Ritardi e perdite di pacchetti Caso di studio: la rete FastWeb

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1 Ritardi e perdite di pacchetti Caso di studio: la rete FastWeb

2 Contenuti del corso La progettazione delle reti Il routing nelle reti IP Il collegamento agli Internet Service Provider e problematiche di sicurezza Analisi di traffico e dei protocolli applicativi Multimedialità in rete Tecnologie per le reti future

3 Contenuti del corso La progettazione delle reti Il routing nelle reti IP Il collegamento agli Internet Service Provider e problematiche di sicurezza Analisi di traffico e dei protocolli applicativi Multimedialità in rete Tecnologie per le reti future

4 Argomenti della lezione Ritardi nelle commutazione di pacchetto e perdita di pacchetti Caso di studio: la rete FastWeb

5 Ritardi propagazione coda A B elaborazione trasmissione Questi ritardi determinano il ritardo totale al router A

6 Ritardo di elaborazione Tempo necessario ad esaminare il pacchetto e a determinarne l instradamento Comprende anche il controllo degli errori Il pacchetto viene poi inviato alla coda di trasmissione Ordine di grandezza: microsecondi (o inferiore)

7 Ritardo di coda Tempo di attesa prima della trasmissione Dipende da quanto pacchetti precedenti sono già in coda È zero se non ci sono pacchetti né in coda né in trasmissione Dipende dall intensità e dalla natura del traffico Ordine di grandezza: dai microsecondi ai millisecondi

8 Ritardo di trasmissione Tempo necessario a trasmettere tutti i bit del pacchetto Dipende dalla velocità R del link e dalla lunghezza L del pacchetto Esempio: L = 1500 byte = bit R = 100 Mb/s d tras = L/R = 120 ms

9 Ritardo di propagazione Tempo necessario al segnale per transitare lungo l intera lunghezza del link fisico Dipende dalla lunghezza l del link e dalla velocità di propagazione s sul mezzo (circa m/s) Esempio: l = 1 km (LAN), s = m/s d prop = l/s = 5 ms l = km (satellite), s = m/s d prop = l/s = 0.24 s

10 Ritardo totale al nodo d nodo = d elab + d coda + d tras + d prop A seconda del tipo di collegamento alcuni valori possono essere trascurabili

11 Ritardo di coda e perdita dei pacchetti d coda non è costante: varia da pacchetto a pacchetto A causa della lunghezza finita dei buffer di memoria può determinare la perdita di pacchetti

12 Ritardo di coda e intensità di traffico a = velocità media di arrivo dei pacchetti (pacchetti/s) L = lunghezza dei pacchetti (in bit) Si accodano L a bit/s

13 Ritardo di coda e intensità di traffico R = 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

14 Ritardo di coda e intensità di traffico 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) ritardo media di coda L a/r 1

15 Perdita di pacchetti Se un pacchetto in arrivo trova la coda piena, viene scartato All aumentare dell intensità di traffico aumenta la probabilità di perdita di pacchetti I pacchetti persi possono essere recuperati mediante ritrasmissioni da parte del livello di trasporto o delle applicazioni

16 Ritardo end-to-end Effetto combinato dei ritardi in tutti i nodi attraversati 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

17 Caso di studio: la rete FastWeb

18 Estensione geografica

19 WAN: Architettura Generale Copertura: Milano Genova Torino Bologna Reggio E. Roma Napoli N O A L S V B G P C P R R E V R M O V I P D G R F O

20 TORINO GENOVA MILANO REGGIO EMILIA BOLOGNA ROMA WAN: topologia di rete NAPOLI

21 Utenti e servizi

22 Fastweb: Obiettivo Integrazione di servizi tradizionali e multimediali su un unica infrastruttura di trasporto IP a larga banda Utenti Residenziali Servizi di Telefonia, Internet e Video Business Servizi di Telefonia, Internet Intranet ed Extranet

23 Infrastruttura fisica e tecnologie di base

24 Scelte architetturali Creazione di una rete in fibra ottica per le componenti di backbone e di accesso ( ) Tecnologie di trasporto DWDM e SDH su fibra ottica Introduzione di componenti di accesso con tecnologie xdsl (dal 2002) Unico protocollo di comunicazione: IP, che integra tutte le esigenze di trasporto e di servizio

25 Scelte architetturali Network Layers Services Broadband SDH DWDM IP Fiber Optic Network POTS Transport Dark Fiber

26 Backbone IP IP Over Fibre (Packet over SONET, Gigabit Ethernet over fibre) Topologia ottimizzata per il controllo dei Livelli di Servizio Ridondanza MPLS per supporto di VPN IP Multicast per il trasporto di canali televisivi DiffServ per supporto di QoS

27 La rete di accesso FTTH BackboneNetwork Core Layer 4 Gbps Ethernet PoP MiniPoP 4 Gbps Ethernet Clienti Business PoP Concentration Layer MiniPoP Rete di Accesso Fastweb Fibra Ottica Clienti Residenziali Building

28 La rete di accesso XDSL BackboneNetwork 4 Gbps Ethernet 4 Gbps Ethernet PoP Core Layer Concentration Layer Clienti Business SGU Telecom Italia Rete di distribuzione di Telecom Italia Doppini in Rame Building Clienti Residenziali

29 Piano di indirizzamento IP Indirizzi pubblici per i clienti che sottoscrivono il servizio Internet Indirizzamento privato per le risorse interne alla backbone 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

30 Protocolli di routing IP: OSPF Utilizzato all interno del backbone Implementazione della funzionalità multiarea : Razionalizzazione delle tabelle di routing Ridistribuzione delle reti di accesso Crittografia nello scambio delle informazioni di routing (MD5)

31 Protocolli di routing: IP BGP4 Backbone I-BGP con Route Reflector per la distribuzione del full route table di Internet M-BGP per la gestione delle VPN sulla tecnologia MPLS-VPN (RFC 2547bis) E-BGP per i peer con i provider nazionali e internazionali Fastweb è registrata come Local Internet Registry (LIR) presso il RIPE Autonomous System allocato: AS12874

32 Protocolli di routing IP: PIM-SM IP Multicast per il trasporto di canali televisivi live Apparati utente, apparati di livello 2 e router della rete di accesso: IGMP V2 Router del backbone: PIM (Protocol Independent Multicast) Piano di indirizzamento IP Multicast privato

33 Tecnologie per i servizi VoIP e multimediali

34 Quality of Service (QoS) IP Controllo di: Congestioni ed effetti derivati Allocazione della banda disponibile per cliente Utilizzo della banda (e ottimizzazione) Inoltre: Gestione delle applicazioni più critiche Misurabilità del servizio offerto (SLA, Service Level Agreement)

35 Quality of Service (QoS) IP Implementata mediante il protocollo DiffServ (Differentiated Services): Campo TOS nell Header IP per specificare il tipo di trattamento richiesto (Traffic Marking) Algoritmi di controllo del traffico (Traffic Conditioning) sugli apparati di rete Weighted Fair Queueing (WFQ) Weighted Random Early Detection (WRED)

36 QoS: Schema Classi di Servizio Class of Service IP Prec. Expected action on exceeding allocated bandwidth, in case of link congestion Reserved for future use 7 Network 6 Voice & Voice signalling 5 Drop rather than delaying Video (VoD, Multicast, Videocommunication, Videocontrol, Videoconference) 4 Drop rather than delaying Gold Business 3 Silver Business 2 Reserved for future use 1 Best Effort 0

37 Servizi voce su IP Sovrapposizione alla dorsale di trasporto di un infrastruttura dedicata basata sullo standard ITU H.323v2 Infrastruttura H.323 comprendente: Gateway Gatekeeper Softswitch IN SCP

38 Servizi multimediali su IP Service Category IP Forwarding VOD Streaming stored audio and video (MPEG2) Unicast Live TV Channels One to many streaming of real- time audio and video (MPEG2) Multicast H323 IP VideoTelephony Real Time interactive Audio and Video communication Unicast

39 Architettura Servizi Video on Demand (VoD) Video Farm Video Pumps Video Server Video Access Request Traffico Video Video Output PoP Traffico di Segnalazione PoP Fastweb MiniPoP Residential Customers Fastweb MiniPoP Residential Customers

40 Architettura Servizi Broadcast TV Video Pumps Video Server Sito Video Pump (Caracciolo) Video Output Richiesta Video PoP Primario Secondario MiniPoP Fastweb Residential Customers PoP Primario Secondario MiniPoP Fastweb Residential Customers Selezione del canale

41 Architettura Servizi Broadcast TV Milan Video Broadcast Streamer Back-end Servers Multicast Forwarding trees TV Channels Unicast Forwarding paths - VOD Centro Stella Overlay MAN VOD Video Pumps POP Turin National B-bone Centro Stella Overlay MAN VOD Video Pumps POP Rome National B-bone Centro Stella Overlay Man VOD Video Pumps POP

42 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 ) Packet Loss 1% è già inaccettabile Flusso video a 25 Frame/s Delay Jitter (variazione del ritardo)

43 Servizi di Video Streaming: requisiti Perdita di pacchetti Throughput TCP insufficiente Video di cattiva qualità

44 Caso di studio: la rete FastWeb