Introduzione alla qualità del servizio. Gruppo Reti TLC Qualità di servizio

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1 Introduzione alla qualità del servizio Gruppo Reti TLC TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 1 Qualità di servizio Cosa si intende per qualità di servizio Qualità del servizio legata alle prestazioni viste dal traffico utente Definire indici di qualità Esempi di indici di qualità: velocità (in bit/s), throughput, banda ritardo (valor medio, percentile, valore massimo, varianza o jitter) probabilità di perdita probabilità di errore probabilità di blocco probabilità di guasto o disponibilità (availability) TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 2 tempi di ripristino a seguito di guasto

2 Qualità di servizio Tipologie di traffico diverse richiedono alla rete prestazioni diverse Voce telefonica banda garantita costante ritardo basso Traffico dati probabilità di perdita bassa Fornire QoS in ambiente eterogeno è più difficile (eterogeneità del traffico) Fornire QoS a traffico imprevedibile è più difficile (caratterizzazione del traffico) TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 3 Eterogeneità del traffico Durata collegamento [s] ora 1 min telemetria dati a bassa velocità voce hi-fi audio facsimile video telefonia kbit/s 1 Mbit/s video video conferenza dati ad alta velocità Velocità [bit/s] TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 4

3 Caratterizzazione delle sorgenti di informazione Sorgenti CBR: velocità (bit/s) durata (s) processo di generazione delle chiamate TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 5 Caratterizzazione delle sorgenti di informazione Sorgenti VBR: velocità media (bit/s) velocità di picco (bit/s) oppure grado di intermittenza velocità di picco / velocità media durata del burst durata (s) processi di generazione delle chiamate TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 6

4 Burstiness Caratterizzazione traffico Burstiness= Velocità picco/velocità media dati bassa veloc. Terminali alfanumerici voce audio Trasmissione LAN alta velocità immagini dati non Terminali grafici connessi compresso VIDEO non compresso Connessione di supercalcolatori HDTV LAN Velocità di picco [bit/s] TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 7 Esempi di reti Qualità di servizio Rete telefonica fissa Rete Internet Rete B-ISDN Esaminiamo in modo informale la qualità di servizio offerta in tali reti TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 8

5 Caratteristiche Rete telefonica sorgente completamente nota (CBR) banda dedicata, quindi no congestione ritardo massimo pari a qualche decimo di secondo (tempo reale) probabilità di errore non superiore a qualche % probabilità di perdita nulla probabilità di blocco non nulla ma bassa QoS in larga misura indipendente dagli altri utenti TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 9 Caratteristiche Rete Internet sorgente ignota totale condivisione di risorse banda e ritardo non noti congestione possibile e probabilità di perdita probabilità di blocco nulla QoS in larga misura dipendente dagli altri utenti TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 10

6 Rete B-ISDN Situazione intermedia sorgenti note (in modo deterministico e/o statistico) banda e ritardo negoziabili probabilità di blocco probabilità di perdita QoS dipendente dagli altri utenti a seconda di come gestisco la rete TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 11 Qualità di Servizio Problema di progetto Dato: caratterizzazione traffico comportamento utenti si vuole ottenere: QoS utente garantita alta utilizzazione della rete Senza obiettivo di alta utilizzazione problema diventa semplice overprovisioning (sovradimensionamento) TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 12

7 Progetto Si può agire su tempi diversi (con complessità diverse) Pianificazione dimensionamento in base a stime definizione criteri di instradamento Gestione fare fronte a malfunzionamenti Connessione Trasporto unità dati TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 13 QoS studiata nel corso Agire, con obiettivo di alta utilizzazione della rete, a livello di Connessione Trasporto unità dati Anche denominato problema di controllo del traffico Necessario definire cosa si intende per connessione. Classificazione dati. Due possibilità di controllo del traffico Controllo preventivo: agisce principalmente ai bordi della rete controllando traffico in ingresso per evitare insorgere di situazioni di congestione Controllo reattivo: rimedia a situazioni critiche quando si verificano TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 14

8 Controllo del traffico: elementi essenziali Rete orientata alla connessione Interfaccia di servizio utente-rete Allocazione di risorse (banda e memoria) Algoritmi di controllo del traffico CAC (Connection Admission Control) e instradamento Schedulazione nei nodi di commutazione e gestione delle memorie (allocazione, scarto) Verifica di conformità (policing o UPC Usage Parameter Control) Sagomatura del traffico (shaping) Controllo della congestione TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 15 Controllo del traffico: rete orientata alla connessione Permette di conoscere su quali elementi della rete agire (conosco percorso) commutazione di circuito commutazione di pacchetto con servizio a circuito virtuale Se voglio alta utilizzazione meglio commutazione di pacchetto Commutazione di pacchetto con servizio circuito virtuale TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 16

9 Controllo del traffico: interfaccia di servizio utente rete Maggiore conoscenza si ha del traffico in rete meglio si può sperare di controllare. Limite è complessità. Sull interfaccia di servizio Caratterizzo traffico Negozio qualità di servizio Definibile su base contrattuale o su base chiamata Telefonia: implicita, su base contratto Internet: inesistente Frame relay: negoziabile su base contratto B-ISDN: negoziabile con traffic contract su base contratto e chiamata Internet evoluta per QoS: negoziabile con service level agreement su base contratto (prevalentemente) TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 17 Controllo del traffico: allocazione di risorse Risorse principali: Velocità di trasmissione sui canali Memorie Si possono allocare risorse su base prenotazione su base chiamata su base pacchetto Allocazione esclusiva condivisa TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 18

10 Algoritmi: CAC e instradamento Instradamento Scelta percorso/i per collegare due o più utenti CAC determinare se accettare o meno una connessione sulla base scelta del percorso effettuata dall algoritmo di instradamento caratterizzazione del traffico richieste di QoS situazione della rete Non danneggiare le connessioni già presenti in rete Necessario rifiutare chiamate per evitare sovracarico permanente TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 19 Algoritmi: schedulazione e gestione memorie Scheduling scelta unità dati da trasmettere tra unità dati presenti nel commutatore Gestione memorie allocazione (parziale/totale, esclusiva/condivisa) memorie nel commutatore politiche di scarto unità dati Necessario per eterogeneità richieste QoS politica FIFO con scarto drop-tail ottima in ambiente omogeneo TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 20

11 Algoritmi: policing e shaping Policing controllo da parte della rete che il traffico sia conforme alla caratterizzazione Shaping adattamento caratteristiche del traffico generato per soddisfare caratterizzazione Necessario per controllare onestà utenti o per adattare traffico difficilmente controllabile a priori Dove eseguono algoritmi solo ai bordi, ovvero all accesso? Problema sono punti di multiplazione in accesso e in rete TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 21 Algoritmi: controllo congestione Congestione eccesso di traffico da trasportare su un canale rispetto alla capacità del canale Può insorgere a causa variabilità a breve termine del traffico politiche di allocazione condivisa per aumentare utilizzazione della rete Effetto congestione aumento occupazione memorie e ritardi perdita dati Necessario per sfruttare bene canali disponibili Esercitato in rete, ai bordi? TELEMATICA - INTRODUZIONE ALLA QoS - 22