Qualità di servizio

Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Introduzione alla
qualità del servizio
Gruppo Reti TLC
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http://www.telematica.polito.it/
TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 1
Qualità di servizio
• Cosa si intende per qualità di servizio
• Qualità del servizio legata alle prestazioni viste dal
traffico utente
– Definire indici di qualità
• Esempi di indici di qualità:
– velocità (in bit/s), throughput, banda
– ritardo (valor medio, percentile, valore massimo, varianza o
jitter)
– probabilità di perdita
– probabilità di errore
– probabilità di blocco
– probabilità di guasto o disponibilità (availability)
TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 2
– tempi di ripristino a seguito di guasto…
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Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Qualità di servizio
• Tipologie di traffico diverse richiedono alla
rete prestazioni diverse
– Voce telefonica
• banda garantita costante
• ritardo basso
– Traffico dati
• probabilità di perdita bassa
• Fornire QoS in ambiente eterogeno è più
difficile (eterogeneità del traffico)
• Fornire QoS a traffico imprevedibile è più
difficile (caratterizzazione del traffico)
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Durata collegamento [s]
Eterogeneità del traffico
105
video
104
103
102
101
1
hi-fi audio
1 ora
1 min
telemetria
101
video conferenza
dati a bassa
velocità
voce
video
telefonia
facsimile
102 103 104 105 106 107
1 Mbit/s
1 kbit/s
dati
ad alta
velocità
108
Velocità
[bit/s]
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Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Caratterizzazione delle sorgenti di
informazione
• Sorgenti CBR:
– velocità (bit/s)
– durata (s)
– processo di generazione delle chiamate
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Caratterizzazione delle sorgenti di
informazione
• Sorgenti VBR:
– velocità media (bit/s)
– velocità di picco (bit/s) oppure
– grado di intermittenza
• velocità di picco / velocità media
– durata del burst
– durata (s)
– processi di generazione delle chiamate
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Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Caratterizzazione traffico
Burstiness= Velocità picco/Velocità media
Burstiness
1000
Terminali
alfanumerici
100
10
103
velocità
immagini
Terminali
grafici
dati non
LAN
connessi
dati
bassa
veloc.
compresso
HDTV
VIDEO
voce
1
Connessione
di
supercalcolatori
LAN alta
Trasmissione
104
105
audio
106
non compresso
107
108
109
1010
Velocità di picco [bit/s]
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Qualità di servizio
• Esempi di reti
– Rete telefonica fissa
– Rete Internet
– Rete B-ISDN
• Esaminiamo in modo informale la qualità di
servizio offerta in tali reti
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Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Rete telefonica
• Caratteristiche
– sorgente completamente nota (CBR)
– banda dedicata, quindi no congestione
– ritardo massimo pari a qualche decimo di
secondo (tempo reale)
– probabilità di errore non superiore a qualche %
– probabilità di perdita nulla
– probabilità di blocco non nulla ma bassa
• QoS in larga misura indipendente dagli altri
utenti
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Rete Internet
• Caratteristiche
– sorgente ignota
– totale condivisione di risorse
– banda e ritardo non noti
– congestione possibile e probabilità di perdita
– probabilità di blocco nulla
• QoS in larga misura dipendente dagli altri
utenti
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Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Rete B-ISDN
• Situazione intermedia
– sorgenti note (in modo deterministico e/o
statistico)
– banda e ritardo negoziabili
– probabilità di blocco
– probabilità di perdita
• QoS dipendente dagli altri utenti a seconda
di come gestisco la rete
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Qualità di Servizio
• Problema di progetto
• Dato:
– caratterizzazione traffico
– comportamento utenti
• si vuole ottenere:
– QoS utente garantita
– alta utilizzazione della rete
• Senza obiettivo di alta utilizzazione problema
diventa semplice
– overprovisioning (sovradimensionamento)
TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 12
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Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Progetto
• Si può agire su tempi diversi (con
complessità diverse)
• Pianificazione
– dimensionamento in base a stime
– definizione criteri di instradamento
• Gestione
– fare fronte a malfunzionamenti
• Connessione
• Trasporto unità dati
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QoS studiata nel corso
• Agire, con obiettivo di alta utilizzazione della rete, a
livello di
– Connessione
– Trasporto unità dati
• Anche denominato problema di controllo del traffico
• Necessario definire cosa si intende per
connessione. Classificazione dati.
• Due possibilità di controllo del traffico
– Controllo preventivo: agisce principalmente ai bordi della
rete controllando traffico in ingresso per evitare insorgere
di situazioni di congestione
– Controllo reattivo: rimedia a situazioni critiche quando si
verificano
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Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
•
•
•
•
Controllo del traffico:
elementi essenziali
Rete orientata alla connessione
Interfaccia di servizio utente-rete
Allocazione di risorse (banda e memoria)
Algoritmi di controllo del traffico
– CAC (Connection Admission Control) e instradamento
– Schedulazione nei nodi di commutazione e gestione
delle memorie (allocazione, scarto)
– Verifica di conformità (policing o UPC Usage Parameter
Control)
– Sagomatura del traffico (shaping)
– Controllo della congestione
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Controllo del traffico:
rete orientata alla connessione
• Permette di conoscere su quali elementi
della rete agire (conosco percorso)
– commutazione di circuito
– commutazione di pacchetto con servizio a
circuito virtuale
• Se voglio alta utilizzazione meglio
– commutazione di pacchetto
• Commutazione di pacchetto con servizio
circuito virtuale
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Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Controllo del traffico:
interfaccia di servizio utente rete
• Maggiore conoscenza si ha del traffico in rete meglio si può
sperare di controllare. Limite è complessità.
• Sull’interfaccia di servizio
– Caratterizzo traffico
– Negozio qualità di servizio
•
•
•
•
•
Definibile su base contrattuale o su base chiamata
Telefonia: implicita, su base contratto
Internet: inesistente
Frame relay: negoziabile su base contratto
B-ISDN: negoziabile con traffic contract su base contratto e
chiamata
• Internet evoluta per QoS: negoziabile con service level
agreement su base contratto (prevalentemente)
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Controllo del traffico:
allocazione di risorse
• Risorse principali:
– Velocità di trasmissione sui canali
– Memorie
• Si possono allocare risorse
– su base prenotazione
– su base chiamata
– su base pacchetto
• Allocazione
– esclusiva
– condivisa
TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 18
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Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Algoritmi: CAC e instradamento
• Instradamento
– Scelta percorso/i per collegare due o più utenti
• CAC
– determinare se accettare o meno una connessione sulla base
•
•
•
•
scelta del percorso effettuata dall’algoritmo di instradamento
caratterizzazione del traffico
richieste di QoS
situazione della rete
• Non danneggiare le connessioni già presenti in rete
• Necessario rifiutare chiamate per evitare sovracarico
permanente
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Algoritmi: schedulazione e
gestione memorie
• Scheduling
– scelta unità dati da trasmettere tra unità dati presenti
nel commutatore
• Gestione memorie
– allocazione (parziale/totale, esclusiva/condivisa)
memorie nel commutatore
– politiche di scarto unità dati
• Necessario per eterogeneità richieste QoS
– politica FIFO con scarto drop-tail ottima in ambiente
omogeneo
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Introduzione alle Reti di Telecomunicazione
Algoritmi: policing e shaping
• Policing
– controllo da parte della rete che il traffico sia conforme
alla caratterizzazione
• Shaping
– adattamento caratteristiche del traffico generato per
soddisfare caratterizzazione
• Necessario per controllare onestà utenti o per
adattare traffico difficilmente controllabile a priori
• Dove eseguono algoritmi
– solo ai bordi, ovvero all’accesso?
• Problema sono punti di multiplazione
– in accesso e in rete
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Algoritmi: controllo congestione
• Congestione
– eccesso di traffico da trasportare su un canale rispetto
alla capacità del canale
• Può insorgere a causa
– variabilità a breve termine del traffico
– politiche di allocazione condivisa per aumentare
utilizzazione della rete
• Effetto congestione
– aumento occupazione memorie e ritardi
– perdita dati
• Necessario per sfruttare bene canali disponibili
• Esercitato in rete, ai bordi? TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 22
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