PA159 - Protokoly kvality služeb
23. 11. 2007
Protokol RSVP
* Resource reservation Protocol
Protokol, definující, jak jsou rezervovány zdroje na aktivních prvcích mezi
odesílatelem a příjemcem
* Popsán primárně v RFC 2205
* Řada návazných RFC (2206-2210, 2379, 2382, 2490, 2745, 2746, 2747,
2961)
* Přijat IETF jako Internetový standard
* Další informace např. na
http://www.isi.edu/div7/rsvp/rsvp.html
PA159 2 Podzim 2007
RSVP - základní vlastnosti
* Podpora unicastu i multicastu
* Navržen primárně pro multicast
* Jednosmernost: rezervace pro každý směr zvlášt
* Rezervaci iniciuje přijímající strana
* Obě vlastnosti vyplývají z charakteru multicastu
* Soft stav
* Brání nekonečnému blokování rezervovaných prostředků
* Různé styly rezervací (agregace)
PA159 3 Podzim 2007
RSVP - Inicializace
* Zahájena příjemcem dat
* ,,Proti" toku dat
* Postupně až k vysílajícímu
* Možnost agregace požadavků od různých příjemců
* Kombinace s konkrétními protokoly přenosu (viz. ,,mixers" v RTP,
prezentováno později)
* Nezbytný princip pro multicastové skupiny
* Vysílající nezná přijímající
PA159 4 Podzim 2007
RSVP - základní funkcionalita
* Toky
* Relace
* Filtrace
PA159 5 Podzim 2007
RSVP - Toky
* Základní rezervační jednotka
* Specifikace toku
* Třída služby (včetně informace, zda směrovač smí spojovat požadavky)
* Rspec: požadovaná kvalita služby
* Tspec: charakteristika toku
* Oba poslední identifikátory jsou pro RSVP protokol transparentní
* RSVP požadavek přenese
* Ale sám rezervaci zdrojů neprovede (to udělá aktivní prvek)
PA159 6 Podzim 2007
RSVP - Relace
* Zevšeobecnění toku (flow) pro multicastovou skupinu
* Základní atributy:
* Cílová IP adresa
* Identifikátor použitého IP protokolu
* Cílový port
PA159 7 Podzim 2007
RSVP - Filtrace
* Konkretizace práce s tokem/relací
* Specifikace
* Zdrojová adresa
* Zdrojový port (UDP/TCP)
* Tři typy filtrů
* Fixní: explicitní specifikace vysílajícího a současně požadavek na
oddělenou rezervaci (příjem videa z konkrétního zdroje)
* Explicitně sdílená: specifikace vysílajícího, avšak rezervace možno sdílet
(audio, pokud předpokládáme vždy jediný zdroj v konkrétním okamžiku)
* Wildcard: není specifikován vysílající a rezervace může být sdílena (audio)
PA159 8 Podzim 2007
RSVP - Problém nedostatečných zdrojů
* RSVP sdružuje požadavky
* Linky u vysílajícího mohou být přetíženy
* killer-reservation problem:
* Jedna velká rezervace blokuje ostatní
* I když je rozeznán neúspěch ,,výše", ostatní rezervace efektivně
blokovány
* Blockade state - nedovolí sdružení ,,škodného" požadavku na rezervaci
PA159 9 Podzim 2007
RSVP - shrnutí
* RSVP ustavuje spojení/rezervaci přes každý tok
* Problematicky škálovatelné
* Aktivní prvky blízko vysílajícího si musí pamatovat příliš mnoho toků
* Sdílení může částečně pomoci
* Problém oboustranné (všestranné) komunikace
* Příliš mnoho rezervací
* Další vývoj: odstranění rezervačních požadavků per tok
PA159 10 Podzim 2007
Soft State
* Základní princip sítových (webových, gridových, ...) služeb
* Každá služba je aktivní pouze omezenou dobu
* Pokud má služba trvat déle, musí být ,,udržena při životě" - keepalive
zprávy
* Umožňuje korektní reakci na výpadky v distribuovaných systémech
* Nepřijde-li keepalive zpráva, zdroj je uvolněn
* Typicky dynamické rezervace musí být takto realizovány
PA159 11 Podzim 2007
Diferencované služby - DiffServ
* Problémy RSVP:
* Stavová informace v aktivních prvcích
* Neumožňuje uspořádání služeb (tok A má být vždy preferován
* Na druhé straně bez agregace garantuje každému toku jeho požadavky
před tokem B)
* Řešení: diferencovaná služba
* Flexibilní
* Škálovatelné
PA159 12 Podzim 2007
DiffServ - principy
* RFC 2475
* Nedefinuje třídy (classes) služeb
* Místo toho pouze (predefinované) prioritní třídy s různou (opět
predefinovanou) rezervací zdrojů
* Uspořádání (preference), nikoliv absolutní garance
* Poskytuje rámec, tj. funkční komponenty, z nichž je možno
flexibilní službu sestavit
* Hraniční (edge) funkce
* Funkce jádra (core)
PA159 13 Podzim 2007
DiffServ - principy (2)
* Vnitřní (v jádře sítě) smerovace znají několik (málo) tříd a jejich
prioritu
* Hraniční smerovace každý příchozí paket zařadí do jedné
konkrétní třídy
* Podle dohody mezi poskytovatelem služby a uživatelem
* Jádro prioritizuje pakety podle návěstí toku
* Uvnitř toků opět pouze best effort
PA159 14 Podzim 2007
DiffServ - hraniční funkce
* Klasifikace paketů
* Nastaví DS (Differentiated Service) pole IP paketu
* Rozdělí pakety do tříd
* Úprava toku (traffic conditioning)
* Pakety zahodí, zdrží, pošle dál
* Podle nastavené dohody (SLA, Service Level Agreement) a skutečného
chování uživatele
PA159 15 Podzim 2007
DiffServ - funkce jádra
* Přeposílání (forwarding)
* per-hop behavior (PBH) spojen s každou třídou
* Závisí pouze na označení paketu (poli DS)
* Nepotřebuje stavovou informaci o tocích ve směrovacích
* Pojem behavior aggregate
PA159 16 Podzim 2007
DiffServ - Klasifikace
* DS pole nahrazuje původní TOS pole (Type of Service)
* 8 bitů, dvě části
* DSCP (Differentiated Service Code Point): 6 bitů, definuje PHB
* CU (Currently Unused): 2 bity, jméno říká vše
* Dva kroky
* Klasifikace: např. výchozí/cílová IP adresa, číslo portu, ...
* Do které třídy patří
* Označení (marking): v závislosti na klasifikaci
* Nastavení příznaku DSCP
* Pravidla klasifikace nedefinována v rámci DiffServ skupiny
PA159 17 Podzim 2007
DiffServ - úprava toku
* Profil toku (traffic profile): dohodnut s uživatelem
* Měřicí funkce: kontroluje shodu
* Shaper/Dropper: podle výsledku měření buď zdrží nebo zahodí
pakety, které neodpovídají dohodnutému profilu
PA159 18 Podzim 2007
DiffServ - jádro
* Per-hop behavior
* Každý směrovač odpovídá za přenos na další směrovač v cestě
* Rozhodování striktně podle označení paketů
* Definice:
A description of the externally observable forwarding behavior of
a DiffServ node applied to a particular DiffServ behavior aggregate.
PA159 19 Podzim 2007
DiffServ-PHB
* Expedited forwarding (EF), RFC 2598
* Rychlost přeposílání paketů pro danou třídu musí být alespoň dohodnuté
úrovně
* Implikuje izolaci tříd
* Jednoduchá abstrakce spojení s minimální garantovanou kapacitou
* Assured forwarding (AF), RFC 2597
* Složitější - viz dále
PA159 20 Podzim 2007
DiffServ - Assured Forwarding
* 4 třídy, každá s konkrétní minimální garantovanou kapacitou
a velikostí bufferů
* Každá třída rozdělena do tří kategorií podle ,,drop preference"
* Použity při přetížení: prioritně zahazovány pakety s nejvyšší drop
preferencí
* AF (i EF) musí být vždy doplněno ,,policy", tedy konkrétní
dohodou s uživatelem a současně zajištěním, že celková
kapacita sítě umožňuje garance dodržet.
PA159 21 Podzim 2007
DiffServ- shrnutí
* Výrazné zjednodušení
* Shora omezený počet různých tříd
* Nezávislý na počtu uživatelů
* Pouze statistické garance
* Rozdělení sítě na ,,hranici" a ,,jádro"
* Odlišná role
* ,,Inteligence" soustředěna na hranici
* Jádro pouze ,,přesouvá" pakety co největší rychlostí
PA159 22 Podzim 2007
ATM a kvalita služeb
* Asynchronous Transfer Mode
* Snaha o spojení datově orientovaných a přepojovaných sítí
* Příliš dlouhý standardizační proces
* V současné době považováno za mrtvou větev
* Používá se
* ale dále vývoj nepokračuje (není definováno pro skutečně vysoké rychlosti
přenosu)
* Zajímavé koncepty v oblasti QoS
* Zejména s ohledem na dobu vzniku
PA159 23 Podzim 2007
ATM - kategorie služeb
* Služby reálného času
* CBR (Constant Bit Rate)
* rt-VBR (real-time Variable Bit Rate)
* Ostatní služby
* nrt-VBR (non-real-time Variable Bit Rate)
* ABR (Available Bit Rate)
* UBR (Unspecified Bit Rate)
PA159 24 Podzim 2007
Služby reálného času
* CBR
* Abstrakce vlastní (soukromé) linky
* Trvalý datový tok
* rt-VBR
* Proměnlivý datový tok
* Umožňuje flexibilnější alokaci kapacity sítě
PA159 25 Podzim 2007
Ostatní služby
* nrt-VBR
* Proměnlivý datový tok se slabšími požadavky na zpoždění a rozptyl
* Definována
* Špičkovou kapacitou (počet buněk za sekundu)
* Průměrnou přenosovou kapacitou
* ,,Burstiness", tj. parametrem definujícím variabilitu toku v čase
* UBR
* Emulace klasických (best effort) datových sítí
* Využívá kapacitu, která ,,zbude" (není využita) VBR a CBR toky
PA159 26 Podzim 2007
ˇ Řízený tok
* Reaguje na aktuální zatížení sítě
* Parametry
* Špičková kapacita
* Minimální kapacita
59
R
Podzim 2007
Atributy/charakteristiky toku dat
* Popis toku
* Použity při sestavování obvodu
* Parametry kvality služby
* Charakterizují výkon (kvalitu) konkrétního spojení
* Další charakteristiky specifické pro ABR
PA159 28 Podzim 2007
Popis toku
* Charakteristika zdroje
* Špičková kapacita (PCR)
* Průměrná (udržitelná) kapacita (SBR)
* Minimální kapacita (MBR)
Maximální velikost špičky (MBS, počet buněk)
* Tolerance variace zpoždění (CDVT); vnesena sítí
* Definice shody
* Dnes analogie se značkováním v DiffServu
PA159 29 Podzim 2007
QoS parametry
* Variace zpoždění mezi špičkami (Peak-to-peak cell delay
variation, CDV)
* dohodnuto, na rozdíl od CDVT, které je nastaveno
* musí vyhovovat požadavkům uživatele
* CDVT představuje horní mez CDV
* Maximální zpoždění (Maximum cell transfer delay, maxCTD)
* Podíl ztracených buněk (Cell loss ratio, CLR)
* Konkrétní buňky používají navíc CLP pole (Cell Loss Priority, 1 bit)
PA159 30 Podzim 2007
Sítový kontrakt
* Při ustavení spojení
* Kategorie služby
* Parametry toku
* Požadované a akceptovatelné hodnoty QoS parametrů
* Požadavek akceptován pouze je-li dostatek prostředků
* Uzavřen sítový kontrakt (traffic contract)
* Vytvořen virtuální okruh (VC, statický (PVS) nebo dynamicky (SCV))
PA159 31 Podzim 2007
Řízení užití sítě
* Usage Parameter Control, UPC
* Monitoruje sít
* Kontroluje shodu kontraktu s realitou
* Zakročuje proti porušení kontraktu
* Použití již prezentovaných principů
* Token/leaky buket algoritmy
- Využití CLP pole
PA159 32 Podzim 2007
ABR
* Používá uzavřený okruh (určitá analogie TCP)
* Základní parametry
* Povolená rychlost (Allowed Cell Rate, ACR)
* Minimální rychlost (Minimum Cell Rate, MCR)
* Špičková rychlost (Peak Cell Rate, PCR)
* Počáteční rychlost (Initial Cell Rate, ICR)
* Zpětná vazba
PA159 33 Podzim 2007
ABR - zpětná vazba
* Začátek přenosu: ACR = ICR
* Hodnota ACR se dynamicky upravuje podle stavu sítě
* Resource Management (RM) buňky
Tři pole
* Indikace zahlcení(Cl)
* Indikace nezvýšení (NI)
* Explicitnípřenosová rychlost (Explicit Cell Rate, ECR)
PA159 34 Podzim 2007
ABR - algoritmus
if CI = 1
sniž ACR proporčně k jeho aktuální hodnotě,
avšak nejvýše na MCR
else if NI = 0
zvyš ACR proporčně k hodnotě PCR, avšak nejvýše na PCR
if ACR > ER
ACR = max(ER, MCR)
PA159 35 Podzim 2007
ABR - řídící buňky
* Forward RM (FRM)
* Generovány zdrojem dat (obvykle každá 32. buňka)
* Pole nastavena zdrojem (Cl=0, Nl=0 nebo 1, ER nějak)
* Pole modifikována ATM přepínači
* Backward RM (BRM)
* Reakce příjemce na obdrženou FRM
* Pole opět modifikována přepínači
PA159 36 Podzim 2007
Provoz s real-time vlastnostmi
* Typicky multimediální data
* nízké zpoždění
* nízký rozptyl
* nemusí mít vysoké požadavky na propustnost
* Hard a soft real-time aplikace:
* Soft: toleruje určitý (malý) počet/frekvenci výpadků
* Hard: žádná tolerance k výpadkům
PA159 37 Podzim 2007
RTP
* Real-time protocol, RTP (RFC 1889)
* Vhodný pro soft real-time provoz
* Základní principy:
* Rámce na aplikační úrovni
* Integrace přenosových vrstev
* Určitá náhrada TCP tam, kde striktní požadavky TCP nejsou
třeba
* aplikace toleruje jisté výpadky
* aplikace nemůže tolerovat přílišné zpoždění (vnesené retransmisí)
PA159 38 Podzim 2007
Rámce na aplikační úrovni
* Aplikace může akceptovat určitou míru výpadků
* O retransmisi musí rozhodnout aplikace
* Místo úplné retransmise může zvolit méně náročný formát dat
* V případě retransmise může poslat jinak formátovaná data
* Nemusí ukládat všechna data pro případ retransmise (data se přepočítají
nebo se nepošlou)
PA159 39 Podzim 2007
Integrace přenosových vrstev
* Propojení několika v ISO OSI modelu oddělených vrstev
* Hlavním cílem efektivita
* RTP běží nad UDP, přidává např. číslování, ale neposkytuje plný
zabezpečený transportní protokol
* Musí být kombinováno s aplikační vrstvou
* Ta dodává další vlastnosti, patřící aplikační vrstvě (např. zabezpečení,
retransmisi, ...)
PA159 40 Podzim 2007
RTP - základy
* RTP garantuje přenos v rámci relací (session)
* Každá relace je definována:
* RTP číslem portu
* RTCP číslem portu (RTCP je Real-time Control Protocol)
* IP adresami účastníků; může jít buď o skupinu unicastových IP adres nebo
o adresu multicastové skupiny
* Sestavení relace není součástí RTP/RTCP
* Primárně určen pro multicastové prostředí
PA159 41 Podzim 2007
RTP - hlavička
* Verze (2bity)
* Zarovnání (1bit), signalizuje, zda je RTP paket zarovnaný
* Rozšíření (1bit), experimentální
* Počet CSRC (4bity), počet CSRC identifikátorů v datagramu
* Značka (1bit), interpretace závisí na typu dat (např. konec videorámce)
* Typ dat (7bitů), např. GSM audio (3) nebo nv video (28)
* Pořadové číslo (16bitů)
* Časová známka (32bitů), generována hodinami zdroje, jednotka je funkcí typu
dat
* Identifikátor zdroje (32bitů), jednoznačný identifikátor vysílacího zdroje
v rámci relace; následován jedním nebo více identifikátorů zdrojů dat
PA159 42 Podzim 2007
RTP - relays
* RTP používá relays (přenašeče)
* pokud není možno data doručit přímo, je využit prostředník
* vůči zdroji vystupuje jako příjemce
* vůči skutečnému příjemci vystupuje jako zdroj
* Dva typy prostředníků
* přenašeče (translators)
* spojovače (mixers)
PA159 43
RTP - translators
* Jednoduché prostředníky, pouze jeden zdroj dat
* Mohou měnit formát dat
* Mohou použít jiné přenosové protokoly nižších úrovní (jiný pro
příjem a jiný pro vysílání)
* Příklady
Převod vysokokvalitního videa do méně zatěžujícího formátu
* Převod multicastu do jednoho nebo více unicastových proudů (do míst,
kam nevede multicast)
PA159 44 Podzim 2007
RTP - mixers
* Přijímá více vstupních proudů
* Kombinuje (mixuje) vstupní proudy a vytváří jeden nebo více
výstupních
* Přidává vlastni časové známky do spojeného proudu (skládané
proudy nemusí být synchronní)
* Příklad
* Spojování audio proudů (obvykle pouze jeden zdroj vysílá)
PA159 45 Podzim 2007
RTCP - principy
* RTP přenáší pouze uživatelská data
* Řídící informaci obstarává RT Control Protocol
* Funguje na principu multicastu
* Čtyři základní funkce:
* Řízení kvality služby
* Identifikace
* Odhad počtu účastníků relace
* Řízení relací
PA159 46 Podzim 2007
RTCP - řízení kvality služby
* Sender reports
* Obsahují informaci o vysílaných datech (rychlost, kvalita,...)
* Receiver reports
* Informace o problémech (ztráty, zpoždění, rozptyl, ...)
PA159 47 Podzim 2007
RTP - shrnutí
* Protokol určený pro specifikaci real-time dat
* Musí být doplněn konkrétní aplikační vrstvou (přenos zvuku či
audia v konkrétním kódování, ...)
* Určen pro multicastové vysílání, použitelný i v rámci unicastu
* Neřeší vlastní problém ustavení cesty, která by garantovala
potřebné parametry přenosu
* Dobře kombinovatelný s RSVP
PA159 48 Podzim 2007