Qualité de Services sur Internet

difficulthopefulΛογισμικό & κατασκευή λογ/κού

2 Ιουλ 2012 (πριν από 5 χρόνια και 6 μήνες)

283 εμφανίσεις

Qualité de Services sur Internet
Dominique PRESENT
I.U.T.de Marne la Vallée
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
La QoS: pour quelles applications ?
•Les besoins applicatifs :
–les applications interactives ont des exigences strictes ;
–les applications voix nécessitent, quant à elles, des caractéristiques
réseaux très précises (environ 8 Kb/s avec un bon algorithme de
compression et un délai de traversée du réseau inférieur à 250 ms) Une
vision résumée des caractéristiques techniques de la QOS consiste à ne
retenir dans un premier temps que les deux paramètres ci-après :
•le besoin en bande passante :
–débit constant (mode stream), majoritairement utilisé par les applications
audio/vidéo et par les applications interactives
–débit immédiat (mode burst), privilégié par les applications de type
transfert de fichiers.
•le délai de traversée du réseau :

les besoins seront variables, des applications n’ayant pas de contraintes de
délais (transfert de fichiers, messagerie électronique, etc…) aux
applications à forte contrainte temporelle telles que la voix. Il appartient
alors au réseau de rendre prioritaires les flux de certaines applications
sensibles.
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
De l’application au réseau
IP
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
De l’application au réseau
IP
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
la QoSet les protocoles de réseaux locaux
•Pour Ethernet, le marquage IEEE 802.1p assure une hiérarchisation de
traitement des paquets à l’entrée de l’interface réseau.
•Pour IEEE802.11 sans fil, la certification Wi-FiAlliance pour Wi-Fi
Multimédia (WMM) définit quatre catégories d'accès pour la
hiérarchisation du trafic réseau.
•Pour les routeurs d'entreprise modernes la prise en charge de la
différenciation de trafic DSCP qu’il faut activer. Un point d’accès sans
fil compatible WMM lit la valeur DSCP et contrôle le trafic en
fonction de sa catégorie d'accès.
•Pour Internet :
–les services peuvent être différenciés en précisant la valeur DSCP
(DifferentiatedServices Code Point) dans l'en-tête IP.
–le protocole RSVP permet de réserver de la bande passante sur un
réseau jusqu'à un point final.
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
la QoSet les protocoles de réseaux locaux
•Pour Ethernet, le marquage IEEE 802.1p assure une hiérarchisation de traitement des
paquets à l’entrée de l’interface réseau. Généralement, la priseen charge 802.1p peut
s'activer depuis l'onglet Avancé des propriétés des pilotes de carte réseau. La prise en
charge 802.1p doit également être activée sur les commutateurs Ethernet.
•Pour IEEE802.11 sans fil, la certification Wi-FiAlliance pour Wi-FiMultimédia
(WMM) définit quatre catégories d'accès pour la hiérarchisation du trafic réseau. La
prise en charge de la définition des priorités WMM nécessite queles adaptateurs réseau
et leurs pilotes prennent en charge le WMM. Le WMM doit être activé sur les points
d'accès sans fil (AP).
•Pour les routeurs d'entreprise modernes la prise en charge de ladifférenciation de trafic
DSCP est généralement désactivée par défaut. La spécification WMM définit la façon
dont les catégories d'accès WMM les catégories d'accès sont associées aux valeurs
DSCP. Un point d’accès sans fil compatible WMM lit la valeur DSCP etcontrôle le
trafic en fonction de sa catégorie d'accès.
•Pour Internet,
–les services peuvent être différenciés en précisant la valeur DSCP (Differentiated
Services Code Point) dans l'en-tête IP. Comme défini dans le RFC 2472, la valeur
DSCP est le nombre 6bits d'ordre haut du champ Type de service d'IPversion4
(IPv4) et du champ Classe de trafic d'IPversion6 (IPv6).
–le protocole RSVP permet de réserver de la bande passante sur unréseau jusqu'à un
point final.
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Qualité de service (QoS) dans WindowsXP
•WindowsXP et WindowsServer2003 fournissent des API permettant d'attribuer
des paramètres de QoSau trafic (WindowsSocket(Winsock) et QoSgénérique
(GQoS)).
•Les administrateurs réseau peuvent utiliser les outils de gestion du trafic écrits
pour appeler l'APIde contrôle du trafic (TC) afin d'appliquer des paramètres de
qualité de service au niveau de l'hôte :
–option de socketIP_TOS pour déterminer la valeur DSCP des paquets sortants
pour un socket
–Les API GQoSautorisent une application à déterminer une valeur DSCP et à
limiter son trafic sortant (GQoSfait partie de WindowsSockets2.0 -
Winsock2).
–L'APITC permet un contrôle direct sur les valeurs DSCP, les étiquettes
802.1p et le taux de limitation. Les administrateurs réseau peuvent utiliser les
programmes de gestion de trafic pour invoquer directement l'APITC pour le
compte d'applications qui ne reconnaissent pas QoS.
•Pour que la prise en charge de qualité de service (QoS) soit effective, le composant
Planificateur de paquets QoSdoit être installé et activé
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Qualité de service (QoS) dans WindowsXP
•WindowsXP et WindowsServer2003 fournissent des API permettant d'attribuer des
paramètres de QoSau trafic. Les développeurs d'applications peuvent utiliser desAPI
WindowsSocket(Winsock) et de QoSgénérique (GQoS) pour appliquer les paramètres de
QoSau niveau de l'application pour chaque socket). Les administrateurs réseau peuvent
utiliser les outils de gestion du trafic écrits pour appeler l'APIde contrôle du trafic (TC) afin
d'appliquer des paramètres de qualité de service au niveau de l'hôte :
–option de socketIP_TOS pour déterminer la valeur DSCP des paquets sortants pourun
socket
–Les API GQoSautorisent une application à déterminer une valeur DSCP et à limiter son
trafic sortant (GQoSfait partie de WindowsSockets2.0 -Winsock2).
–L'APITC permet un contrôle direct sur les valeurs DSCP, les étiquettes 802.1p et le
taux de limitation. Les administrateurs réseau peuvent utiliser les programmes de
gestion de trafic pour invoquer directement l'APITC pour le compte d'applications qui
ne reconnaissent pas QoS.
•Pour que la fonctionnalité de qualité de service (QoS) soit prise en charge par les ordinateurs
exécutant WindowsXP et WindowsServer2003, le composant Planificateur de paquets QoS
doit être installé et activé depuis les propriétés des connexions réseau dans le dossier
Connexions Réseau (voir la figure2). Le composant Planificateur de paquets QoS
(lPsched.sys) est installé et activé par défaut sur les ordinateurs exécutant WindowsXP. Le
composant Planificateur de paquets peut être installé sur WindowsServer2003.
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Le planificateur de paquets de XP
Le planificateur de paquets de XP
Sur Windows XP, le
planificateur de paquets n’est
pas paramétrable par
l’interface utilisateur. Il faut
passer par des API.
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
QoSdans WindowsVista et Server«Longhorn»
•Une qualité de service basée sur :
–les stratégies pour déterminer les valeurs DSCP ;
–WindowsVista et WindowsServer«Longhorn» prennent en charge la
nouvelle API QoS2, également connue sous le nom de qWAVE(Quality
Windows Audio-VideoExperience).
•La bande passante du réseau peut être gérée de façon centralisée.
•Les paramètres de qualité de service basée sur les stratégies permettent de
hiérarchiser ou de gérer le taux d'expédition pour le trafic sortant en fonction
des conditions suivantes:
–L'application qui envoie (chemin d'accès et nom de l'exécutable)
–Les adresses IPv4 ou IPv6 source ou de destination ou les préfixes
d'adresse
–Le protocole (lTCP, UDP ou les deux)
–Les ports sources ou de destination ou les étendues de ports (TCP ou
UDP)
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
QoSdans WindowsVista et Server«Longhorn»
•Une qualité de service basée sur :
–les stratégies pour déterminer les valeurs DSCP ;
–Le contrôle des taux d'expédition des applications sans devoir utiliser d'APIni modifier
d'application existante. WindowsVista et WindowsServer«Longhorn» prennent en
charge la nouvelle API QoS2, également connue sous le nom de qWAVE(Quality
Windows Audio-VideoExperience).
•La qualité de service (QoS) basée sur les stratégies permet le contrôle des coûts de la bande
passante, ou la négociation de meilleurs niveaux de service avecles fournisseurs de bande
passante ou les services d'exploitation. La bande passante du réseau peut être gérée de façon
centralisée.
•Les paramètres de qualité de service basée sur les stratégies permettent de hiérarchiser ou de
gérer le taux d'expédition pour le trafic sortant en fonction des conditions suivantes:
–L'application qui envoie (chemin d'accès et nom de l'exécutable)
–Les adresses IPv4 ou IPv6 source ou de destination ou les préfixes d'adresse
–Le protocole (lTCP, UDP ou les deux)
–Les ports sources ou de destination ou les étendues de ports (TCP ou UDP)
•La qualité de service (QoS) basée sur les stratégies permet :
–de définir la priorité du trafic ;
–De configurer une stratégie de QoSpour marquer le trafic IPv4 ou IPv6 sortant avec une
valeur DSCP spécifique ;
–gérer l'utilisation de la bande passante pour le trafic sortant ;
–configurer une stratégie de QoSpour appliquer un taux de limitation au trafic sortant.
Grâce à la limitation, les composants de QoSlimitent le trafic réseau sortant agrégé à un
taux spécifié.
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Le planificateur de paquets
•WindowsVista ou WindowsServer«Longhorn» téléchargent et
appliquent leurs paramètres de QoSbasée sur les stratégies lorsqu'ils
mettent à jour leur configuration utilisateur ou leur stratégie de groupe
de configuration de l'ordinateur.
•Dans WindowsVista, la fonctionnalité qWAVEprend simultanément
en charge plusieurs flux AV (fluxen temps réel nécessitant QoS) et
flux de données (flux de type Meilleur effort tels que le courrier
électronique ou les transferts de fichiers).
•L'ensemble de technologies qWavedétecte et contrôle la bande
passante sur le réseau local, détermine la capacité QoSdu réseau et
assure un contrôle d'admission distribué. Ces technologies permettent
l'utilisation des techniques de diffusionAV en flux continu pour que
les applications puissent s'adapter dynamiquement à l'évolution des
conditions du réseau.
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Le planificateur de paquets
•Pour déployer une qualité de service basée sur les stratégies sur un intranet, configurer
les stratégies de QoSbasées sur l'utilisateur ou l'ordinateur et les appliquer au conteneur
ActiveDirectory approprié. Les ordinateurs WindowsVista ou
WindowsServer«Longhorn» téléchargent et appliquent leurs paramètres de QoSbasée
sur les stratégies lorsqu'ils mettent à jour leur configuration utilisateur ou leur stratégie
de groupe de configuration de l'ordinateur.
•Du fait que les réseaux sont de plus en plus souvent partagés par les applications de
données et les applications audio/vidéo (AV), il convient d'implémenter une solution de
QoSpour pouvoir assurer un traitement préférentiel au traficAV avec période de
validité par rapport au trafic de données. En outre, les réseauxsont de plus en plus
souvent sans fil, ce qui ajoute des complications pour les applications sensibles à la
latence et à la bande passante.
•Dans WindowsVista, la fonctionnalité qWAVEest intégrée au sous-système QoS. Elle
prend simultanément en charge plusieurs flux AV (fluxen temps réel nécessitant QoS)
et flux de données (flux de type Meilleur effort tels que le courrier électronique ou les
transferts de fichiers).
•L'ensemble de technologies qWavedétecte et contrôle la bande passante sur le réseau
local, détermine la capacité QoSdu réseau et assure un contrôle d'admission distribué.
Ces technologies permettent l'utilisation des techniques de diffusionAV en flux continu
pour que les applications puissent s'adapter dynamiquement à l'évolution des conditions
du réseau.
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
La QoSsous Linux : le filtrage des paquets
•La QoSnécessite des gestionnaires de files et un filtrage des paquets
(disponibles avec la version 2.4.18 ou ultérieure du noyau) :
–Les gestionnaires de files d’attente les plus utilisés :
•CBQ (Class BasedQueueing) basés sur le``idletime'' (temps
entre le désempilagede deux paquets) du lien et sa bande
passante ;
•HTB (HierarchyTokenBucket) utilise le mode « burst»
(version 2.4.19 de Linux) ;
•PRIO peut spécifier un ``mapping'' par défaut entre le champ
ToSdes paquets et les classes. Ce gestionnaire est
particulièrement efficace pour améliorer l'interactivité des
services commessshou telnetmemelorsque le lien est saturé.
–IProute2 est une suite d'utilitaires :
•``ip'' permet d'effectuer des configurations complexes de
routage ;
•``tc'' permet de sélectionner des types de paquets ipet les
envoyer vers différents types de files d’attente ;
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
La QoS: des performances garanties
•La Qualité de Services (Qualityof Services) garantie des performances dans la
transmission des données sur les réseaux :
–Les composants liés à la QOS comprennent :
•La disponibilité du service rendu ;
•La bande passantedisponible ;
•Le délai de traversée du réseau ou latence ;
•La variation de ce délai ou gigue ;
•Le taux de perteexpérimenté par les paquets.
•les performances de QoSsont mesurées par des paramètres :
–variation maximale entre cellules : Peak-to-PeakCellDelay Variation
(CDV);
–temps de transfert maximum : Maximum CellTransferDelay (Max CTD);
–temps de transfert moyen : MeanCellTransferDelay (MeanCDV);
–taux de perte : CellLossRatio (CLR);
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Le routage des opérateurs Internet
R4 (Paris)
R2 (Troys)
R1 (Sens)
R5 (Strasbourg)
R3 (Colmar)
R6 (Bes
ançon)
R7 (Dijon)
B
A
A
C
Paris
Ann
ecy
Lyon
A
D
Grenoble
Ebone
A
D
Réseau client
Routeur de
bordure
(EGP)
Routeur
interne
(IGP)
•Les plaques sont interconnectées
par les routeurs de bordure
•en Ile de France, les réseaux des opérateurs sont interconnectés par le Ebone
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Garantir le cheminement des paquets
Problèmes :
•en cas d’encombrement d’un lien, les paquets sont routés par un
autre chemin ;
•si le chemin est trop long, les paquets sont détruits.
Objectifs :
•gérer les routeurs pour garantir un chemin constant des paquets des
flux «temps réel»
Réseau B
Réseau A
Réseau C
Routeur 2
Routeur 1
Routeur 3
Routeur 4
Routeur 5
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Gérer les débits sur les liens
Multiplexage des flux :
•le débit maximum (1+0,5) est inférieur à la bande passante du lien ;
Réseau B
Réseau A
Réseau C
Routeur 2
Routeur 1
Routeur 3
Routeur 4
Routeur 5
1Mb/s
0,5Mb/s
Lien de
2Mb/s
XXXXX
1,3Mb/s
•le débit maximum (1+1,3) est supérieur à la bande passante du lien.
Des paquets seront détruits.
Objectif : gérer les débits des flux entrant dans le réseau
•optimiser le routage pour éviter le dépassement de bande passante ;
•gérer les variations des débits des flux.
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Gérer les variations de débits
Variation des débits :
•les rafales dépassent la bande passante de 2Mb/s du lien ;
•des paquets sont retardés (gigue) ou détruits ;
Solutions :
•définir des paramètres de débit (débit minimum, débit crête, durée
des rafales ;
•définir un délai de traversée, un taux de perte de paquets.
Réseau B
Réseau A
Réseau C
Routeur 2
Routeur 1
Routeur 3
Routeur 4
Routeur 5
Lien de
2Mb/s
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
QoS: transmission et routage
Pour assurer une qualité de service sur un réseau, il faut :
•un protocole de transmission à performances garanties ;
•un protocole de routage réservant des ressources dans les routeurs
traversés ;
•un protocole de signalisation contrôlant les performances réelles, dans
le réseau et de bout en bout ;
•des routeurs mettant en œuvre ces protocoles.
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Quelles solutions ?
•Protocoles de transmission (niveau 2) :
–ATM ; SDH ; frameRelay
•Protocoles de routage (niveau 3) :
–IPv4 ; IPv6 ; ATM
•Protocoles de signalisation (niveau 3) :
–IntegratedServices -Intserv-RFC1633
–Ressource reSerVationProtocol(RSVP) withIntserv-RFC2210
–GuaranteedQoSin Intserv-RFC2212
–Control LoadQoSwithIntserv-RFC2211
•Differentiatedservices -Diffserv-RFC2474)
–64 Classes de service
–2 profils : Expedite(RFC2598) à faible latence
Assured(RFC2597) -débit garanti
•MultiProtocolLabel Switching
–4 classes de service (Premium, Gold, Silveret Bronze)
–ajout d’une étiquette aux paquets dans le réseau del’opérateur
–compatible avec Diffserv
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Routage : le piège du «plus court chemin»
Routeur 2
Réseau B
Réseau A
Réseau C
Routeur 1
Routeur 3
Routeur 4
Routeur 5
20
Rt2
Rt4
20
Rt2
Rt5
10
Rt3
Rt3
10
Rt2
Rt2
Cost
Next-Hop
Node
OC3
OC1
•tout le trafic entre les réseaux A et B passera
par les routeurs 2 et 4
•si 2 flux de 40Mb/s sont ouverts, le lien
OC1(51Mb/s) est saturé et 40% des paquets
perdus •le choix du chemin doit tenir compte des
débits disponibles sur les liens
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Un trafic composite à gérer
flux constant
0
2
4
6
8
flux variable 1
0
5
1015
0
2
4
6
8
flux variable 2
débit moyen
rafale
Débit maximum
durée
Trafic composite
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Règles de gestion du trafic
0
5
1015
Trafic composite
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Mécanismesde DiffServices
•QoSobtenuepar traitementdifférenciéde chaquepaquetou
classede paquet
•Classification du traficpar application/réseau
•marquagedes paquets
•régulation/formatagedu trafic
•gestiondes files d’attentepar classeet par flux
•pas de signalisationexpliciteprovenantdes applications
•appropriéà la gestionde flux groupés
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Differentiated
IP Services
Guaranteed: Latency
and Delivery
Best Effort DeliveryGuaranteed Delivery
Voice
E-mail, Web
Browsing
E-Commerce
Application
Traffic
Platinum Class
Low Latency
Silver
Bronze
Gold
Voice
Voice
Traffic
Classification
Traffic
Classification
DiffServ: 4 Classes de trafic
Document www.cisco.com
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
DiffServ: marquagedes paquets
Version
Length
Len
Niv. 3 ; IPV4
Niv. 3 ; IPV4
ID
Offset
TTL
Proto
FCS
IP-SA
IP-DA
Data
ToS
1 Byte
0
7
1
2
3
4
5
6
Classede trafic
DifferenciatedServices Code Point
Unused
Bits;
Priorité
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
DiffServ: Architecture (RFC-2475)
Document www.cisco.com
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
QoSet MPLS : unequestion d’étiquette
•uneétiquetteestajoutéeau paquetà l’entréesurle réseau
•le traitementde chaquepaquetsera différenciéd’aprèscette
étiquette
•unedétectionde congestion (Weighted Random Early
Detection) et de gestionéquilibréedes files d’attente
(Weighted Fair Queuing) sontmisesen œuvre
•protocolecompatible avec les autresprotocolede garantiede
service surIP (notammentDiffServ)
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Conventional
Router
Label Edge
Routers
ATM-LSR
Label Switching
Router (LSR)
Architecture d’un réseauMPLS
Les routeurs de bordure :
•affectent l’étiquette aux paquets entrants
•assurent une régulation du trafic entrant
Document www.cisco.com
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
MPLS
Core
MPLS : rôledes routeurs
1) Le routeur de bordure :
•ajoute l’étiquette
(MPLS Ext)
•régule le débit d’entrée
1) Le routeur de noyau :
•lit l’étiquette (MPLS Ext)
•gère les classes de service
•détecte les congestions
Document www.cisco.com
ISP Customer
1) Le routeur du client
définit :
•la classe de service (DSCP)
•les paramètres (débit,
priorité)
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
MPLS QoS: copiedu DSCP
DSCP : xxxdd
IPv4 Packet
MPLS Hdr
MPLS EXP:
xxxdd
Non-MPLS
Domain
MPLS Domain
EF
EF
x x x y y 0
CU
CU
Class
Class
Drop
Drop
Precedence
Precedence
AF Class = 1, 2, 3, 4
AF Class = 1, 2, 3, 4
Drop Precedence = 2, 4, 6
Drop Precedence = 2, 4, 6
AFxy
AFxy
1 0 1 1 1 0
CU
CU
DSCP
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Contrôle des ressources des nœuds
Les ressources sont réservées dans chaque nœud, et une fonction de contrôle
d’admission de trafficactivée (ConnectionAdmission Control).
Setup
(QoS
)
Call
proceeding
Setu
p
(QoS
)
Mise en œuvre
du CAC
Setup
(QoS
)
Setup
(QoS
)
connec
t
connect
AcK
connect
connect
AcK
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Choix d’une route
•Une vue globale des ressources du réseau est nécessaire. Elle est
assurée par un algorithme “générique” de contrôle d’admission
(GCAC).
•A la réception d’une demande de connexion:
•Les liens qui ne disposent pas du débit requis ou dont le taux de
perte de cellules est supérieur à la demande sont éliminésde la liste
des chemins possibles;
•Une liste des chemins les plus courts est établie;
•De cette liste sont éliminés les chemins dont les performances
globales sont inférieures à celles demandées. Dans le cas où
plusieurs chemins sont trouvés, la répartition du trafficsur le
réseau est prise en compte;
•La description complète du chemin choisi est notée dans une liste
(DTL) et transmise à tous les nœuds du chemin.
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Principales méthodes de contrôle de flux
•à l’accès du réseau par régulation du débit (Source TrafficSmoothing,
LeakyBucket)
￿
￿￿￿
;
￿
￿￿￿
￿
￿￿￿
￿
￿￿￿
•de bout en bout (Rate Control for end-to-end Transport) utilisant des
cellules OAM
￿
￿￿￿
;
•contrôle de congestion réactive ou préventive (ConnectionAdmission
Control)
￿
￿￿￿