QoS n reelele MPLS bazate pe IP i ATM

QoS n reelele IP furnizeaz nodurilor inteligena necesar pentru prelucrareatraficului n mod difereniat n spiritul politicilor de reea.

QoS d posibilitatea managerilor de reele i inginerilor de sisteme, scontroleze lrgimea de band, ntrzierile, jitterul i pierderile de pachete dinreea.

QoS nu este un atribut al unui echipament, ci este o arhitectur a unui sistemcap-la-cap, n care echipamentele de margine ale reelei furnizeazmanagementul lrgimii de band, iar echipamentele core asigur transmisiapachetelor, impunnd nivelele QoS dictate de echipamentele de margine.

QoS n reelele IP furnizeaz nodurilor inteligena necesar pentru prelucrareatraficului n mod difereniat n spiritul politicilor de reea.

QoS d posibilitatea managerilor de reele i inginerilor de sisteme, scontroleze lrgimea de band, ntrzierile, jitterul i pierderile de pachete dinreea.

QoS nu este un atribut al unui echipament, ci este o arhitectur a unui sistemcap-la-cap, n care echipamentele de margine ale reelei furnizeazmanagementul lrgimii de band, iar echipamentele core asigur transmisiapachetelor, impunnd nivelele QoS dictate de echipamentele de margine.

Pentru asigurarea QoS , n reelele IP , exist dou mecanisme disponibile : servicii integrate (Integrated Services IntServ) servicii difereniate (Differentiated Services-DiffServ)

Fr utilizarea mecanismului QoS, o reea IP va furniza doar servicii best effort.

InfoHighlight

InfoHighlight

InfoHighlight

InfoHighlight

InfoHighlight

Modelul Best effort:

Modelul tradiional de datagrame

Nu este un model al companiilor de telefoane

Exist o singur mas de pachete, indiferent de sursa de trafic

Well do the best we can (dar pachetele pot fi pierdute)

Modelul Best effort:

Modelul tradiional de datagrame

Nu este un model al companiilor de telefoane

Exist o singur mas de pachete, indiferent de sursa de trafic

Well do the best we can (dar pachetele pot fi pierdute)

IPToate

fluxurile

Fluxuri de trafic

54

23

1

Modelul servicii integrate (IntServ)Fluxuri garantate QoS (pachete separate pe baza principiului end-to-end)

Lrgime de band strict rezervat

Semnalizare necesar pentru rezervare cale

-RSVP (Resource Resevation Protocol)Controlul admisiilor (fiecare apel poate fi rerutat)Configurare n fiecare ruter de-a lungul cii

Fluxuri garantate QoS (pachete separate pe baza principiului end-to-end)

Lrgime de band strict rezervat

Semnalizare necesar pentru rezervare cale

-RSVP (Resource Resevation Protocol)Controlul admisiilor (fiecare apel poate fi rerutat)Configurare n fiecare ruter de-a lungul cii

54

23

1 IPFluxuri de trafic

InfoHighlight

Modelul Servicii Difereniate (DiffServ)

Arhitectura DiffServ RFC 2475

Creare mijloace pentru Trafic Condiionat (TC)Definire comportare pe salt (PHB-Per Hop Behavior)Noduri de margine cu TC

Arhitectura DiffServ RFC 2475

Creare mijloace pentru Trafic Condiionat (TC)Definire comportare pe salt (PHB-Per Hop Behavior)Noduri de margine cu TC

54

23

1IP

Clasa A

Clasa B

Clasa C

Fluxuri de trafic

InfoHighlight

Configuraii folosite n reelele MPLS pentru asigurareaQoS:

Precedena IP, folosete 3 bii din header-ul IP (zona ToS), pentruindicarea clasei de serviciu a pachetului (max. 8 clase). Aceast valoare estesetat n router-ul edge i impus n reeaua core. n reelele IP i ATM sefolosesc diferite etichete pentru indicarea nivelelor de preceden.

0 4 8 16 19 24 31Version IHL Type Of Service Total Lenght

Identification Flags Fragment OffsetTime To Live Protocol Header Checksum

Sourse IP Address

Destination IP Address

PaddingOptions

0 4 8 16 19 24 31

InfoHighlight

InfoHighlight

CAR (Committed Access Rate) , condiioneaz alocarea lrgimii deband pentru diferite tipuri de trafic. Pentru a impune politici de reea, se potconfigura mai multe praguri, (Layer 3) n funcie de parametri reelei. Dacfluxurile de date depesc aceste praguri, se pot elimina pachetele n excessau se poate acorda o clas de servicii de nivel mai sczut.

WRED (Weighted Random Early Detection) , are un rol important nprevenirea congestiilor, prin detectarea fluxurilor lente (n concordan cuclasa de serviciu), naintea apariiei congestiei.

CBWFQ (Class-Based Weighted Fair Queuing), reordoneaz pachetelei controleaz latena n routerele de margine i n cele core. Prin asignareade ponderi diferite, diferitelor clase de servicii, un comutator poatecoordona buffer-ul i lrgimea de band pentru fiecare clas de serviciu.Pentru c ponderea este efectiv i nu absolut, resursele neutilizate pot fimprite ntre clasele de serviciu pentru utilizarea eficient a benzii.

InfoHighlight

InfoHighlight

InfoHighlight

InfoHighlight

InfoHighlight

SCALABILITATEA cheia susinerii QoS n reelele IP-MPLS

Aplicarea QoS fiecrui flux de date este ineficient, din cauza traficului foartemare de fluxuri ale furnizorilor de servicii din reelele IP.Un mod scalabil de furnizare a mai multor nivele de calitate a serviciilor, esteimplementarea Claselor de Serviciu (CoSs-Classes of Service).De exemplu un ISP asigur trei clase de serviciu: prioritate mare i ntrziere mic, serviciu garantat misiune critic, serviciu de prioritate redus best-effort.Abonaii pot utiliza o combinaie a acestor clase, n funcie de nevoile lor.Unii vor utiliza serviciul garantat i cel cu ntrziere mic, pentru aplicaiile devideoconferin i serviciul best-effort pentru traficul de e-mail.

MPLS poate aplica QoS scalabil pe o reea IP foarte larg, fiindc furnizoriipot asigna seturi de etichete care corespund diferitelor clase de servicii.

Aplicarea QoS fiecrui flux de date este ineficient, din cauza traficului foartemare de fluxuri ale furnizorilor de servicii din reelele IP.Un mod scalabil de furnizare a mai multor nivele de calitate a serviciilor, esteimplementarea Claselor de Serviciu (CoSs-Classes of Service).De exemplu un ISP asigur trei clase de serviciu: prioritate mare i ntrziere mic, serviciu garantat misiune critic, serviciu de prioritate redus best-effort.Abonaii pot utiliza o combinaie a acestor clase, n funcie de nevoile lor.Unii vor utiliza serviciul garantat i cel cu ntrziere mic, pentru aplicaiile devideoconferin i serviciul best-effort pentru traficul de e-mail.

MPLS poate aplica QoS scalabil pe o reea IP foarte larg, fiindc furnizoriipot asigna seturi de etichete care corespund diferitelor clase de servicii.

InfoHighlight

InfoHighlight

InfoHighlight

QoS pentru serviciile fr conexiune

n reelele (FR, ATM), din clasa reelelor cu conexiune, bazate pe circuitevirtuale (VC), pentru fiecare link trebuie specificat CIR (CommittedInformation Rate), limea de band garantat. Este posibil ca traficul adiionalvalorii CIR s fie disponibil, dar nu este garantat).

256 kbps

64 kbps

64 kbpsCPECPE

n reelele plas de capaciti mari este foarte dificil asigurarea CIR pentrufiecare VC. De exemplu ntr-o reea plas complet pentru 100 site-uri trebuieasigurate 9900 CIR.

InfoHighlight

InfoHighlight

n reelele IP, fr conexiune trebuie specificat doar lrgimea de bandpentru fiecare site.

Reea IP320 kbps

Reea IP384 kbps

InfoHighlight

Modelarea fluxurilor de trafic conform SLA

La fiecare LSR Edge se poate calcula lrgimea de band necesar pentru untrafic premium class

320 Mbps 1 Gbps

A

C

B

D

320 Mbps

384 Mbps384 Mbps

1 Gbps

Reea ISP

InfoHighlightLable switching router

InfoSticky NoteService Level Agreement

Trafic acceptatpe un link

Lrgimea de band

Debitullink-ului

BL

Traficpremium class

(PC)BBE

BPC

BE L PCB B B tBPC

Band rezervatpremium class

BBE

Trafic premium classn banda oferit

BE L PCB B B

Best Effort

Premium Class

t

t

A B

Lrgimea de band maxim posibil asigurat pentru traficul cerut

320 Mbps

CD

Estimarea traficului pentru o distribuie uniform

A B80 Mbps

CD

Fluxurile de trafic de la fiecare nod vor avea debite similare ctre celelaltenoduri, inclusiv pentru nodul iniiator.

Repartizarea traficului pentru o distribuie ponderat n funciede traficul de intrare n fiecare nod

A B153 MbpsA B : 1000x15,3%=153MbpsA C : 384x15,3%=59MbpsC D : 384x18,4%=71Mbps

Traficul total: 2,088 GbpsRelativ la nodul B ponderile de trafic sunt: pentru A =15,3%

B = 47,9%C = 18,4%D = 18,4%

CD

Calculul valorilor lrgimii de band alocate fiecrui linkpentru un acces de tip premium class

A B

D C

Reeaua fizic cu canalele rutate pentru trafic

Reea IP

A B

153 Mbps 153 Mbps

59 Mbps

59 Mbps

LSR LSR

CoreNetwork

Topologia reelei core cu matricea de trafic pentru calculul lrgimii deband folosit de-a lungul diferitelor ci de rutare

184 Mbps184 Mbps

A B

LSR LSRReea IP

D C

59 Mbps59 Mbps

184 Mbps

184 Mbps

71 Mbps71 Mbps

LSR

D C

Reea IP

A B

LSR LSR

CoreNetwork

271 Mbps

271 Mbps

153 Mbps 153 Mbps

118 Mbps 368 Mbps

521 Mbps

521 Mbps

ncrcarea total cu trafic premium class a link-urilor

Reea IP

LSR

DC

118 Mbps368 Mbps

314 Mbps

314 Mbps

314 Mbps

314 Mbps

Servicii Difereniate (DiffServ-DS)RFC2474 Definirea cmpului serviciului difereniat (DS Field)RFC2475 O arhitectur pentru serviciul difereniatRFC2597 Grupul transmisiilor asigurateRFC2598 Grupul transmisiilor expeditive

Routerele din interiorul reelei pot asigura QoS bazndu-se pe clasa dat deDS. Pentru specificarea clasei DS se folosesc cei mai semnificativi ase biidin octetul IP-ToS (Type of Service). Acetia sunt definii de DSCP(Differentiated Services Code Point).

Routerele din interiorul reelei pot asigura QoS bazndu-se pe clasa dat deDS. Pentru specificarea clasei DS se folosesc cei mai semnificativi ase biidin octetul IP-ToS (Type of Service). Acetia sunt definii de DSCP(Differentiated Services Code Point).

0 1 2 3 4 5 6 7

Codselecieclas Nefolosii

DSCP-RFC 2474

Bii

TOS

Asignarea primilor trei bii n DSCP

Cmpul IPPrecedence

Bii IPPrecedence

BiiDSCP

Clase DSCP

0 000 000000 Best Effort1 001 001000 Transmisie asigurat 1 [TA1]2 010 010000 Transmisie asigurat 2 [TA2]3 011 011000 Transmisie asigurat 3 [TA3]4 100 100000 Transmisie asigurat 4 [TA4]5 101 101000 Transmisie expeditiv [TE]5 101 101000 Transmisie expeditiv [TE]

Problemele de pierderi, ntrzieri i jitter ale fiecrei clase DS sunt descrise dePHB (Per Hop Behavior). Astfel este determinat lrgimea de band alocat,volumul de trafic restricionat i numrul de pachete eliminate n timpulcongestiei.

n reelele DS se pot defini trei clase de comportament tip PHB:Clasa best-effort, pentru care primii trei bii (Precedena IP) sunt 000Clasa transmisie asigurat PHB, cu urmtoarele setri: 001, 010, 011, 100Clasa transmisie expeditiv PHB, cu setarea 101.

Asigurarea transmisiei specific patru clase cu banda garantat,departajate prin primii trei bii, n cadrul crora exist cte trei nivelereferitoare la eliminarea pachetelor (jos, mediu i nalt), rezultnd n final 12clase pentru asigurarea transmisiei .

Nivel Clasa TA1 Clasa TA2 Clasa TA3 Clasa TA4

Jos 001010 010010 011010 100010

Mediu 001100 010100 011100 100100

nalt 001110 010110 011110 100110

Pentru transmisiile de date se pot utiliza clasele TA1-TA4, care nu necesitasigurarea prioritii, iar pentru VoIP se poate folosi clasa de transmisieexpeditiv care asigur cerinele QoS.Transmisia expeditiv (TE) este adecvat aplicaiilor care necesit lrgimede band asigurat. Prioritatea expedierii pachetelor se asigur prinrezervarea unui anumit spaiu de band necesar asigurrii traficului prioritar.Valoarea DSCP recomandat pentru TE este 101110(46). Primii trei biicorespund Precedenei IP 5, care este configuraia recomandat pentrutraficul VoIP.

InfoHighlight

Exemplu de configurare a routerelor de margine ale reelei, folosindmarcarea DSCP pe baz de clase.

access-list 100 permit udp any any range 16384 32000access-list 100 permit tcp any any eq 1720access-list 101 permit tcp any any eq 80class-map voipmatch access-group 100class-map webtrafficmatch access-group 101policy-map dscp_markingclass voipset ip dscp 46 #TE Classclass webtrafficset ip dscp 26 #TA Classinterface Ethernet0/0service-policy input dscp_marking

access-list 100 permit udp any any range 16384 32000access-list 100 permit tcp any any eq 1720access-list 101 permit tcp any any eq 80class-map voipmatch access-group 100class-map webtrafficmatch access-group 101policy-map dscp_markingclass voipset ip dscp 46 #TE Classclass webtrafficset ip dscp 26 #TA Classinterface Ethernet0/0service-policy input dscp_marking

n acest exemplu tot traficul de intrare prin interfaa Ethernet 0/0 este controlati clasificat pe baza clasei voip i webtraffic (class-map voip i class-mapwebtraffic).Comanda de configurare policy-map seteaz DSCP pe clasa de trafic voip 46(valoarea TE=101110) i pe clasa de trafic webtraffic 26 (valoareaTA3=011010).

Clasele DiffServ i switch-urile IP i ATM

Managementul lrgimii de band la PVC (Permanent Virtual Circuit) specificasigurarea lrgimii de band pentru fiecare flux de la origine pn la destinaie.

256 kbps

12 Mbps

68 Mbps

1,5 Mbps

512 kbps

2 Mbps

irurile PVC i alocarea de band fr concept CoS Banda este distribuit inechitabil Managementul lrgimii de band de la PVC nu se folosete n reelele frconexiune.

43 Mbps

La serviciul bazat pe clase, lrgimea de band este alocat pe clase i nu pecircuitul virtual.

IP CoS 1

IP CoS 2

122 Mbps

230 Mbps

IP CoS 3 380 Mbps

irurile bazate pe clase implic o niruire n comutatorul ATM, pentru fiecareCoS.Celulele tuturor LVC (Label Virtual Circuit), pentru fiecare CoS sunt ordonatentr-un singur ir.

Routerele Cisco IP i ATM suport i serviciul IP bazat pe clase (CoS) iserviciul bazat pe circuite virtuale (PVC)

IP CoS 1

IP CoS 2

122 Mbps

230 Mbps

ATM CBR

ATM VBR

IP CoS 3 380 Mbps

42 Mbps22 Mbps56 Mbps

34 Mbps18 Mbps76 Mbps

PVC Permanent Virtual Circuit (RFC-1483)

Cisco 7200 Cisco 7200

ATMATM

A0/0 A0/0A1/1/1 A1/1/2 A3/0/0 A3/0/1

Light Stream 1010 Light Stream 1010

Constana Bucureti Braov ClujIP:172.10.10.1 IP:172.10.10.3

Dezavantajul folosirii circuitelor virtuale

22 Mbps33 Mbps

11 Mbps

16 Mbps

49 Mbps

104 Mbps16 Mbps

16 Mbps

10 Mbps

45 Mbps

55 Mbps

104 Mbps

Reea care utilizeaz lrgimea de band a circuitelor virtuale i fuziunea lor

22 Mbps33 Mbps

11 Mbps

16 Mbps

82Mbps

137Mbps49 Mbps

Orice schimbare (adugare) de band n reeaua de margine conduce la schimbrin alocarea de band a PVC, n reeaua core, cu dificulti n semnalizare.

ATMcore network

16 Mbps

10 Mbps

45 Mbps

55 Mbps

137Mbps49 Mbps

33 Mbps

Avantajele folosirii CoS n loc de PVC

Numrul parametrilor programai este mult mai mic n CoS dect n PVC ntr-oreea cu N noduri:

cu PVC, numrul parametrilor necesari este proporional cu N2,cu CoS, numrul lor este proporional cu N

irurile bazate pe CoS pot fi folosite pe orice tip de link ( PPP over SDH sauWDM)

irurile bazate pe clase sunt echitabile, furniznd o informaie aproximativ,pentru estimri i modelri de trafic al utilizatorului. Astfel, traficul premiumclass de la orice origine spre orice destinaie, are acces pe orice band lsatliber de alt pereche origine-destinaie.

Semnalizarea cap la cap funcioneaz mai bine in CoS dect n PVC (LVC),unde exist o band asignat pentru fiecare link.

Numrul parametrilor programai este mult mai mic n CoS dect n PVC ntr-oreea cu N noduri:

cu PVC, numrul parametrilor necesari este proporional cu N2,cu CoS, numrul lor este proporional cu N

irurile bazate pe CoS pot fi folosite pe orice tip de link ( PPP over SDH sauWDM)

irurile bazate pe clase sunt echitabile, furniznd o informaie aproximativ,pentru estimri i modelri de trafic al utilizatorului. Astfel, traficul premiumclass de la orice origine spre orice destinaie, are acces pe orice band lsatliber de alt pereche origine-destinaie.

Semnalizarea cap la cap funcioneaz mai bine in CoS dect n PVC (LVC),unde exist o band asignat pentru fiecare link.

Ingineria traficului (Traffic engineering)n reelele MPLS

A B

50%

Congestie,posibilitateapierderii de

pachete

20%

Ruta normal

ncrcarea medie a link-urilor[%]

G

D C

50%

E F91%

G

20%

15% 20%

Reea IP

Rerutarea circuitelor LVC MPLS pe link-uri mai puin ncrcate, numaidac acest lucru nu le congestioneaz,

bazat pe PNNI(Private Network-to-Network Interface)A B

50%

E F55%

55% 60%

20%

Ruta aleas deTE

D C

55% 60%

G

Protocol de rutare folosit n reelele ATM, prin care routerele se informeaz reciprocasupra topologiei reelei, astfel nct pot lua decizii de rutare. Se bazeaz pe protocolulOSPF (Open Shortest Path First) i msoar capacitile link-urilor i ntrzierilesurvenite pe acestea.I-PNNI este un protocol de rutare derivat din ATM , care permite routerelor IP sselecteze link-urile pe baza QoS .

Abrevieri

ATM Asynchronous Transport ModeCAR Committed Access RateCIR Committed Information RateCoS Class of ServiceLSR Label Switched RouterLVC Label Virtual CircuitMPLS Multi Protocol Label SwitchingOSPF Open Shortest Path FirstPHB Per Hop BehaviorOSPF Open Shortest Path FirstPHB Per Hop BehaviorPPP Point to Point ProtocolPVC Permanent Virtual CircuitQoS Quality of ServiceSDH Synchronous Digital HierarhySLA Service Level AgreementSVC Switched Virtual CircuitWDM Wavelength Division Multiplexing