Controllo del traffico in reti ATM

Transcript

1 Controllo del traffico in reti ATM Gruppo Reti TLC QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 1 Modello a strati Usato per caratterizzazione traffico e QoS Livello di Chiamata Livello di Burst t Livello di Cella t t QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 2

2 Livello di chiamata Dinamiche temporali lunghe Il traffico occupa le risorse per tutta la durata della chiamata Caratterizzazione traffico Attributi di chiamata Modello di chiamata Qualità di servizio QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 3 Livello di chiamata Attributi di chiamata modalità di richiesta (on demand, permanente, semi-permanente) configurazione (punto-punto, multipunto, broadcast) numero di connessioni nelle due direzioni VPC / VCC elementi di contratto di traffico di ogni connessione protocollo di segnalazione di accesso servizi supplementari Caratterizzazione traffico processo degli arrivi in termini stocastici durata della connessione in termini stocastici Qualità di servizio piano di controllo Ritardo post-selezione Ritardo segnale di risposta Ritardo nel rilascio connessione probabilità di perdita punto-punto (blocco) QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 4

3 Livello di burst Dinamiche temporali di media durata Periodi di ON-OFF ON OFF B P B M Caratterizzazione traffico: durata stocastica silenzi durata stocastica burst banda durante ON ( si assume banda di picco) Qualità di servizio non definita K H QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 5 Burstiness: Livello di burst H + K β = H Coefficiente di attività: Banda media: 1 β Varianza banda: σ 2 B =B M (B P -B M ) α = B M = αb P QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 6

4 Livello di cella Caratterizzazione traffico: distribuzione tempo di interarrivo distribuzione del numero di celle generate in un periodo T spesso ci si accontenta di meno informazione media e varianza tempo interarrivo da tempo interarrivo media deduco banda media Qualità di servizio: affidabilità probabilità di perdita probabilità di errore probabilità di inserimento di celle spurie media e varianza del ritardo, ritardo massimo QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 7 Gli standard Definito un contratto di traffico Caratterizzazione del traffico accurata verificabile in modo univoco semplice per permettere di calcolare risorse impegnate Garanzie di QoS parametri definiti nella ITU-T I.356 QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 8

5 Standard: caratterizzazione traffico Identificazione flussi di celle su una connessione Definizione dei parametri di traffico intrinseci Caratteristiche nominali del traffico in assenza di interferenza Tolleranze: scostamenti accettabili rispetto alle caratteristiche nominali CDVT: Cell Delay Variation Tollerance Definizione di conformità Algoritmo GCRA (Generic Cell Rate Algorithm) QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 9 Standard: caratterizzazione del traffico Flussi di celle generate dall utente, escludendo quindi celle OAM e RM generate da apparati (insieme di celle soggette a verifica di conformità): Flusso aggregato Flusso celle dati (no RM e OAM) Flusso celle dati ad alta priorità (CLP=0) Flusso celle OAM Flusso celle RM Flusso celle dati + OAM Flusso celle dati ad alta priorità (CLP=0) + OAM QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 10

6 Standard: caratterizzazione traffico Definizione dei parametri di traffico intrinseci PCR (Peak Cell Rate) reciproco del minimo tempo di interarrivo tra due celle contigue SCR (Sustainible Cell Rate) reciproco del tempo medio di interarrivo tra due celle contigue IBT (Intrinsic Burst Tollerance) massimo anticipo con cui una cella può essere trasmessa rispetto al tempo di arrivo nominale determinato da SCR MBS (Maximum Burst Size) dimensione massima dei burst, gruppo di celle che si possono trasmettere a PCR MBS = 1 + IBT/(1/SCR-1/PCR) IBT= (MBS-1)(1/SCR-1/PCR) QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 11 Standard: caratterizzazione del traffico 1/PCR (celle/s) MBS (numero di celle) t Durata connessione Inizio connessione Fine connessione SCR = numero di celle / durata connessione QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 12

7 Relazione tra SCR e IBT Processo arrivi reale IBT t 1/SCR t Processo di generazione ideale a SCR, usato come riferimento QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 13 L algoritmo GCRA: Generic Cell Rate Algorithm Algoritmo standard per la verifica di conformità (e per sagomatura) PARAMETRI: T = spaziatura temporale relativa al processo nominale di arrivo delle celle τ = tolleranza o massima variazione ammessa rispetto alla spaziatura nominale VARIABILI: T a = tempo reale di arrivo delle celle TAT= tempo teorico di arrivo delle celle QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 14

8 L algoritmo GCRA: diagramma di flusso Arrivo cella al tempo T a SI T a <(TAT- τ) NO Cella conforme Cella non conforme (eventuale marcatura) TAT=max(TAT,T a )+T QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 15 Verifica di conformità Gli stadi di multiplazione statistica alterano caratteristiche originarie del traffico a causa ritardi non predicibili in coda Cell Delay Variation Tolerance (su SCR e/o su PCR) CDVT Massimo anticipo con cui una cella si può presentare ad una interfaccia rispetto al tempo previsto Simile a IBT, ma per multiplazione, non per variabilità del flusso originario Se GCRA controlla PCR T=1/PCR τ=cdvt PCR Se GCRA controlla SCR T=1/SCR τ= IBT + CDVT SCR QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 16

9 Qualità di servizio: gli standard ITU-T I.356 CTD (Cell Transfer Delay) Tempo medio che intercorre tra trasmissione primo bit di una cella e ricezione ultimo bit della cella 2-pt CDV (Cell Delay Variation) Variazione ritardo consegna di una cella Differenza tra i 10-8 quantili inferiore e superiore del CTD CLR (Cell Loss Ratio) Probabilità di perdita di una cella Rapporto tra celle perse e celle trasmesse CLR 0 e CLR 0+1 QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 17 Qualità di servizio: gli standard ITU-T I.356 CER (Cell Error Rate) Rapporto tra celle con errori e celle totali CMR (Cell Misinsertion Rate) Rapporto tra celle ricevute per errore (appartenenti ad altri VC) e celle totali ricevute SECBR (Severely Errored Cell Block Ratio) QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 18

10 Classi di qualità di servizio Definite attraverso alcuni parametri: CLR CDV 4 classi di QoS standardizzate (ITU-T) per soddisfare 4 principali tipologie di servizio: 1: STRINGENTE (CDV, CLR 0+1 ) 2: TOLLERANTE (CLR 0+1 ) 3: LIMITATA (CLR 0 ) U: BEST EFFORT (non prevede limiti su nessun parametro) QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 19 Modi di trasferimento ITU-T: ente di standardizzazione riconosciuto ATM forum: ente di standardizzazione di fatto ITU-T definisce i modi di trasferimento ATC (ATM Transfer Capability), ATM forum li denomina Service Class. I modi di trasferimento si differenziano in base alla definizione di: flussi di celle su cui sono fornite garanzie parametri per caratterizzare i flussi verifica di conformità applicata ai flussi funzioni di controllo adottate QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 20

11 Modi di trasferimento Non definiscono i requisiti di Qos Ogni modo di trasferimento è associabile a qualsiasi classe di QoS (quasi) Cinque modi di trasferimento: CBR/DBR: Constant/Deterministic Bit Rate VBR/SBR: Variable/Statistical Bit Rate UBR: Unspecified Bit Rate ABR: Available Bit Rate ABT: ATM Block Transfer ABT ed ABR usano celle RM per controllare flusso celle QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 21 Modi di trasferimento Definiscono i servizi di livello ATM e la QoS ad essi associata Ad ogni servizio è associato un insieme di possibili valori di QoS Gli operatori possono aggiungere altri valori di QoS oltre a quelli standardizzati QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 22

12 Modi di trasferimento: DBR Caratterizzazione: PCR sul flusso aggregato (dati+oam+rm) PCR sul flusso (dati+oam) Non usa bit CLP Offre banda statica pari al PCR negoziato Servizi isocroni o servizi a banda costante CAC su B P Associato a classe di servizio 1 QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 23 Modi di trasferimento: SBR Caratterizzazione (3 varianti): SBR1: PCR, SCR e MBS sul flusso aggregato SBR2: PCR su flusso dati (0+1), SCR (0), MBS (0). No tagging sulle celle non conformi SBR3: come SBR2, ma permette tagging su celle non conformi Offre banda variabile tra PCR e SCR per seguire esigenze della sorgente, non della rete Usa sempre due istanze GCRA Servizi isocroni o dati a banda variabile CAC su: B P, B M, B eq QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 24

13 Modi di trasferimento: UBR Standardizzato solo da ATM Forum ITU-T: DBR in classe di servizio U Caratterizzazione: PCR sul flusso aggregato Non esiste definzione di conformità Non alloca banda, non fornisce garanzie di QdS su ritardi e probabilità di perdita Si usano tecniche scarto selettivo di celle rimediare ad effetti negativi segmentazione priorità di perdita nei buffer QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 25 Scarto selettivo delle celle Selective Packet Discarding: eliminazione delle celle di un messaggio per il quale si è già eliminata una cella resta traffico inutile dovuto alle teste di pacchetto (celle già trasmesse) Early Packet Discarding: eliminazione di messaggi che giungono in una memoria dove si è superata una soglia prefissata i pacchetti vengono trasferiti interamente (se si supera la soglia e arrivano celle appartenenti ad un pacchetto in parte già trasmesso, esse vengono ancora memorizzate e trasmesse) QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 26

14 Meccanismo di scarto aggiuntivo Uso del bit EFCI nel PT della cella: serve per indicare ai livelli superiori al livello ATM che c è congestione prevede che i livelli applicativi siano in grado di reagire Scarto di celle basato su priorità: se il buffer è in condizioni critiche (es: buffer pieno o sopra soglia) scarta le celle a priorità bassa (CLP=1) si dividono in due categorie: protettivo (netta divisione tra alta e bassa priorità) non protettivo QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 27 Modi di trasferimento: ABR Offre banda allocata variabile tra PCR e MCR in funzione della disponibilità di risorse di rete con obiettivi Piena utilizzazione banda Equa ripartizione risorse Rete indica velocità di trasmissione alle sorgenti Permette di garantire bassa CLR se le sorgenti adattano velocità alle indicazioni della rete QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 28

15 Modi di trasferimento: ABR Caratterizzazione: PCR sul flusso aggregato (dati+oam+rm) MCR (Minimum Cell Rate) sul flusso aggregato (dati+oam+rm) Definizione di conformità si basa si GCRA con parametro T regolato sulla base delle banda allocata dalla rete Comportamento sorgenti completamente specificato QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 29 Modi di trasferimento: ABR Usa celle RM (forward e backward) in banda per effettuare con continuità controllo della velocità di emissione delle celle da parte di sorgenti cooperative S RM RM RM S: genera N 1 N i N k D D: riceve e ritrasmette N i : (legge) e scrive QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 30

16 ABR: comportamento sorgente Inizia a trasmettere a velocità concordata Inserisce periodicamente celle RM forward nel flusso Quando riceve cella RM backward adatta la velocità al minimo valore contenuto Se non riceve più celle RM backward rallenta fino a fermarsi Quando ricomincia dopo certo tempo riparte dall inizio QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 31 ABR: comportamento nodi Tre modalità di controllo della velocità nei nodi: EFCI (Explicit Forward Congestion Indication): è equivalente alla modalità congestion controll di frame relay 1 bit di controllo per segnalare la congestione è la modalità meno efficiente RRM (Relative Rate Marking): nodo invia alla sorgente su flusso RM Backward informazione ternaria (aumenta, mantieni, diminuisci) ER (Explicit Rate): nodo invia alla sorgente su flusso RM backward informazione con indicazione esplicita della velocità QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 32

17 ABR: comportamento nodi EFCI e RRM: i nodi controllano di norma la congestione esaminando stato riempimento memorie. Meccanismo a soglia: posizionale derivativo integrativo ER: i nodi controllano la congestione misurando livelli di traffico (background, ABR) e contando numero di connessioni ABR attive QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 33 ABR: campi cella RM Protocol type (ABR, ABT) Direction (Forwad, Backward) No-Increase, Congestion Indication bits ECR: Explicit Cell Rate CCR: Current Cell Rate MCR: Minimum Cell Rate QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 34

18 ABR: alcuni parametri Parametri negoziati all instaurazione delle connessione PCR: Peak Cell Rate MCR: Minimum Cell Rate ICR: Initial Cell Rate Velocità con cui si inizia a trasmettere. Compresa tra PCR e MCR RIF: Rate Increase Factor Potenze negativa di 2 riferita rispetto a PCR RDF: Rate Decrease Factor Potenza negativa di 2 riferita a CCR TBE: Transient Buffer Exposure Dati inviabili senza riceve cella RM backward QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 35 ABR: modalità RRM Prevede due bit di controllo : CI (Congestion Indication) NI (Not Increase) CI NI 0 0 Aumenta 0 1 Mantieni 1 - Riduci rispetto al CRR (Current Cell Ratio) Due parametri negoziabili: RDF e RIF (Rate Decrease/Increase Factor) Per aumentare il rate: CCR=CCR+PCR RIF Per diminuire il rate: CCR=CCR (1-RDF) QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 36

19 ABR: esempio algoritmo RRM Misuro Q, lunghezza coda Si definiscono due soglie: H, L, con L<H Controllo posizionale Q<L NI=O,CI=0 L<Q<H NI=1, CI=0 H<Q CI=1 Esistono anche controlli derivativi QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 37 ABR: modalità ER Esempio algoritmo studiato (non standardizzato): ERICA DATI: Banda disponibile: C Banda target: R T =0.98 C OUTPUT: Banda di fair share: B FSi QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 38

20 ABR: modalità ER Definisce livello occupazione target: R T =0.95 C Misura numero di connessioni ABR attive (N ABR ), traffico di background (L B ), carico della connessione ABR i (L ABRi ) Calcola: banda disponibile per ABR: B ABR = R T L B B FS = B ABR / N ABR L ABR =ΣL ABRi B VCi = B ABR L ABRi /L ABR B FSi =max {B FS, B VCi } QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 39 Comprtamento nodi ABR QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 40

21 Modi di trasferimento: ABT Standardizzato solo da ITU-T Definisce blocco di celle come gruppo di celle dati preceduto e seguito da una cella RM RM BURST Servizio a banda variabile con negoziazione rapida risorse Presuppone trasmissione a banda costante per tutta la durata del blocco QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 41 Modi di trasferimento: ABT Caratterizzazione: BCR per la durata del blocco di celle Banda allocata in modo variabile blocco per blocco con prenotazione mediante celle RM I nodi prendono decisioni indipendenti: il burst arriva a destinazione solo se tutti i nodi hanno deciso di accettarlo QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 42

22 Modi di trasferimento: ABT Due modalità: IT (Immediate Transmission): invio blocco celle a velocità costante, pari a BCR ogni nodo o scarta tutto il blocco o accetta tutto il blocco è inefficiente sfrutta piccole porzioni di banda per brevi periodi DT (Delayed Transmission): attendo risposta dalla rete per trasmettere blocco a velocità richiesta fatto per negoziare in continuazione la banda senza sfruttare le risorse di segnalazione in modo ISTANTANEO in modo RITARDATO QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 43