QoS en la Internet de Banda Ancha Servicios Diferenciados en la Internet Luis Guijarro Coloma http://www.upv.es/~lguijar Estructura Concepto Objetivo, antecedentes, requisitos Elementos básicos de la Arquitectura Escenario de provisión Asignación del Servicio y de los Recursos Ejemplos de asignación Iniciativa Qbone Servicios Diferenciados en la Internet 1
Objetivo DiffServ Tratamiento diferenciado del tráfico en Internet según aplicaciones según clientes Objetivo DiffServ Escalabilidad Internet: 110 millones de nodos 1 y una tasa anual de crecimiento 300%-700% direccionamiento encaminamiento seguridad calidad de servicio 1 Hobbes' Internet Timeline v5.3 Servicios Diferenciados en la Internet 2
Concepto DiffServ Es esencialmente un esquema de prioridades relativas Ofrece QoS relativa a agregados Suposición El tráfico dominante en Internet continuará siendo best-effort Concepto DiffServ Símil clases de servicio TURISTA Servicios Diferenciados en la Internet 3
Concepto DiffServ Símil DiffServ: Facturación aeropuerto TURISTA Antecedentes DiffServ Campo Type of Service (TOS) 3-bit precedence 0 (peor tratamiento)-7 (mejor tratamiento) 3-bit TOS bits D (low delay) bit T (high throughput) bit R (high reliability) Inconvenientes implementación propietaria RFC 791 Servicios Diferenciados en la Internet 4
Antecedentes DiffServ Internet de Servicios Integrados: IntServ/RSVP Ofrecer QoS cuantitativa a un flow Parámetros de tráfico Parámetros de QoS RFC 2205 RFC 2211 RFC 2212 Los routers aceptan/rechazan las reservas para un flow Protocolo RSVP Antecedentes DiffServ Símil IntServ: Asientos avión TURISTA Servicios Diferenciados en la Internet 5
Antecedentes DiffServ Internet de Servicios Integrados: IntServ/RSVP Inconvenientes Falta de escalabilidad en core routers Requerimientos funcionales altos en todos los routers Implantación global para ofrecer guaranteed service Requisitos DiffServ Implantación progresiva y retrocompatible Poca carga en core routers Diferenciación tráfico Diferenciación usuarios Servicios Diferenciados en la Internet 6
Arquitectura DiffServ Elementos básicos de la arquitectura Campo Differentiated Services Comportamientos PHB Escenario de provisión Ejemplo de provisión Asignación del Servicio y de los Recursos Arquitectura DiffServ Campo Differentiated Services Comportamientos PHB Servicios Diferenciados en la Internet 7
Campo Differentiated Services El usuario marca los datagramas: codificando un valor DSCP (Differentiated Services Codepoint) en el campo DSfield, que ocupa los 6 bits más significativos de IPv4 campo Type Of Service (RFC 791) IPv6 campo Traffic Class (RFC 2460) RFC 2474 Campo Differentiated Services El usuario marca aquellos datagramas: que son los que el usuario desea marcar direcciones IP origen/destino protocol ID puerto origen/destino que son los que cumplen el patrón de tráfico acordado Servicios Diferenciados en la Internet 8
Per-Hop Behavior (PHB) Concepto Cada router otorga un tratamiento diferenciado a cada datagrama en función del valor DSCP Tipos normalizados default class-selector expedited forwarding assured forwarding Default y Class-Selector Default RFC 2474 destinado a proporcionar el servicio actual de Internet Class-selector se corresponden con los 7 valores Precedence de IPv4: 001000 a 111000 aquella PHB de mayor valor DSCP tiene mayor probabilidad de que sus datagramas sean conmutados antes Servicios Diferenciados en la Internet 9
Expedited Forwarding (EF) Valor DSCP igual a 101110 Características El tráfico EF experimenta valores bajos de: pérdida, retardo y jitter Mecanismos No se generen colas de tamaño considerable Cada router reserva un valor mayor o igual a un valor configurable de ancho de banda Servicio Premium RFC 2598 Servicios Premium (o Virtual Leased Line) Tráfico no supera una tasa de pico Mecanismo red otorga prioridades altas en las colas de los routers QoS bajo retardo y baja variabilidad de retardo Servicios Diferenciados en la Internet 10
Assured Forwarding (AF) Valor DSCP RFC 2597 define 4 clases AF (cccxxx) y dentro de cada clase, 3 niveles de prioridad ante pérdidas (xxxppp), que forman un grupo Características El tráfico AF experimenta valores bajos de pérdida Mecanismos Preferentemente descartará datagramas con valor alto de prioridad Cada router reserva una cantidad mínima de recursos para cada clase AF Servicio Assured Servicios Assured Tráfico no supera un determinado perfil Mecanismo de red no descarta sus datagramas en los routers QoS mejor fiabilidad que best-effort Servicios Diferenciados en la Internet 11
Escenario de provisión SLS (Service Level Specification) Utilidad Permite que un cliente reciba DiffServ de su ISP Contenido Clases de servicio soportadas Cantidad de tráfico permitido en cada clase Tipos estáticos dinámicos Escenario de provisión Edge router Leaf router Border router red corporativa 1 Border router Core router Edge router ISP red corporativa 2 Servicios Diferenciados en la Internet 12
Leaf routers Leaf router Clasificador MF (Multifield) Selecciona en función de varios campos Medidor (metering) Mide y comprueba propiedades temporales flujo Marcador (Marking) Asigna valor DSCP Planificador/Gestor Clasif. MF Med. 1 Med. 2 Marc. 1 Marc. 2 Planif. Core routers Clasificador BA (Behavior Aggregate) Selecciona en función del campo DSfield Gestor de memoria (Buffer management) Asigna buffers Planificador (Scheduling) Disciplina de servicio Clasif. BA Core router Planif. Servicios Diferenciados en la Internet 13
Border routers Clasificador BA Medidor Marcador Dropper (policing) Descarta datagramas no conformes Planificador/Gestor Clasif. BA Border router Med. 1 Med. 2 Marc. Drop Planif. Edge routers Edge router Clasificador BA Medidor Marcador Conformador (shaping) Retrasa datagramas para forzar conformidad Planificador/Gestor Clasif. BA Med. 1 Med. 2 Marc. Conform. Planif. Servicios Diferenciados en la Internet 14
Ejemplo Provisión Servicios y PHB Premium EF PHB Assured AF PHB: una clase y una prioridad Best-effort Default Planificación FCFS con prioridades Dos colas Cola alta prioridad se sirve según FCFS (First-Come First-Served) Cola baja prioridad sólo se sirve cuando no hay datagramas de alta prioridad en espera se sirve según FCFS Servicios Diferenciados en la Internet 15
Gestión de Memoria RED (Random Early Detection) se activa por umbral descarta datagramas aleatoriamente RED with In and Out maneja dos umbrales umbral A activa RED para flujo Out umbral B activa RED también para el flujo In B A Out In Medición Datagrama conforme el datagrama encuentra tantos tokens como su tamaño Datagrama no conforme al contrario b >= m b 1/r? b b < m m Servicios Diferenciados en la Internet 16
Leaf routers Leaf router EF sí Marc. EF Clas. MF BE AF no sí Marc. AF Core routers EF prioridad alta Core router Clas. BA prioridad baja AF y BE RIO EF AF BE Servicios Diferenciados en la Internet 17
Border routers Border router EF sí Clas. BA AF sí BE no Desmarc. AF Edge routers Edge router EF Clas. BA AF sí BE no Desmarc. AF Servicios Diferenciados en la Internet 18
Asignación del Servicio Concepto Aplicable en la red del cliente Cómo compartir el servicio especificado en el SLS Alternativas 1 BB Estación Bandwidth Broker (BB) 3 LR 2 4 red corporativa 1 ER1 5 Asignación de recursos Concepto Aplicable en la red del ISP Cómo configurar los border routers para manejar el tráfico entrante Alternativas BB2 distribuida ER1 border routers centralizada bandwidth broker BR1 CR ISP BR2 Servicios Diferenciados en la Internet 19
Ejemplo asignación A 1 2 3 LR 4 red corporativa 1 Bandwidth Broker ER1 5 6 7 BR1 CR ISP Servicio Assured, SLS estático, BB en red corporativa BR2 8 red corporativa 2 ER2 9 9 Ejemplo asignación B BB1 1 3 8 7 2 7 ER1 BB2 Servicio Premium, SLS dinámico, BB en red corporativa e ISP 4 LR 11 10 red corporativa 1 12 13 BR1 14 6 6 CR ISP 15 ER2 BR2 5 red corporativa 2 16 BB3 Servicios Diferenciados en la Internet 20
Internet2 Qbone http://www.internet2.edu/qbone Iniciativa Qbone (1998) Internet2 QoS WG Testbed DiffServ inter-dominios Participantes vbns, Abilene, Esnet, NREN, etc. Arquitectura Qbone Servicio Premium, basado en EF PHB Despliegue progresivo de BB Cosas que recordar DiffServ se planteó en 1997 como una alternativa a IntServ para proporcionar QoS en Internet DiffServ no trata flujos sino agregados DiffServ no proporciona una QoS cuantitativa Los ISP y los fabricantes abogan por una diferenciación al estilo DiffServ Servicios Diferenciados en la Internet 21