Caso di studio: la rete FastWeb

(1)

Ritardi e perdite di pacchetti

Caso di studio: la rete FastWeb

Ritardi e perdite di Ritardi e perdite di

pacchetti pacchetti

Caso di studio: la rete Caso di studio: la rete

FastWeb

(2)

Contenuti del corso Contenuti del corso

Æ La progettazione delle reti Æ La progettazione delle reti

Æ Il routing nelle reti IP Æ Il routing nelle reti IP

Æ Il collegamento agli Internet Service Provider e problematiche di sicurezza

Æ Analisi di traffico e dei protocolli applicativi

Æ Multimedialità in rete Æ Multimedialità in rete

Æ Tecnologie per le reti future

Æ Tecnologie

per le reti future

(3)

Contenuti del corso Contenuti del corso

Æ La progettazione delle reti Æ La progettazione delle reti

Æ Il routing nelle reti IP Æ Il routing nelle reti IP

Æ Il collegamento agli Internet Service Provider e problematiche di sicurezza

Æ Analisi di traffico e dei protocolli applicativi

Æ Multimedialità in rete Æ Multimedialità in rete

Æ Tecnologie per le reti future

Æ Tecnologie

per le reti future

(4)

Argomenti della lezione Argomenti della lezione

Î Ritardi nelle commutazione di pacchetto e perdita di

pacchetti

Î Ritardi nelle commutazione di pacchetto e perdita di

pacchetti

Î Caso di studio: la rete FastWeb

Î Caso di studio: la rete

FastWeb

(5)

Ritardi Ritardi

elaborazione elaborazione

coda coda

propagazione propagazione

trasmissione trasmissione

A A B B

Questi ritardi determinano

il ritardo totale al router A

Questi ritardi determinano

il ritardo totale al router A

(6)

Ritardo di elaborazione Ritardo di elaborazione

Î Tempo necessario ad esaminare il pacchetto e a determinarne

l’instradamento

Î Tempo necessario ad esaminare il pacchetto e a determinarne

l’instradamento

Î Comprende anche il controllo degli errori

Î Il pacchetto viene poi inviato alla coda di trasmissione

Î Ordine di grandezza:

microsecondi (o inferiore) Î Ordine di grandezza:

microsecondi (o inferiore)

(7)

Î Tempo di attesa prima della trasmissione

Î Dipende da quanto pacchetti precedenti sono già in coda Î Dipende da quanto pacchetti

precedenti sono già in coda

Î È zero se non ci sono pacchetti né in coda né in trasmissione

Î Dipende dall’intensità e dalla natura del traffico

Î Ordine di grandezza:

dai microsecondi ai millisecondi

Î Ordine di grandezza:

dai microsecondi ai millisecondi

Ritardo di coda

(8)

Î Tempo necessario a trasmettere tutti i bit del pacchetto

Î Dipende dalla velocità R del link e dalla lunghezza L del pacchetto Î Dipende dalla velocità R del link

e dalla lunghezza L del pacchetto

Esempio:

L = 1500 byte = 12000 bit L = 1500 byte = 12000 bit

R = 100 Mb/s R = 100 Mb/s

d

_tras

= L/R = 120 ms d

_tras

= L/R = 120 ms

Ritardo di trasmissione

(9)

Î Tempo necessario al segnale per transitare lungo l’intera lunghezza del link fisico

Î Dipende dalla lunghezza l del link e dalla velocità di propagazione s sul mezzo (circa 2 ·10

⁸

m/s)

Î Dipende dalla lunghezza l del link e dalla velocità di propagazione s sul mezzo (circa 2 ·10

⁸

m/s)

l = 1 km (LAN), s = 2 ·10

⁸

m/s l = 1 km (LAN), s = 2 ·10

⁸

m/s

d

_prop

= l/s = 5 ms d

_prop

= l/s = 5 ms

l = 72000 km (satellite), l = 72000 km (satellite),

s = 3 ·10

⁸

m/s s = 3 ·10

⁸

m/s

d

_prop

= l/s = 0.24 s d

_prop

= l/s = 0.24 s

Ritardo di propagazione Ritardo di propagazione

Esempio:

(10)

Ritardo totale al nodo Ritardo totale al nodo

A seconda del tipo di collegamento alcuni valori possono essere

trascurabili

A seconda del tipo di collegamento alcuni valori possono essere

trascurabili

d d nodo _nodo = = d d elab _elab + + d d coda _coda + d + d tras _tras + + d d prop _prop

(11)

Î d

coda

non è costante:

varia da pacchetto a pacchetto Î d

coda

non è costante:

varia da pacchetto a pacchetto Î A causa della lunghezza finita

dei buffer di memoria può

determinare la perdita di pacchetti Î A causa della lunghezza finita

dei buffer di memoria può

determinare la perdita di pacchetti

Ritardo di coda

e perdita dei pacchetti Ritardo di coda

e perdita dei pacchetti

(12)

Ritardo di coda

e intensità di traffico Ritardo di coda

e intensità di traffico

a a = velocità media di arrivo = velocità media di arrivo

dei pacchetti (pacchetti/s) dei pacchetti (pacchetti/s)

L L = lunghezza dei pacchetti (in bit) = lunghezza dei pacchetti (in bit) Si accodano L · a bit/s

Si accodano L · a bit/s

(13)

Ritardo di coda

e intensità di traffico Ritardo di coda

e intensità di traffico

R R = velocità di trasmissione (b/s) = velocità di trasmissione (b/s)

L · a/R = intensità di traffico se L · a/R>1 la lunghezza

della coda cresce senza limiti ed il ritardo tende ad infinito L · a/R = intensità di traffico se L · a/R>1 la lunghezza

della coda cresce senza limiti

ed il ritardo tende ad infinito

(14)

Anche se L · a/R<1 è possibile

la perdita

di pacchetti perché la distribuzione dei tempi di arrivo

è casuale

(possono arrivare a gruppi)

Anche se L · a/R<1 è possibile

la perdita

di pacchetti perché la distribuzione dei tempi di arrivo

è casuale

(possono arrivare

a gruppi) L · a/R L · a/R ritardo media di coda

ritardo media di coda

1 1

Ritardo di coda

e intensità di traffico Ritardo di coda

e intensità di traffico

(15)

Î Se un pacchetto in arrivo trova la coda piena, viene scartato

Î All’aumentare dell’intensità

di traffico aumenta la probabilità di perdita di pacchetti

Î All’aumentare dell’intensità

di traffico aumenta la probabilità di perdita di pacchetti

Î I pacchetti persi possono essere recuperati mediante ritrasmissioni da parte del livello di trasporto

o delle applicazioni

Î I pacchetti persi possono essere recuperati mediante ritrasmissioni da parte del livello di trasporto

o delle applicazioni

Perdita di pacchetti

(16)

Î Effetto combinato dei ritardi in tutti i nodi attraversati

Î In presenza rete omogenea

con poco traffico (d

coda

= 0) e Q-1 router da attraversare:

d

end-to-end

= Q (d

elab

+ d

tras

+ d

prop

) compreso il ritardo dell’host

sorgente

Î In presenza rete omogenea

con poco traffico (d

coda

= 0) e Q-1 router da attraversare:

d

end-to-end

= Q (d

elab

+ d

tras

+ d

prop

) compreso il ritardo dell’host

sorgente

Ritardo end-to-end

(17)

Caso di studio:

la rete FastWeb Caso di studio:

Caso di studio:

la rete

la rete FastWeb FastWeb

(18)

Estensione geografica

(19)

WAN: Architettura Generale WAN: Architettura Generale

G R S

V

F O P

C P

R M

O R E A

L N O

P D V I V R B

Copertura:

G

Copertura:

Milano Milano

Genova Genova

Torino Torino

Bologna Bologna

Reggio E.

Roma Roma

Napoli

(20)

WAN: topologia di rete WAN: topologia di rete

2@STM-16 2@STM-16

2@STM-16 2@STM-16 2@STM-16

2@STM-16

1@STM-4 1@STM-4 2@STM-16

2@STM-16 2@STM-16

2@STM-16

2@STM-16 2@STM-16

2@STM-16 2@STM-16 TORINO

TORINO MILANOMILANO

ROMAROMA BOLOGNA

BOLOGNA

REGGIO EMILIA REGGIO EMILIA GENOVA

GENOVA

NAPOLI NAPOLI

(21)

Utenti e servizi

(22)

Fastweb: Obiettivo Fastweb: Obiettivo

Integrazione di servizi tradizionali e multimediali su un’unica

infrastruttura

di trasporto IP a larga banda

Integrazione di servizi tradizionali e multimediali su un’unica

infrastruttura

di trasporto IP a larga banda Utenti

Utenti

Î Residenziali Î Residenziali

Æ Servizi di Telefonia, Internet e Video

Î Business Î Business

Æ Servizi di Telefonia, Internet Intranet ed Extranet

Æ Servizi di Telefonia, Internet

Intranet ed Extranet

(23)

Infrastruttura fisica e tecnologie di base

Infrastruttura fisica e

tecnologie di base

(24)

Scelte architetturali Scelte architetturali

Î Creazione di una rete in fibra ottica per le componenti di backbone e di accesso (1999-2002)

Î Tecnologie di trasporto DWDM e SDH su fibra ottica

Î Introduzione di componenti di accesso con tecnologie xDSL

(dal 2002)

Î Introduzione di componenti di accesso con tecnologie xDSL

(dal 2002)

Î Unico protocollo di comunicazione:

IP, che integra tutte le esigenze di trasporto e di servizio

Î Unico protocollo di comunicazione:

IP, che integra tutte le esigenze

di trasporto e di servizio

(25)

Scelte architetturali Scelte architetturali

Fiber Optic

Fiber Optic Network Network

IP IP

DWDM DWDM SDH SDH

Services Services Network Layers

Network Layers

Broadband Broadband POTS POTS

Transport Transport

Dark Fiber

(26)

Backbone IP Backbone IP

Î IP Over Fibre (Packet over SONET, Gigabit Ethernet over fibre)

Î Topologia ottimizzata per il

controllo dei Livelli di Servizio Î Topologia ottimizzata per il

controllo dei Livelli di Servizio Î Ridondanza

Î Ridondanza

Î MPLS per supporto di VPN Î MPLS per supporto di VPN

Î IP Multicast per il trasporto di canali televisivi

Î DiffServ per supporto di QoS

(27)

La rete di accesso FTTH La rete di accesso FTTH

Building Building MiniPoP

MiniPoP

Rete di Accesso Fastweb

Fibra Ottica

Rete di Accesso Fastweb

Fibra Ottica

Clienti Residenziali

Clienti Residenziali MiniPoP

MiniPoP Clienti Business

Clienti Business PoPPoP

4 Gbps Ethernet4 Gbps Ethernet

BackboneNetwork BackboneNetwork

4 Gbps Ethernet4 Gbps

Ethernet PoPPoP

Core Layer Core Layer

Concentration Layer Concentration Layer

(28)

La rete di accesso XDSL La rete di accesso XDSL

Rete di distribuzione di Telecom Italia

Doppini in Rame Rete di distribuzione

di Telecom Italia Doppini in Rame

TelecomSGU Italia TelecomSGU

Italia 4 Gbps

Ethernet4 Gbps Ethernet

BackboneNetwork BackboneNetwork

4 Gbps Ethernet4 Gbps

Ethernet PoPPoP

Core Layer Core Layer

Concentration Layer Concentration Layer

Clienti Business Clienti Business

Clienti Residenziali

Building Building

(29)

Piano di indirizzamento IP Piano di indirizzamento IP

Î Indirizzi pubblici per i clienti che sottoscrivono il servizio Internet Î Indirizzi pubblici per i clienti che

sottoscrivono il servizio Internet

Î Indirizzamento privato per le risorse interne alla backbone

Î Indirizzamento privato per i clienti residenziali

Per la gestione del provisioning

automatico di intere aree residenziali è stato necessario preassegnare

alcune classi di indirizzamento per ogni MAN

Per la gestione del provisioning

automatico di intere aree residenziali è stato necessario preassegnare

alcune classi di indirizzamento

per ogni MAN

(30)

Protocolli di routing IP: OSPF Protocolli di routing IP: OSPF

Utilizzato all’interno del backbone Utilizzato all’interno del backbone

Î Razionalizzazione delle tabelle di routing

Implementazione della funzionalità “multiarea”:

Î Ridistribuzione delle reti di accesso Î Ridistribuzione delle reti di accesso

Crittografia nello scambio

delle informazioni di routing (MD5)

Crittografia nello scambio

delle informazioni di routing

(MD5)

(31)

Protocolli di routing: IP–BGP4 Protocolli di routing: IP–BGP4

Î Backbone I-BGP con Route

Reflector per la distribuzione del full route table di Internet

Î Backbone I-BGP con Route

Reflector per la distribuzione del full route table di Internet

Î M-BGP per la gestione delle VPN sulla tecnologia MPLS-VPN (RFC 2547bis)

Î E-BGP per i peer con i provider nazionali e internazionali

Î Fastweb è registrata come Local

Internet Registry (LIR) presso il RIPE Î Fastweb è registrata come Local

Internet Registry (LIR) presso il RIPE Î Autonomous System allocato:

AS12874

Î Autonomous System allocato:

AS12874

(32)

Protocolli di routing IP:

PIM-SM

Protocolli di routing IP:

PIM-SM

Î IP Multicast per il trasporto di canali televisivi “live”

Î Apparati utente, apparati di livello 2 e router della rete di accesso:

IGMP V2

Î Apparati utente, apparati di livello 2 e router della rete di accesso:

IGMP V2

Î Router del backbone: PIM (Protocol Independent Multicast)

Î Piano di indirizzamento IP Multicast privato

Î Piano di indirizzamento IP Multicast

privato

(33)

Tecnologie per i servizi VoIP e multimediali

Tecnologie per i servizi

VoIP e multimediali

(34)

Quality of Service (QoS) IP Quality of Service (QoS) IP

Controllo di:

Î Congestioni ed effetti derivati Î Congestioni ed effetti derivati

Î Allocazione della banda disponibile per cliente

Î Utilizzo della banda (e ottimizzazione)

Inoltre:

Î Gestione delle applicazioni più critiche

Î Misurabilità del servizio offerto (SLA, Service Level Agreement) Î Misurabilità del servizio offerto

(SLA, Service Level Agreement)

(35)

Quality of Service (QoS) IP Quality of Service (QoS) IP

Implementata mediante il protocollo DiffServ (Differentiated Services):

Î Campo TOS nell’Header IP per specificare il tipo di trattamento richiesto (Traffic Marking)

Î Algoritmi di controllo del traffico

(Traffic Conditioning) sugli apparati di rete

Î Algoritmi di controllo del traffico

(Traffic Conditioning) sugli apparati di rete

Æ Weighted Fair Queueing (WFQ) Æ Weighted Random Early

Detection (WRED)

(36)

QoS: Schema Classi di Servizio QoS: Schema Classi di Servizio

Class of Service

Class of Service IP Prec.IP Prec. Expected action on Expected action on exceeding allocated exceeding allocated bandwidth, in case of link bandwidth, in case of link

congestion congestion

Network

Network 66

Voice & Voice signalling

Voice & Voice signalling 55 Drop rather than delayingDrop rather than delaying

Gold Business

Gold Business 33

Silver Business

Silver Business 22

Reserved for future use

Reserved for future use 11 Video (VoD, Multicast,

Video (VoD, Multicast, Videocommunication, Videocommunication,

Videocontrol, Videoconference) Videocontrol, Videoconference)

44 Drop rather than delayingDrop rather than delaying

Best Effort

Best Effort 00

Reserved for future use

Reserved for future use 77

(37)

Servizi voce su IP Servizi voce su IP

Sovrapposizione alla dorsale

di trasporto di un’infrastruttura dedicata basata sullo standard

ITU H.323v2

Sovrapposizione alla dorsale

di trasporto di un’infrastruttura dedicata basata sullo standard

ITU H.323v2

Infrastruttura H.323 comprendente:

Î Gateway Î Gateway

Î Gatekeeper Î Gatekeeper

Î Softswitch Î Softswitch

Î IN SCP

(38)

Servizi multimediali su IP Servizi multimediali su IP

Service

Service CategoryCategory IP ForwardingIP Forwarding

Live TV Channels

Live TV Channels One to many One to many streaming of real streaming of real-- time audio and video time audio and video (MPEG2)

(MPEG2)

Multicast Multicast

H323 IP H323 IP

VideoTelephony

VideoTelephony Real Time interactive Real Time interactive Audio and Video

Audio and Video communication communication

Unicast Unicast VODVOD Streaming stored Streaming stored

audio and video audio and video (MPEG2)

(MPEG2)

Unicast Unicast

(39)

Architettura

Servizi Video on Demand (VoD) Architettura Servizi Video on Demand (VoD)

Video Farm Video Farm

Residential Customers Residential Customers

Fastweb MiniPoP Fastweb MiniPoP Residential

Customers Residential Customers

Fastweb MiniPoP Fastweb MiniPoP

PoPPoP PoPPoP

Video Pumps

Video Pumps Video ServerVideo Server

Traffico Video Traffico Video

Traffico di Segnalazione Traffico di Segnalazione Video Output

Video Output

Video Access Request Video Access Request

(40)

Architettura Servizi Broadcast TV Architettura Servizi Broadcast TV

Residential Customers Residential Customers

MiniPoP Fastweb MiniPoP Fastweb Residential

Customers Residential Customers

PoPPrimario Secondario PoPPrimario Secondario Richiesta Video

Richiesta Video Video Output

Video Output Video Pumps

Video Pumps Video ServerVideo Server

PoPPrimario Secondario PoPPrimario Secondario MiniPoP

Fastweb MiniPoP Fastweb

Sito Video Pump (Caracciolo)

Selezione del canaleSelezione del canale

(41)

Architettura Servizi Broadcast TV Architettura Servizi Broadcast TV

Milan Milan Turin Turin Rome Rome

POPPOP VOD Video

VOD Video PumpsPumps

VOD Video

VOD Video PumpsPumps

VOD Video

VOD Video PumpsPumps BackBack--endend ServersServers

National National B-B-bonebone

Centro Stella

Centro Stella OverlayOverlay MANMAN

Centro Stella

Centro Stella OverlayOverlay MANMAN POPPOP

POPPOP Video

Video BroadcastBroadcast Streamer Streamer

Centro Stella

Centro Stella OverlayOverlay ManMan Multicast Forwarding

Multicast Forwarding trees

trees –– TV TV ChannelsChannels Unicast Forwarding Unicast Forwarding paths

paths -- VODVOD

(42)

Servizi di Video Streaming: requisiti Servizi di Video Streaming: requisiti

Obiettivo primario di FastWeb

è quello di garantire VoD con qualità DVD Qualità paragonabile

allo standard televisivo tradizionale (garantito e “tariffabile”)

Obiettivo primario di FastWeb

è quello di garantire VoD con qualità DVD Qualità paragonabile

allo standard televisivo tradizionale (garantito e “tariffabile”)

Packet Loss Packet Loss

Î 1% è già inaccettabile Î 1% è già inaccettabile

Î Flusso video a 25 Frame/s Î Flusso video a 25 Frame/s

Delay Delay

Jitter (variazione del ritardo)

(43)

Servizi di Video Streaming: requisiti Servizi di Video Streaming: requisiti

Video di cattiva qualità Video di cattiva qualità Video di cattiva qualità

Throughput TCP insufficiente Throughput

Throughput TCP insufficienteTCP insufficiente Perdita di pacchetti

Perdita di pacchetti Perdita di pacchetti

(44)