Il processo di migrazione delle tecnologie IP nei sistemi della Difesa

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1 Il processo di migrazione delle tecnologie IP nei sistemi della Difesa Mario Marchese DIST - Dipartimento di Informatica, Sistemistica e Telematica Università di Genova Via Opera Pia 13, 16145, Genova (Italy) Tel: , Fax: , mario.marchese@unige.it

2 Schema dell intervento Definizione di Qualità del Servizio Metriche di Qualità del Servizio Gestione della Qualità del Servizio La Qualità del Servizio in rete e le Tecnologie ATM IPv4 Servizi Integrati / Servizi Differenziati IPv6 MPLS Funzioni e Strumenti per la Qualità del Servizio Identificazione flussi, CAC, architetture Risultati IPv6/IPv4/ATM/MPLS e MLPP

3 Definizione di Qualità del Servizio Notazione: Qualità del Servizio Quality of Service (QoS) ITU-T: T: E800 L effetto collettivo di servizi prestazionali che determinano il grado di soddisfazione dell utente di un servizio Dal punto di vista della rete di telecomunicazioni, è la capacità della rete di garantire un determinato livello di servizio

4 Definizione di Qualità del Servizio Classificazione Tre tipi di QoS QoS Intrinseca: : è direttamente fornita dalla rete stessa e può essere descritta in termini di parametri oggettivi come, per esempio, perdita e ritardo QoS Percepita (Perceived QoS -P-QoS): è la qualità percepita dagli utenti; dipende pesantemente dalle prestazioni fornite dalla rete ma è misurata dall opinione media degli utenti. Si usano metodi basati su Mean Opinion Score (MOS) per effettuare la misura; gli utenti assegnano un voto all applicazione che stanno valutando: - 1 pessimo, - 2 mediocre, medio, - 4 buono, eccellente.. Il valore MOS è la media aritmetica di tutti i voti individuali QoS fissata (assessed): è riferita alla volontà dell utente di continuare ad utilizzare un servizio specifico.. E legata alla Qualità Percepita ma dipende anche dal meccanismo di tariffazione, dal livello di assistenza garantito dal fornitore del servizio e da altri aspetti commerciali e di mercato

5 Definizione di Qualità del Servizio Specifica del Livello di Servizio Service Level Specification La fornitura di QoS è spesso offerta in termini di parametri oggettivi utilizzando una Specifica del Livello di Servizio (Service Level Specification - SLS) SLS è constituito da un insieme di parametri e dai loro valori che insieme definiscono il servizio offerto a un certo traffico SLS è la parte tecnica di un accordo negoziato tra un cliente ed il fornitore del servizio relativo alle caratteristiche del servizio stesso ed all insieme associato di metriche che è definito come Accordo sul Livello di Servizio (Service Level Agreement - SLA)

6 Introduzione Applicazioni Quali applicazioni necessitano di Qualità di Servizio? Tutte le applicazioni che richiedono uno specifico livello di assicurazione dal parte della rete Servizi per il trasporto dell informazione Accesso a dorsali Connessioni internazionali Tele-medicina Tele-educazione educazione Reperimento dati Controllo remoto Telefonia via Internet Videoconferenza Applicativi per emergenze

7 Introduzione Necessità di Qualità del Servizio Richiesta Commerciale Diffusione del Protocollo Internet (Internet Internet Protocol - IP) Necessità di meccanismi per la garanzia della qualità dalla sorgente alla destinazione ( (end-to-end ) su rete IP ed attraverso domini multipli

8 Metriche di Qualità del Servizio Metriche IP Perdita dei pacchetti IPLR - IP Packet Loss Ratio Ritardo IPTD - IP Packet Transfer Delay Varianza del Ritardo ( (Jitter) IPDV - IP Packet Delay Variation Errore sul Pacchetto IPER IP Packet Error Ratio Valor medio della differenza dei ritardi (fra pacchetti di due media diversi ma sincronizzati) Skew

9 Metriche di Qualità del Servizio Requisiti di QoS - Esempio

10 Gestione della Qualità del Servizio Funzioni e strumenti Identificazione dei flussi di traffico Controllo di Ammissione Controllo del traffico Scheduling (Disciplina di servizio) Controllo di flusso (congestione) QoS Routing (controllo dell instradamento instradamento) Allocazione delle risorse

11 Gestione della Qualità del Servizio Funzioni e strumenti (ruolo nel tempo) scheduling QoS routing traffic shaping resource reservation packet marking flow control CAC packet time round-trip time connection time long term

12 La Qualità del Servizio in rete Dalla sorgente alla destinazione

13 Tecnologie per la Qualità del Servizio Le soluzioni Throwing bandwidth at the problem ATM IPv4 DiffServ / IntServ IPv6 MPLS

14 Tecnologie per la Qualità del Servizio ATM formato cella Bit GFC VPI VCI VPI VCI VCI PT RES CLP HEC Ottetti Bit VPI Identificazione dei flussi di traffico 1 VPI VCI VCI VCI PT RES CLP HEC Ottetti

15 Tecnologie per la Qualità del Servizio Etichetta (Label( Label) ) MPLS Label (20 bits) EXP S TTL Label MPLS IP 32-bits Label Experimental Stacking bit (indica la presenza di più label) Time to live (tempo di vita del pacchetto) IP su rete a qualità garantita

16 Tecnologie per la Qualità del Servizio Rete MPLS IP C1 IP 5 LSR IP 10 C2 IP LER LSR LSR LER C3 Il LER ( (Label Edge Router) ) d ingresso applica la Label al pacchetto e lo invia sul corretto LSP ( (Label Switched Path). I nodi LSR ( (Label Switched Router) ) commutano il pacchetto, sostituendo la Label Il LER d uscita LER toglie la Label ed inoltra il pacchetto con la normale procedura IP

17 Tecnologie per la Qualità del Servizio in IP IP Nativo La rete Internet attuale offre un servizio best-effort effort Il servizio ricevuto dipende dallo stato di carico della rete Viene impiegata la disciplina FIFO (First In First Out) per la gestione delle code Nessuna differenziazione dei servizi Necessità di QoS -> > Modifica del protocollo IP per andare incontro alle esigenze di servizio

18 Tecnologie per la Qualità del Servizio in IP IPv4: strumenti Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time To Live Protocol Header checksum Source Address Destination Address Options Padding TCP/UDP Port - Sorgente TCP/UDP Port - Destinazione

19 Tecnologie per la Qualità del Servizio in IP IPv4: strumenti Dal punto di vista della QoS, per l identificazione di un flusso Vettore: (IP sorg, IP dest, TCP/UDP port,, TCP/UDP port,, protocollo) IPv4 Campo DSCP (DiffServ Code Point) ToS 8 bit (6 DSCP+2) nell intestazione IPv4 I pacchetti con lo stesso identificativo devono essere trattati in modo coerente dai router IP

20 Tecnologie per la Qualità del Servizio in IP Servizi Integrati ( (IntServ) Definizione del flusso (vettore) Signalling (RSVP) Guaranteed Service (GS) Limite superiore perfettamente affidabile sul ritardo di pacchetto sorgente-destinazione Controlled Load Service (CLS) Servizio paragonabile a un best best-effort in una rete poco carica Non scalabile

21 Tecnologie per la Qualità del Servizio in IP Servizi Differenziati (DiffServ) Uso del campo DSCP (DiffServ Code Point) ToS 8 bit (6 DSCP+2) nell intestazione IP Aggregazione del traffico Scalabilità

22 Tecnologie per la Qualità del Servizio in IP Architettura DiffServ Gestione del Traffico Aggregato Funzioni di controllo Identificazione (Marking) Classificazione Controllo del Traffico - Filtraggio (Policing)

23 Tecnologie per la Qualità del Servizio in IP Priorità DiffServ Tre classi di priorità Expedited Forwarding (EF) caratterizzato da un tasso di servizio minimo configurabile, indipendente dagli altri aggregati all interno del router e orientato a servizi che richiedono basso ritardo e bassa perdita Assured Forwarding (AF) raccomandato per quattro classi indipendenti (AF1, AF2, AF3, AF4) sebbene il numero di classi possa essere maggiore. All interno di ciascuna classe il traffico è differenziato in 3 categorie (drop drop precedence) Best Effort (BE) che non fornisce alcuna garanzia prestazionale e non definisce alcun livello di Qualità del Servizio

24 Tecnologie per la Qualità del Servizio in IP Assegnazione DSCP (esempio) Traffico Voce Controllo voce Videoconferenza Flusso video Dati critici Dati critici Dati best-effort

25 Tecnologie per la Qualità del Servizio in IP Assegnazione DSCP (DoD( DoD)

26 Tecnologie per la Qualità del Servizio IPv6: strumenti IPv6 Campo Flow Label (20 bit) nell intestazione IPv6 Campo Traffic Class (8 bit)

27 Tecnologie per la Qualità del Servizio IPv6: Classe di Traffico Version Traffic Class Flow Label Payload Length Next Header Hop Limit Source Address Destination Address

28 Tecnologie per la Qualità del Servizio IPv6: Classe di Traffico Version Traffic Class Flow Label Payload Length Next Header Hop Limit Source Address Destination Address Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time To Live Protocol Header checksum Source Address Destination Address Options Padding

29 Tecnologie per la Qualità del Servizio IPv6: Etichette per il Flusso Version Class Flow Label Payload Length Next Header Hop Limit Source Address Destination Address

30 Tecnologie per la Qualità del Servizio Identificazione di un flusso ATM VCI/VPI IPv4 Vettore: (IP sorg,, IP dest,, TCP/UDP port,, TCP/UDP port,, protocollo) Campo DSCP (DiffServ Code Point) ToS 8 bit (6 DSCP+2) nell intestazione IPv4 IPv6 Campo Flow Label (20 bit) nell intestazione IPv6 Campo Traffic Class (8 bit)

31 Tecnologie per la Qualità del Servizio Identificazione di un flusso Bit GFC VPI 1 ATM VPI VCI VCI VCI PT RES CLP HEC Ottetti Version IHL Type of Service Total Length IPv4 Identification Flags Fragment Offset Time To Live Protocol Header checksum Source Address Destination Address Options Padding TCP/UDP Port - Sorgente TCP/UDP Port - Destinazione IPv6 Version Class Flow Label Payload Length Next Header Hop Limit Source Address Destination Address

32 Architetture per la Qualità del Servizio Architetture sorgente-destinazione

33 Funzioni per la Qualità del Servizio Distinzione del traffico Flow 1 Flow 2 Flow 3

34 Funzioni per la Qualità del Servizio Distinzione del traffico Service Level Agreement Premium VBR Variable Bit Rate (VBR) Traffic description and conformance testing 15.00% 10.00% 5.00% Aggregate flow composition: 66% requiring Ploss 1e-2; 33% 1e E E E-04 Packet dimension: 424 bit; Peak Rate: 1.0 Mbps; Average Rate: 500 Kbps; Performance guarantees Packet Loss Rate: ; Packet Transfer Delay: not specified; Packet Delay Jitter: not specified. 0.00% % Overall number of connections in the aggregate flow 10.00% Aggregate flow; Ploss: 80% 1e-2; 20% 1e E % 1.00E E % % % Overall number of connections in the aggregate flow

35 Funzioni per la Qualità del Servizio CAC Service Level Agreement Mission critical data Variable Bit Rate (VBR) Traffic description and conformance testing Peak Rate: 1 Mbit/s Average Rate: 500 kbit/s Performance guarantees Packet Loss Rate: 10-4; Packet Transfer Delay: not specified; Packet Delay Jitter: not specified. 2.40E E E E E E E E E E E E E E E E E E E %-50% 0.00% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00% 25.00%30.00% 35.00% 40.00%45.00% 50.00% %-20% 0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00% 12.00% 14.00% 16.00% 18.00% 20.00% 1.10E E E E E E E E E E E E %-5% 0.00% 0.50% 1.00% 1.50% 2.00% 2.50% 3.00% 3.50% 4.00% 4.50% 5.00%

36 Multi Level Priority Preemption MLEF Without Capacity Admission Does Not Satisfy MLPP Requirements (draft-baker baker-tsvwg-mlef-concerns-01), Feb. 15, [ITU.MLPP.1990][ANSI.MLPP.Spec][ANSI.MLPP.Supplement]: Flash Override Override Flash Override Flash Immediate Priority Routine

37 Conclusioni Importanza delle funzionalità di controllo Rete Full IPv6 con architettura di controllo e signalling ATM-like like? Discussione in corso e sperimentazioni simulativi da effettuare a riguardo