Qualità di servizio e telefonia in Internet

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1 Qualità di servizio e telefonia in Internet

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 Integrated Services RSVP Differentiated Services Voice over IP/Telephony over IP

5 Servizi integrati su Internet L architettura Integrated Services

6 Una soluzione ambiziosa Prenotazione di risorse per i flussi RSVP Garanzie sulla qualità del servizio Accodamento per flusso nei router Elevata complessità Bassa scalabilità

7 ma forse inutile Standard completato (1994) Realizzato dai costruttori di router Gestione dei messaggi RSVP Algoritmi di accodamento (?) Inutilizzabile su larga scala (servizi pubblici)

8 Guaranteed Quality of Service Si garantiscono le caratteristiche del servizio ottenuto Perdite Ritardo Banda Controllo sull accesso e accodamento per flusso

9 Controlled Load Service Si fornisce il servizio che darebbe la rete in condizioni di basso carico Non ci sono garanzie Controllo sull accesso

10 Serve prenotare le risorse? La Una Le La banda in futuro sarà infinita Una singola priorità è sufficiente Le applicazioni possono adattarsi

11 D altro canto, però La Più Ogni L adattabilità La connettività costa Più c è banda, più se ne usa Ogni applicazione richiede un servizio specifico L adattabilità ha dei limiti

12 Architettura IntServ Specifica di flusso: Flow Descriptor Filterspec (+destinazione) Indica i pacchetti del flusso Essenziale per classificarli Flowspec Profilo traffico generato Servizio richiesto

13 Architettura IntServ Controllo dei flussi Classificatore di pacchetti Schedulatore di pacchetti Gestione dei buffer Controllo di ammissione Prenotazione delle risorse Instradamento

14 Architettura router IntServ Routing Agent Management Agent Admission control Reservation Agent Routing database Control Plane Traffic control database Control Plane Classifier Funzione di routing Data plane Scheduler

15 Servizi integrati su Internet La prenotazione di risorse: RSVP

16 RSVP Resource reservation protocol Si appoggia su IP Trasporta i flow descriptor FilterSpec e FlowSpec

17 RSVP Resource reservation protocol Approccio soft-state Rinnovo periodico prenotazioni Flussi eterogenei

18 RSVP Resource reservation protocol Prenotazioni a carico del ricevitore Approccio receiver oriented Organizza i dati in flussi simplex

19 RSVP in stazioni e router Applicazione RSVP Agent Control plane Stazione RSVP Routing Agent RSVP Agent Router Gestione rete Admission control Gestione rete Admission control Classifier Scheduler Dati Classifier Scheduler Data plane

20 Obiettivi di progetto Ricevitori eterogenei Gruppi multicast dinamici Aggregazione flussi Adattamento all instradamento Limitazione dell overhead Modularità Elevata Complessità

21 FlowSpec: che cosa si vuole Service class Tipo di servizio Guaranteed Quality Controlled Load

22 FlowSpec: cosa si vuole Rspec R come Reserve Qualità ritardo Rate (?!) Si assume fluid model con deviazione pubblicata dai router Slack Tolleranza rispetto alla richiesta

23 FlowSpec: che cosa si vuole Tspec T come Traffic Descrizione del flusso di dati generato Parametri di un leaky bucket Rate medio Rate di picco Burstiness RspeceTspecsono insiemi di parametri numerici

24 Reservation model Grant or refuse L utente formula una richiesta Se la rete non può garantire la QoS, l utente è bloccato Come la telefonia tradizionale

25 Reservation model Two pass reservation La rete comunica il livello di QoS che può garantire La richiesta è formulata di conseguenza Richiede due passi Esplorazione e risposta Richiesta

26 Reservation model One pass L utente formula una richiesta Se non può garantire la QoS richiesta, la rete fornisce un servizio senza garanzie (best-effort) Ultilizzabile con RSVP

27 Reservation model One pass with advertisement Versione potenziata di one pass Ultilizzabile con RSVP

28 Reservation model One pass with advertisement Da mittente a destinazione si raccolgono informazioni sulla QoS che la rete è in grado di fornire La destinazione richiede una QoS minore o uguale a quelle comunicata

29 Esempio di prenotazione Mittente Path Anche many-to-many RESV Destinazione

30 Reservation Policy Accesso preferenziale alle risorse per alcuni utenti Identificazione affidabile del richiedente

31 Reservation Policy Policy Control oltre che Admission Control Policy Data vanno forniti ai router Per esempio COPS

32 Servizi differenziati su Internet L architettura Differentiated Services

33 Differentiated Services Niente garanzie sulla qualità Niente prenotazione delle risorse Niente stato per flusso Servizio differenziato a tipi di traffico diversi DS field (campo DiffServ) Trattamento per classe

34 Differentiated Services Dimensionamento della rete Network engineering Traffic engineering Controllo di accesso ai confini Policing e shaping Traffic conditioning

35 Premessa fondamentale Il traffico differenziato rappresenta una piccola percentuale della capacità della rete

36 Caratteristiche Bassa efficienza Semplicità e scalabilità Sempre più utilizzato Per esempio IP telephony Il rapporto tra 0 e qualsiasi valore diverso da 0 è infinito!!

37 Architettura Classification Marking/re-marking Per-class Handling Forwarding DS domain Traffic Conditioning

38 Come si vendono i servizi? Service Level Agreement (SLA) Tra cliente e service provider Tra Internet service provider Service Level Specification (SLS) Traffic Conditioning Specification (TCS) Parametri leaky bucket

39 Architettura di router DiffServ SNMP COPS Configuration & Monitoring Control Plane Infrequente Ingress classifier Routing Egress classifier Scheduler Data plane

40 Per Hop Behavior (PHB) Trattamento dei pacchetti nel singolo router Si crea un corrispondenza tra DS codepoint e PHB Standard Specifica per un DS domain Tramite configurazione Re-marking

41 Per Hop Behavior (PHB) La realizzazione dipende Dal costruttore Dal gestore della rete Configurazione del router Il servizio end-to-end risulta dalla concatenazione di PHB

42 PHB standard Expedite forwarding (RFC 3246) Rate di servizio maggiore o uguale a valore specificato Assured forwarding (RFC 2597) Gruppo di PHB (PHB group) 4 classi Diversa priorità di scarto

43 Per Domain Behavior (PDB) Concetto aggiunto a posteriori Insieme di pacchetti trattati nello stesso modo da un DS domain e l associata descrizione del servizio ricevuto

44 Per Domain Behavior (PDB) Classifiers Conditioners Concatenazione di PHB I classificatori segnano (mark) i pacchetti appartenenti al PDB I conditioner realizzano policing alla periferia del DS domain Il servizio end-to-end ricevuto dai pacchetti risulta dalla concatenazione dei PHB pervisti

45 Voce su IP e Telefonia su IP

46 Voce su IP (VoIP) Comunicazione vocale attraverso Internet Problematiche relative alla trasmissione audio Spesso uso a livello amatoriale Possibile dagli anni 1980

47 Telefonia su IP (ToIP) IP Telephony (IPtel) Chiamate telefoniche attraverso una rete IP Chiamate ad utenti telefonici tradizionali

48 Telefonia su IP (ToIP) IP Telephony (IPtel) Problematiche: Trasmissione voce Segnalazione e servizi telefonici Carrier grade dal 1998

49 Elementi fondamentali Gateway (hardware e software) Transcodifica Traduzione segnalazione Voice gateway IP PSTN Telefono IP Telefono tradizionale

50 Elementi fondamentali Call manager (software) Numeri telefonici indirizzi IP Servizi avanzati Call manager Voice gateway IP PSTN Telefono IP Telefono tradizionale

51 Telefonia IP locale Switch Ethernet Call manager Ripetitore Rete telefonica Voice gateway Telefono IP Stazione di lavoro

52 Vantaggi Riduzione costi di cablaggio: 50% Un solo cavo per postazione Facile creare nuovi servizi

53 Vantaggi Riduzione dei costi di gestione Unica gestione dati e telefonia Mobilità a costo zero I centralini hanno elevati costi di riconfigurazione

54 Considerazioni I telefoni IP sono costosi Manca per ora economia di scala Alcuni modelli meno cari sono proprietari Soluzione di telefono software Fondamentale avere tutti i servizi dati dai centralini

55 Telefonia IP aziendale Rete telefonica Sede di Roma Router Collegamento geografico Sede di Torino

56 Telefonia IP per trunking Chicago IP IP IP New York Rete telefonica Tokio IP Parigi IP Torino Melbourne

57 E si telefona in tutto il mondo al prezzo di una urbana (o 2) Non proprio Il trasporto sulla rete IP non è gratuito L accesso è la parte più costosa

58 E si telefona in tutto il mondo al prezzo di una urbana (o 2) Il costo della telefonia tradizionale non è il prezzo che abbiamo pagato in regime di monopolio L accesso è la parte più costosa

59 Telefonia IP domestica Funzionalità di voice gateway Home gateway IP Rete telefonica IP Per esempio, FastWeb Cable modem, DSL, Ethernet

60 Vantaggi Per il fornitore del servizio di accesso Non serve collegamento alla rete telefonica in ogni POP Unica soluzione per accesso non DSL Per esempio Ethernet su fibra

61 Telefonia su IP (dopo) domani Rete telefonica Internet Rete telefonica

62 Perchè voce/telefonia su IP? Non perché telefonare costi meno Flessibilità e programmabilità Unica infrastruttura Installazione Gestione Integrazione di servizi Web e call center

63 Stato dell arte Oggi approccio prudente Uso locale con pochi collegamenti geografici Ideale per piccole e medie organizzazioni Soprattutto nuove installazioni

64 Stato dell arte Trunking su rete privata Gestori di reti pubbliche Schede telefoniche Servizi di interconnessione di gestori

65 Segnalazione Invocazione servizi Localizzazione utenti Reti tradizionali Signaling System No. 7 Telefonia su IP H.323 (ITU-T) SIP/SDP (IETF)

66 Qualità di servizio e telefonia in Internet

67 SIP Session Invitation Protocol Nato per la gestione di sessioni di videoconferenza su Internet User agent (UA) Client UA chiama Server UA riceve chiamate

68 SIP Session Invitation Protocol Call Processing Language (CPL) Descrive il comportamento degli agenti

69 Inoltro delle chiamate Il chiamante può contattare direttamente il chiamato Riceve richieste alternativamente Contatta un proxy server Le inoltra a un next hop server (NHS)

70 Inoltro delle chiamate SIP proxy Location server IP

71 Inoltro delle chiamate SIP proxy Location server IP Rete telefonica

72 H.323 Nato per interoperabilità della videoconferenza tra ISDN e LAN Problemi di scalabilità: un server Converte la segnalazione Gestisce le chiamate Esegue transcodifica della voce Pensato per ambito locale

73 Architettura funzionale Zona 1 Multipoint conference unit Rete telefonica Gateway Router Terminal equipement Rete telefonica Zona 2 Gatekeeper

74 Due sistemi incompatibili H.323 Controllo centralizzato (GK) Adatto a fatturazione (billing) SIP può essere completamente distribuito H.323 è preferito dagli operatori

75 Stato dell arte Esistono implementazioni di entrambe Free e non Forse le implementazioni di H.323 sono leggermente più evolute Esistono proxy per la traduzione

76 Trasporto Comune a SIP e H.323 RTP - Real-time Transport Protocol Pacchettizazione del flusso codificato Supporto al multicast RTCP - Real-time Transport Control Protocol

77 Applicazioni streaming

78 Elementi del servizio Encoder Streaming server Sorgente Rete Player (client)

79 Flussi di informazione Segnale analogico o digitale Codifica, compressione, pacchettizzazione Trasferimento al server in tempo reale Sorgente Rete Player (client)

80 Flussi di informazione live Gestione del servizio Controllo accessi Gestione contenuti Sorgente Rete Distribuzione del servizio ai client

81 Servizio statico Video on demand Gestione del servizio Controllo accessi Gestione contenuti Sorgente Rete Distribuzione del servizio ai client

82 I flussi Sequenza continua di pacchetti Diverso dal download di un file Real-time Trasporto tramite RTP/RTCP One way Grosso replay buffer per compensare variazioni di ritardo

83 Client Decodifica e riproduzione Normalmente software RealNetworks, QuickTime, Windows Media Player

84 Client Interazione con il server Può essere integrato in un dispositivo tradizionale TV con set-top-box