministes de délai)

§ Au niveau de chaque nœud i :

� 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 :

Afi

EDF EDF…..

f ,

réseau

Af Df, nœud 1 nœud T

Af1 Af

T

Afi Af

i+1

d min,f i

d min,f T1

dmin,f

DfEst ce que peut être garantie à f ?

D( || )A f A f1

D( || )A f A fT-1 T

contrôle d’admission local à i

Exemple de contrôle d'admission (2)(garanties déterministes de délai)

§ Au niveau de la destination :� si ≤ ⇒

? flux admis? relaxation des ? réservation des ressources sur la base des

EDF EDF…..

f ,

réseau

Af Df, nœud 1 nœud T

Af1 Af

T

D ,f

d min,f T1

dmin,f D( || )A f A f1

D( || )A f A fT-1 T

∑∑=

−

=

+ ++=T

i

fi

T

i

fi

fi

fffdAADAADd

1

min,1

1

11min,

)||()||(

d min,f

d min,f --->i d f i

d f i

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 etTraceroute )

-TCP: Contrôle de flux ( récepteur, noeuds du réseau (contrôle de congestion (slow start.....))

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

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 , commutateurd'entrée dans le réseau)

. Bits FECN et BECN --> réseau signale congestion ("down","up")§ Réseau local ( IEEE 802.1 p)

- champ TAG --> 3bits (8 classes de trafic)

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 (*) etordonnancements des paquets

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 etgérée 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) entreBandwidth Brokers (BB)

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