DiffServ- Differentiated Services

Differentiated Services: Introduzione 2 DiffServ- Differentiated Services Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Telecomunicazioni Proposta dall IETF nella RFC 2474/75 (12/98) Approccio basato sulle classi Meccanismo semplice di gestione QoS Qualità di servizio a livello di classi di dati o aggregati Insieme limitato ed efficiente di meccanismi di routing Implementazione e sviluppo semplice La classe viene identificata attraverso l header Non fa uso di Resource reservation set up Classification e scheduling per flusso Privilegia la scalabilità Framework Elementi importanti del Dominio DiffServ Edge Router o border router nei bordi Nodi ingress o egress o interior router all interno Customer network Customer network ISP network Edge Router Edge Router Customer network 3 Principi base Definizioni Forwarding Class (drop priority e scheduling) Classifier DS Codepoint -DSCP Traffic Conditioning metering, policing, shaping, and packet marking Per-hop Behavior (PHB) Forwarding Treatment (drop priority e banda allocata) Servizio prevedibile Behavior Aggregate Pacchetti con lo stesso DSCP su un link 4

Principi base I nodi della rete hanno funzioni differenti Edge router classificazione e condizionamento Interior node inoltro sulla base del PHB 5 DiffServ vs IntServ Allocazione delle risorse Per aggregato di traffico, non per flusso Classificazione semplice nel core, non complessa Trattamento di forwarding, non di servizio Garanzie di provisioning, non di reservation Il comportamento della rete si basa sugli SLA piuttosto che sulla segnalazione dinamica Focus sul singolo dominio piuttosto che sul percorso end-to-end 6 Servizio e Forwarding Treatment Un Forwarding Treatment è un comportamento osservabile implementato in un nodo (un algoritmo o un meccanismo) Il servizio è dato dalla performance complessiva che l utente riceve FT può essere usato per costruire un servizio Esempio Servizio no-loss Può essere implementato con express forwarding ed admission controll Oppure FCFS con controllo load complessivo I servizi sono tempo-varianti, gli FT stabili temporalmente 7 Per-Hop Behaviors (PHB) Descrivono i Forwarding Treatment ovvero le regole con cui devono essere trattati i pacchetti appartenenti ad una classe di servizio in un dominio DS Sono definiti tanti PHB quante sono le classi di servizio previste in un Dominio DS Sono codificati con un codepoint inserito nell header del pacchetto DiffServ CodePoint (DSCP) di 6 bit Tutti i pacchetti con lo stesso DSCP corrispondono ad un behaviour aggregate 8

Servizi La creazione di un servizio richiede il mapping del traffico in specifici PHB traffic conditioning agli estremi della rete netwok provisioning forwarding basato su PHB nei nodi intemedi I servizi sono definiti in termini di SLA E necessario un TCA (traffic conditioner agreement) che può includere profilo di traffico (TB) 9 IPv4 e QoS: il campo ToS (RFC 791) 10 metriche di performance drop priority azioni per i pacchetti non conformi marking and shaping DSCP 11 Pool di PHB codepoint 12 Campo ToS in IPv4 e CoS in IPv6 Campo di 6 bit Il numero complessivo di possibili DSCP è pari a 64 Codepoint 000000 = best-effort Tre pool di codepoint: 32 codepoint (xxxxx0) riservati a PHB standard 16 codepoint (xxxx11) riservati a PHB sperimentali o locali 16 codepoint (xxxx01) disponibili per PHB sperimentali o locali ma utilizzabili come standard se i primi vengono esauriti I codepoint xxx000 corrispondono al Class Selector (CS)

Class Selector (CS) 13 Class Selector (CS) e PHB 14 Usa solo i primi tre bit del DSCP, ovvero i bit definiti per il campo precedenza IP 8 classi per la differenziazione dei pacchetti la priorità è assegnata alla classe con valore più alto È stato il primo tipo di PHB definito mantiene la compatibilità con le architetture esistenti Le classi con valore 11x000 sono riservate all amministrazione di rete ed hanno quindi priorità massima Nome Codice Binario BE (Best Effort) 000000 CS1 001000 CS2 010000 CS3 011000 CS4 100000 CS5 101000 CS6 110000 CS7 111000 Classi di servizio e PHB 15 Expedited Forwarding (EF) 16 Sono stati definiti tre gruppi di PHB ovvero di classi Best effort Expedited Forwarding (EF)(Premium Service) Fornisce un servizio di virtual wire Ammissione su base peak bit rate Le risorse non utilizzate dall EF sono utilizzate dal traffico best effort Analogo alla classe Guaranteed Service dell architettura Intserv Assured Forwarding (AF) Basato su profili di traffico prestabiliti Livelli di QoS garantiti per il traffico contenuto in un profilo stabilito, con possibilità da parte della sorgente di emettere traffico in eccesso Bassa probabilità di perdita per il traffico entro il profilo Marcatura del traffico Out-of-profile Analogo alla classe Controalled Load dell architettura Intserv Proposto da Van Jacobson e standardizzato nella RFC2598 La banda è riservata in base al traffico di picco negoziato dall'utente garantendo che il traffico non verrà scartato ed avrà la priorità più alta è un servizio a priorità bisogna evitare che alcuni utenti vadano in starvation Visto agli estremi di un dominio DS è equivalente ad una linea virtuale dedicata (Virtual Leased Line)

Expedited Forwarding (EF) Servizi end-to-end con caratteristiche di realtime: basse perdite basse latenze basso jitter garanzia di larghezza di banda Spedizione rapida simile alla coda basata su priorità Codepoint raccomandato <101110> Implementazioni possibili coda a massima priorità con token bucket variante WFQ in cui i pesi corrispondono alla priorità 17 Assured Forwarding (AF) Proposto da Clark e Wroklawski Assured Service Servizi end-to-end con caratteristiche di garanzia sul recapito del pacchetto (trasmissione assicurata) È definita una larghezza di banda "di profilo (expected capacity) Usa meno risorse di quante ne utilizzerebbe l EF Vengono definite 4 classi AF (AFxy, x=1,2,3,4) per ognuna di esse è allocato in ogni router un diverso insieme di risorse (banda e buffer) allocazione banda minima obbligatoria 18 Assured Forwarding (AF) Per ciascuna delle quattro classi sono definiti 3 livelli di priorità di scarto dei datagrammi (AFxy, y=1,2,3) in caso di congestione i datagrammi sono scartati nell ordine stabilito dal livello di drop precedence Realizzabile con: WFQ e Weighted RED 19 Assured Forwarding (AF) Lo standard non specifica la relazione esatta tra gruppo AF e gli altri PHB implementati, ma è necessario specificare: regole preemption (solo in casi particolari) come allocare le risorse in eccesso tra gruppi AF PHB e gli altri gruppi PHB I DS node applicano AF ad un pacchetto in base a: quantità di banda allocata per la classe AF quantità di traffico ammesso per la classe AF la drop priority del pacchetto I servizi possono essere realizzati usando: drop priority provisioning level 20

Assured Forwarding (AF) 21 DSCP e PHB 22 Esempio: Realizzazione del così detto Olympic Service Tre classi di servizio: Gold, Silver e Bronze I pacchetti della classe Gold vedranno in rete un carico più basso dei pacchetti della classe Silver Il ritardo e la perdita dei pacchetti di classe Gold saranno inferiori a quelli della classe Silver I pacchetti della classe Silver vedranno in rete un carico più basso dei pacchetti della classe Bronze Il ritardo e la perdita dei pacchetti di classe Silver saranno inferiori a quelli della classe Bronze In ogni classe possono essere creati livelli di drop precedence (esempio 3 livelli) per un totale di 9 classi Classe Gold x = 1 y = 1, 2,3 Classe Silver x = 2 y = 1, 2,3 Classe Bronze x = 3 y = 1, 2,3 Nome Codice Binario Valore Decimale AF11 001010 10 AF12 001100 12 AF13 001110 14 AF21 010010 18 AF22 010100 20 AF23 010110 22 AF31 011010 26 AF32 011100 28 AF33 011110 30 AF41 100010 34 AF42 100100 36 AF43 100110 38 EF PHB 101110 46 Rappresentazione di alcuni servizi 23 Classificazione e condizionamento traffico 24 DSCP Uso Classe 0 Best effort BE 26 Voice control (SIP, H.323) AF31 46 Voice data (RTP, RTSP) EF 10 Streaming video AF11 Ingress Router o Egress Router Effettuano il mapping dei pacchetti in una classe di forwarding Garantiscono che il traffico sia conforme agli SLA Utilizzano funzioni di traffic classification e traffic conditioning 48 Network-layer control (OSPF, RIP, EIGRP) CS6 Remarker Classifier Marker Meter Shaper Dropper Classification Conditioning

Classifier Divide uno stream in ingresso in gruppi Esistono due tipi di classifier Behavior aggregate (BA) È il più semplice usato dal DiffServ Utilizza solo il DSCP E usato quando il DSCP viene settato prima di raggiungere il classifier Multifield (MF) Più complesso Utilizza uno o più campi della quintupla (IP sorgente, IP destinazione, porta sorgente, porta destinazione, protocol ID) marking sulla base del tipo di applicazione (numero di porta) marking sulla base della sorgente e della destinazione marking sulla base del set di campi che identifica il flusso 25 Traffic Conditioner Realizza funzioni di traffic policing per garantire il TCA tra clienti e service provider Il Policing non solo per scartare, ma anche per ricontrassegnare È costituito da quattro elementi base: Meter misura i parametri temporali del flusso di traffico e li confronta con il profilo stabilito dallo SLA espresso, tipicamente, con parametri di token bucket Marker setta il DS field di un pacchetto con un particolare DSCP e associa il datagramma ad un flusso aggregato (colorazione) Può essere effettuata dalla sorgente o da un edge router 26 Traffic Conditioner 27 Policing 28 Shaper introduce o meno i pacchetti nella rete. Ad esso è associata una coda Dropper tratta i pacchetti fuori profilo in maniera immediata Traffic Traffic Rate Policing Traffic Traffic Rate Coloring Engine Time Time VolP HTTP FTP Separate Conform and Exceed Actions VolP HTTP FTP VolP HTTP FTP Platinum Class Gold Class Bronze Class Traffic Traffic Rate Shaping Traffic Traffic Rate Time Time

Collocazione di un condizionatore 29 Per-Domain Behavior (PDB) 30 L'attività di conditioning può essere collocata: entro il dominio sorgente (pre-marcatura): soluzione più semplice ai confini di un dominio; es.: se il dominio sorgente non supporta DS o se è necessario applicare una diversa politica ad un certo flusso in domini che non supportano DS; una forma di premarcatura in attesa che il traffico entri in una rete che supporta DS in nodi interni -caso limite es. in caso di congestione La RFC 3086 specifica i PDB Definiscono un particolare comportamento end-to-end sviluppato in un dominio DiffServ funzioni di conditioning del traffico (shaping, policing, marking ) agli edge router funzioni di gestione dei pacchetti (accodamento, scheduling, accettazione nel buffer) di ciascun router Il PHB è relativo al comportamento su un hop del dominio mentre PDB è relativo al comportamento previsto per un intero dominio Ne viene definito solo uno: lower effort (LE) PDB RFC 3662 Le altre classi hanno precedenza nell occupazione della banda mentre il traffico LE PDB potrà usare solo la banda disponibile non usata Management della banda interdominio 31 Bandwith Broker (BB) 32 Articolazione in Domini edge router core router bandwidth broker (BB) I BB possono essere impiegati per una gestione end-to-end della banda Bandwidth Broker Edge Router Sender Dominio DiffServ Receiver Edge Router Alloca banda nei propri domini sulla base delle priorità dell azienda e delle sue politiche Comunica con altri BB per poter gestire l allocazione di risorse in domini differenti Mantiene traccia dell allocazione di banda del traffico marcato Mantiene traccia dello stato in una base di dominio amministrativo e non su ogni core router Controllo di accesso: Admission control Può essere usato per realizzare la negoziazione di risorse interdominio dinamica Può essere usato in una struttura gerarchica

Bandwith Broker (BB) 33 Bandwith Broker (BB) 34 Utilizza un database per tenere traccia delle richieste attive, degli SLA, del ruolo di ogni router nel dominio e dei codici DSCP asseganti ai PHB Alcune tabelle relative alla topologia della rete devono essere riempite manualmente dall amministratore Ad esempio la tabella RTINFO con le informazioni relative a tutti gli edge router del dominio (router Linux o Cisco, indirizzo di rete, indirizzo e interfaccia da utilizzare per la configurazione) Tramite un file di configurazione è possibile specificare la quantità di banda allocabile nel dominio per le classi EF, AF4, AF3, AF2 e AF1 Questi valori sono utilizzati per valutare se ci sono sufficienti risorse per accogliere o meno un nuovo SLA Il BB interagisce con gli altri componenti del sistema attraverso dei protocolli binari non standard Sono presenti tre tipi di interfacce: Interfaccia con gli script di amministrazione della pagina web: serve per aggiungere e modificare gli SLA e per fornire l elenco di SLA e richieste conservati nel DB Interfaccia con il client : fornisce la possibilità di allocare e disallocare la banda Interfaccia con i border router: il BB riceve dai router le informazioni di routing e invia i comandi di configurazione per classificare il traffico in ingresso al dominio BandwidthBroker (BB) 35 Funzionamento del BB Se un flusso deve entrare in un dominio Diffserv o un utente locale vuole inviare dei dati: la richiesta di allocazione contenente il riferimento ad un SLA deve essere segnalata al BB -Resource Allocation Request (RAR) il BB deve: controllare l autenticità dello SLA in base alle specifiche indicate, verificare la disponibilità di risorse negoziare l allocazione di risorse con il dominio vicino se il flusso di dati attraversa altri domini decidere se la richiesta può essere soddisfatta comunicare la decisione al richiedente 36

Funzionamento del BB 37 Componenti fondamentali del BB 38 In seguito ad una richiesta di allocazione il BB effettua le seguenti operazioni: controllo dell identificativo dell utente e dell autorizzazione ad utilizzare la banda richiesta nella classe di servizio specificata (verifica sugli SLA dell utente e sulla banda residua di cui dispone) verifica della disponibilità di banda nel periodo di tempo richiesto per poter accettare o meno la richiesta se la richiesta è accettata, scelta del border router da configurare in base all indirizzo del computer sorgente richiesta della tabella di routing per poter individuare l interfaccia da configurare in base all indirizzo IP di destinazione configurazione opportuna del router scelto invio al client del codice di identificazione della richiesta accettata oppure di un codice di errore che indica il problema riscontrato È presente nel BB un sistema di controllo di SLA e richieste che provvede ad eliminare le istanze scadute Base di dati Tabelle di routing Deposito di dati (SLA, politiche, allocazione corrente, ecc.) Protocolli di comunicazione Interfaccia utente/applicazione Protocollo di comunicazione inter domain Protocollo di comunicazione intra domain Protocolli di comunicazione Ogni router possiede un meccanismo di configurazione predisposto dal costruttore In particolare i meccanismi più diffusi sono Common Open Policy Services (COPS) Simple Network Management Protocol (SNMP) Telnet Per la comunicazione inter-dominio, non è stato ancora definito un singolo protocollo che possieda tutte le caratteristiche necessarie L Internet2 QBone BB Advisory Council ha proposto in il Simple Inter domain Bandwidth Broker Signalling (SIBBS) 39 Considerazioni DiffServ Vantaggi architettura di rete semplice alta scalabilità fornisce modelli di servizio flessibili e aperti supporta la QoS senza bisogno di un sistema di segnalazione complesso Svantaggi DiffServ non consente di richiedere requisiti quantitativi ma soltanto qualitativi; può garantire un numero limitato di priorità non può essere la soluzione per la fornitura di QoS end-to-end alternative: IntServ altro progetto IETF 40

Conclusioni IntServ/DiffServ 41 Interoperabilità 42 IntServ si mostra molto più utile ed efficiente per la rete d'accesso dell'utente DiffServ è certamente più adatto per le reti di transito sulle quali passano grossi aggregati di traffico La complementarietà delle due strategie ha portato alla concezione di una gestione mista della qualità che può essere sfruttata per il management end-to-end delle risorse RECEIVER SENDER