La qualità di servizio

La qualità di servizio

nelle reti a pacchetto La qualit La qualit à à di servizio di servizio

nelle reti a pacchetto

nelle reti a pacchetto

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 Il collegamento agli Internet Service Provider e problematiche di sicurezza

Æ Analisi di traffico e dei protocolli applicativi

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

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 Il collegamento agli Internet Service Provider e problematiche di sicurezza

Æ Analisi di traffico e dei protocolli applicativi

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

Argomenti della lezione Argomenti della lezione

Î Applicazioni multimediali Î Applicazioni multimediali

Æ Requisiti e impatto sulle reti a pacchetto

Æ Requisiti e impatto sulle reti a pacchetto

Î Tecniche per la qualità

di servizio

Î Tecniche per la qualità di servizio

Æ Accodamento Æ Accodamento

Æ Controllo dell’accesso Æ Controllo dell’accesso

Applicazioni multimediali nelle reti a pacchetto

Applicazioni multimediali

nelle reti a pacchetto

Cosa è la multimedialità?

Cosa è la multimedialità?

Utilizzo contemporaneo di vari media

Utilizzo contemporaneo Utilizzo contemporaneo

di vari

di vari media media

Suoni Suoni

Testo Testo

Immagini Immagini

Video Video

La codifica dei media La codifica dei media

Degrado della qualità Degrado della qualità

Campionamento e quantizzazione Campionamento e quantizzazione

Impercettibile Impercettibile

Possibilità di riproduzione senza degrado della qualità

Possibilità di riproduzione senza degrado della qualità

Codifica campioni Codifica campioni

Compressione Compressione

Eliminazione di ridondanza Eliminazione di ridondanza

Î

Î TemporaleTemporale Î

Î Eventuale perdita di informazione Î Eventuale perdita di informazione

Æ Degrado della qualità Æ Degrado della qualità

Codifica delle immagini Codifica delle immagini

JPEG2000 JPEG2000

JPEGJPEG

GIFGIF TIFFTIFF

Codifica del video Codifica del video

Æ Bassa qualità Æ Bassa qualità

Æ 1.5 Mb/s Æ 1.5 Mb/s

Æ Alta qualità (DVD) Æ Alta qualità (DVD)

Æ 3.6 Mb/s Æ 3.6 Mb/s

MPEG2 MPEG2

MPEG1 MPEG1

Codifica del video Codifica del video

Æ Videoconferenza Æ Videoconferenza

Æ Bassa qualità Æ Bassa qualità

MPEG4 MPEG4

H.261 H.261

Æ Codifica e compressione basata su identificazione di oggetti

Æ Codifica e compressione basata su identificazione di oggetti

Æ Banda limitata Æ Banda limitata

Codifica della voce Codifica della voce

GSM (13 Kb/s) GSM (13 Kb/s)

PCM (64 Kb/s 56 Kb/s) PCM (64 Kb/s 56 Kb/s)

G.729 (8 Kb/s) G.729 (8 Kb/s)

G723.3 (6.4 Kb/s e 5.3 Kb/s) G723.3 (6.4 Kb/s e 5.3 Kb/s)

AVIAVI

Codifica audio Codifica audio

Æ 128 Kb/s o 112 Kb/s Æ 128 Kb/s o 112 Kb/s

Æ Qualità tipo CD Æ Qualità tipo CD

MP3 (MPEG layer 3 - audio) MP3 (MPEG layer 3 - audio)

Codifica audio Codifica audio

Æ Particolarmente robusto Æ Particolarmente robusto

Æ Adatto a Internet Æ Adatto a Internet

MP3MP3

Æ Qualsiasi frammento può essere riprodotto

indipendentemente dagli altri

Æ Qualsiasi frammento può essere riprodotto

indipendentemente dagli altri

Standard di codifica:

quale scegliere?

Standard di codifica:

quale scegliere?

La scelta della codifica dipende da La scelta della codifica dipende da

Î Disponibilità di risorse di rete

Standard di codifica:

quale scegliere?

Standard di codifica:

quale scegliere?

La scelta della codifica dipende da La scelta della codifica dipende da

Î Tipo di applicazione Î Tipo di applicazione

Æ Live (real-time) Æ Live (real-time)

Æ Store&retrieve Æ Store&retrieve

Î World Wide Web Î World Wide Web

Applicazioni multimediali in rete

Applicazioni multimediali in rete

Î Distribuzione video Î Distribuzione video

Î Video on Demand Î Video on Demand

Î Telefonia Î Telefonia

Î Radio Î Radio

Î Servizio di jukebox Î Servizio di jukebox

Î Teleconferenza Î Teleconferenza

Applicazioni multimediali in rete

Applicazioni multimediali in rete

Î Giochi distribuiti interattivi Î Giochi distribuiti interattivi

Î Apprendimento a distanza (distance learning)

Î Apprendimento a distanza (distance learning)

Î Realtà virtuale Î Realtà virtuale

Applicazioni multimediali in rete

Applicazioni multimediali in rete

Caratteristiche diverse dalle applicazioni tradizionali

Caratteristiche diverse dalle applicazioni tradizionali

Anche un solo media, ma …

Caratteristiche rilevanti:

streaming

Caratteristiche rilevanti:

streaming

Æ Continuous playout Æ Continuous playout

Î Il profilo del flusso generato

deve essere uguale a quello da riprodurre

Î Il profilo del flusso generato

deve essere uguale a quello da riprodurre

Î Flusso continuo di dati Î Flusso continuo di dati

Î Molto diverso dalle applicazioni tradizionali

Î Molto diverso dalle applicazioni tradizionali

Caratteristiche rilevanti:

interattività

Caratteristiche rilevanti:

interattività

Î Con un altra persona Î Con un altra persona

Î Con un sistema Î Con un sistema

Î Tempi di risposta brevi Î Tempi di risposta brevi

Caratteristiche rilevanti Caratteristiche rilevanti

Î Larga banda trasmissiva Î Larga banda trasmissiva

Æ Comunicazioni molti a molti Æ Comunicazioni molti a molti

Î Comunicazioni di gruppo (group multicast)

Î Comunicazioni di gruppo (group multicast)

Requisiti sulla rete

Requisiti sulla rete

Streaming Streaming

ReteRete

Î Ritardi costanti Î Ritardi costanti

Æ Molte applicazioni sono relativamente tolleranti alle perdite

Æ Molte applicazioni sono relativamente tolleranti alle perdite

Î Perdite limitate Î Perdite limitate

Interattività Interattività

Æ Dialogo: sotto 100 ~ 150 ms one way

Æ Dialogo: sotto 100 ~ 150 ms one way

Î Ritardi bassi Î Ritardi bassi

Larga banda trasmissiva Larga banda trasmissiva

Elevata disponibilità di risorse Elevata disponibilità di risorse

Î Capacità trasmissiva

Î Memoria nei nodi (buffer) Î Memoria nei nodi (buffer)

Î Potenza elaborativa (routing, ecc) Î Potenza elaborativa (routing, ecc) Î Commutazione

Î Commutazione

L’avanzamento tecnologico aiutaL’avanzamento tecnologico aiuta

Comunicazioni di gruppo Comunicazioni di gruppo

Æ IP multicasting Æ IP multicasting

Î Servizi di trasmissione multicastServizi di trasmissione multicast

Æ MBone Æ MBone

Î

Î Server con funzionalità di

reflector o multiconference unit Server con funzionalità di

reflector o multiconference unit Î

Il ritardo, che problema!!

Il ritardo, che problema!!

Le applicazioni multimediali sono dette anche applicazioni

real-time

Le applicazioni multimediali sono dette anche applicazioni

real-time

Il ritardo, qual è il problema?

Il ritardo, qual è il problema?

Varia a seconda del carico istantaneo sui nodi

Varia a seconda del carico istantaneo sui nodi

Compensazione delle variazioni di ritardo

Compensazione delle variazioni di ritardo

Replay buffer Replay buffer

Contromisure nelle stazioni Contromisure nelle stazioni

Dimensione fissa per applicazioni non interattive

Dimensione fissa per applicazioni non interattive

Adattativo per applicazioni interattive

Adattativo per applicazioni interattive

Aumento del ritardo “end-to-end”

Aumento del ritardo “end-to-end”

L’unico modo per compensare le variazioni è conformare tutti a chi ha subito ritardo massimo

L’unico modo per compensare le variazioni è conformare tutti a chi ha subito ritardo massimo

Critico per interattività

(telefonia, conferenza,giochi, realtà virtuale)

Critico per interattività

(telefonia, conferenza,giochi, realtà virtuale)

Contromisure nelle stazioni

Contromisure nelle stazioni

Contromisure nelle stazioni Contromisure nelle stazioni

Diminuire traffico generato quando la qualità della sessione diminuisce Diminuire traffico generato quando la qualità della sessione diminuisce

Adattamento alle condizioni della rete Adattamento alle condizioni della rete

A tutto c’è un limite A tutto c’è un limite

Strumenti

Strumenti

Comunicazione Comunicazione

Æ RTP - Real-time Transport Protocol Æ RTP - Real-time Transport Protocol

Î Informazioni temporali Î Informazioni temporali

Æ Time stamp

Æ Time stamp

Æ RTCP - RTP Control Protocol Æ RTCP - RTP Control Protocol

Î Stato della comunicazione Î Stato della comunicazione

Codifica adattativa (adaptive coding) Codifica adattativa (adaptive coding)

Î Granularità di quantizzazioneGranularità di quantizzazione Î

Î Parametri della compressione Î Parametri della compressione

Æ Per esempio RTCP Æ Per esempio RTCP

Î Feedback Î Feedback

Codifica a livelli (layered coding) Codifica a livelli (layered coding)

Æ Trasmesso a più alta priorità Æ Trasmesso a più alta priorità

Î Layer base Î Layer base

Æ Eventualmente risorse riservate Æ Eventualmente risorse riservate

Æ Trasmessi a bassa priorità Æ Trasmessi a bassa priorità

Î Layer aggiuntivi che aumentano la qualità

Î Layer aggiuntivi che aumentano la qualità

Æ Eventualmente best-effort Æ Eventualmente best-effort

Î Classificazione del traffico Î Classificazione del traffico

Soluzioni nella rete Soluzioni nella rete

Æ WFQ, RR, WRR, CBQ Æ WFQ, RR, WRR, CBQ

Î Sofisticati algoritmi di accodamento Î Sofisticati algoritmi di accodamento

Æ Shaping/policing Æ Shaping/policing

Î Micro-controllo del traffico

in ingresso alla rete (pacchetto) Î Micro-controllo del traffico

in ingresso alla rete (pacchetto)

Contromisure nella rete Contromisure nella rete

Æ Segnalazione con prenotazione di risorse

Æ Segnalazione con prenotazione di risorse

Î Macro-controllo del traffico in ingresso alla rete (chiamata) Î Macro-controllo del traffico in

ingresso alla rete (chiamata)

Æ RSVP

Resource reSerVation Protocol (IP) Æ RSVP

Resource reSerVation Protocol (IP) Æ UNI

User Network Interface (ATM) Æ UNI

User Network Interface (ATM)

Contromisure nella rete Contromisure nella rete

Æ Network engineering Æ Network engineering

Î Macro-controllo a priori Î Macro-controllo a priori

Æ Limite sul numero di utenti

Æ Limite sul numero di utenti Æ Traffic engineering

Æ Traffic engineering

Æ Dimensionamento della rete rispetto al traffico previsto

Æ Dimensionamento della rete rispetto al traffico previsto

Æ Distribuzione controllata del traffico

Æ Distribuzione controllata del traffico

Contromisure nella rete

Contromisure nella rete

Problemi collaterali

Problemi collaterali

UDPUDP UDP

IPIP

Î UDP a livello trasporto IP

Î UDP a livello trasporto

Æ Anche se un pacchetto corrotto arriva, sarà inutile perché ha

impiegato troppo tempo

Æ Anche se un pacchetto corrotto arriva, sarà inutile perché ha

impiegato troppo tempo

Î I requisiti real-time normalmente sono incompatibili con i tempi di ri-trasmissione del TCP

I requisiti real-time normalmente sono incompatibili con i tempi di ri-trasmissione del TCP

Î

Applicazioni non altruiste Applicazioni non altruiste

TCP si adatta alle condizioni di traffico, UDP le ignora TCP si adatta alle condizioni

di traffico, UDP le ignora

Æ Soprattutto quelle che usano TCP, che è “cortese”

Æ Soprattutto quelle che usano TCP, che è “cortese”

Î Applicazioni multimediali possono penalizzare le altre

Î Applicazioni multimediali possono penalizzare le altre

Î Segregazione delle applicazioni e policing (bandwidth shaper) Î Segregazione delle applicazioni

e policing (bandwidth shaper)

Tecniche per il supporto della qualità di servizio

Accodamento

Tecniche per il supporto della qualità di servizio

Accodamento

Accodamento semplice FIFO (First In First Out) Accodamento semplice FIFO (First In First Out)

Trasmettitore Trasmettitore CodaCoda

TXTX

Multiplazione statistica Multiplazione statistica

A C B C A

A A

C C

B SwitchSwitch

Code multiple e scheduling Code multiple e scheduling

TXTX

Algoritmi di scheduling Algoritmi di scheduling

Î Priority QueuingPriority Queuing Î

Æ Weighted Round Robin Æ Weighted Round Robin

Î Round Robin Î Round Robin

Î Class Based Queuing (CBQ) Î Class Based Queuing (CBQ)

Î Weighted Fair Queuing (WFQ) Î Weighted Fair Queuing (WFQ)

Î Deadline queuing (non work-conserving)

Î Deadline queuing (non work-conserving)

Classificazione Classificazione

Identificazione dei pacchetti cui garantire qualità

Identificazione dei pacchetti cui garantire qualità

In quale coda inserire ogni pacchetto

In quale coda inserire ogni pacchetto

ovvero ovvero

Classificazione Classificazione

Basata su varie informazioni nell’intestazione IP (quintupla)Basata su varie informazioni nell’intestazione IP (quintupla)

Indirizzo IP destinazione Indirizzo IP destinazione

Indirizzo IP mittente Indirizzo IP mittente

Protocollo di trasporto Protocollo di trasporto

Porta mittente Porta mittente

Porta destinazione Porta destinazione

Classificazione Classificazione

Algoritmi complicati Algoritmi complicati

ASIC:

Application Specific Integrated CircuitASIC:

Application Specific Integrated Circuit

Realizzazioni hardware Realizzazioni hardware

Content Addressable MemoryCAM:CAM:

Content Addressable Memory

Accodamento e commutazione Accodamento e commutazione

La soluzione più “semplice”

La soluzione più “semplice”

Code in uscita (output queuing) Code in uscita (output queuing)

Non è detto che i pacchetti possano essere commutati appena arrivano Non è detto che i pacchetti possano

essere commutati appena arrivano

La capacità di commutazione è una risorsa limitata

La capacità di commutazione è una risorsa limitata

Però…

Però…

Capacità di commutazione Capacità di commutazione

Æ La switching fabric

(matrice di commutazione) opera a velocità maggiore degli ingressi Æ La switching fabric

(matrice di commutazione) opera a velocità maggiore degli ingressi

Î Commutazione immediata sempre richiede speed-up

Commutazione immediata sempre richiede speed-up

Î

Î Particolarmente problematico ad alta velocità

Î Particolarmente problematico ad alta velocità

Accodamento e commutazione Accodamento e commutazione

Controllo distribuito (complicato) Controllo distribuito (complicato)

Code in ingresso (input queuing) Code in ingresso (input queuing)

Virtual output queuing Virtual output queuing

Code nella matrice di commutazione (distributed queuing)

Code nella matrice di commutazione (distributed queuing)

Siamo a posto?

Siamo a posto?

A

C B C A

A A

C C

B SwitchSwitch ^{ABA CCC BBA CCC AAA}

Tecniche per il supporto della qualità di servizio

Controllo dell’accesso

Tecniche per il supporto della qualità di servizio

Controllo dell’accesso

Controllo sull’accettazione delle chiamate

Controllo sull’accettazione delle chiamate

Call admission control (CAC) Call admission control (CAC)

Æ Descrizione traffico generato Æ Descrizione traffico generato

Î Segnalazione Î Segnalazione

Æ Descrizione servizio voluto Æ Descrizione servizio voluto

Æ Esempi: RSVP e UNI ATM Æ Esempi: RSVP e UNI ATM

Î Prenotazione risorse Î Prenotazione risorse

QoS routing QoS routing

Î Trovare un percorso con le risorse necessarie

Trovare un percorso con le risorse necessarie

Î

Æ Informazioni molto dinamiche Æ Informazioni molto dinamiche

Î Protocolli di routing distribuiscono

informazioni sull’occupazione delle risorse in tempo reale

Protocolli di routing distribuiscono

informazioni sull’occupazione delle risorse in tempo reale

Î

Æ Non solo su topologia Æ Non solo su topologia

Î Decisione di routing è basata su informazioni di occupazione

Î Decisione di routing è basata su informazioni di occupazione

QoS routing QoS routing

Î Instabilità con trasferimento dati non connesso

Î Instabilità con trasferimento dati non connesso

Æ Cranckback Æ Cranckback

Î Esempio: PNNI (private network node interface) in ATM

Î Esempio: PNNI (private network node interface) in ATM

Network engineering Traffic engineering

Network engineering Traffic engineering

Azioni preventive Azioni preventive

Æ Statistiche sugli utenti Æ Statistiche sugli utenti

Î Dimensionamento della rete per il caso peggiore (o quasi)

Î Dimensionamento della rete per il caso peggiore (o quasi)

Æ Distribuzione del traffico Æ Distribuzione del traffico

Î Determinazione delle direttrici di traffico

Î Determinazione delle direttrici di traffico

Network engineering Traffic engineering

Network engineering Traffic engineering

Î Continuo controllo dello stato della rete

Î Continuo controllo dello stato della rete

Î Eventuale cambiamento del

dimensionamento e direttrici di traffico

Î Eventuale cambiamento del

dimensionamento e direttrici di traffico

Network engineering Traffic engineering

Network engineering Traffic engineering

Î Bassa efficienza nell’uso delle risorse

Î Bassa efficienza nell’uso delle risorse

Î Semplicità e scalabilità Î Semplicità e scalabilità

Policing e shaping Policing e shaping

Assicurarsi che il traffico in ingresso alla rete

sia come ci si aspetta Assicurarsi che il traffico

in ingresso alla rete sia come ci si aspetta

TXTX Token bucket

Token bucket

Leaky Bucket Leaky Bucket

La qualità di servizio

nelle reti a pacchetto La qualit La qualit à à di servizio di servizio

nelle reti a pacchetto

nelle reti a pacchetto

Î Ritardati Î Ritardati

I pacchetti non conformi sono I pacchetti

sono

Î Mandati a bassa priorità

(eventualmente best effort) Î Mandati a bassa priorità

(eventualmente best effort)

Leaky bucket Leaky bucket

Î Scartati Î Scartati

TXTX Token bucket

Token bucket

Policy (politica) Policy (politica)

Determina aspetti specifici

del funzionamento di un apparatoDetermina aspetti specifici del funzionamento di un apparato

Stabilisce aspetti generali di funzionamento di una rete Stabilisce aspetti generali di funzionamento di una rete

Tipo di accodamento Tipo di accodamento

Regole per accettazione chiamate Regole per accettazione chiamate

Parametri leaky bucket Parametri leaky bucket

Flessibilità:

policy management

Flessibilità:

policy management

Æ Tipo di traffico Æ Tipo di traffico

Î Una policy può dipendere da Î Una policy può dipendere da

Æ Ora del giorno Æ Ora del giorno

Î Evitare di dover configurare ogni apparato di rete e cambiare la configurazione

Î Evitare di dover configurare ogni apparato di rete e cambiare la configurazione

COPS

(Common Open Policy Service) COPS

(Common Open Policy Service)

Distribuzione automatica di policy Distribuzione automatica di policy

Î Server invia policy agli apparati Î Server invia policy agli apparati