Principes

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Jul 2, 2012 (4 years and 5 months ago)

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Le Streaming Vidéo IP, Support des Applications de Vidéosurveill
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La QoS
~ Principes
Pour garantir la Qualité de Services d'un réseau, deux solutions:
Utiliser un réseau surdimensionné, offrant une bande passante largement supérieure aux besoins
Activer les fonctionnalités de QoS, sur les routeurs et sur les commutateurs si nécessaire
Plusieurs outils permettent de supporter la QoS sur le LAN et leWAN :
Les VLAN par le tagging des trames Ethernet et les classes de services (CoS) définies par la norme
IEEE 802.1p, garantissent la QoS sur les ports commutés (switchset routeurs)
Le protocole de transport TCP (niveau 4) en s'appuyant sur le champ TOS de l'en-tête IP.
L'évolution d'IPv6 et le développement des nouveaux protocoles de transport RTP et RTCP, ainsi
que le protocole MPLS (Multi-ProtocolLabel Switching)
Les critères de Qualité de Services sont les suivants :
Le Délai: temps écoulé entre l'envoi d'un paquet et sa réception par ledestinataire
La Gigue: variation du délai de bout en bout
La Bande passante: taux de transfert maximum pouvant être maintenu entre deux terminaux
La Disponibilité: taux moyen d'erreurs lors d'un échange de données
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La QoS
~ Principes (2)
Un réseau est constitué de liaisons et de routeurs :
Les liaisons présentent des caractéristiques, de délai de propagation, de bande
passante et de disponibilité
Les routeurs peuvent avoir un impact significatif sur le délai, la gigue et la
disponibilité, de part leurs fonctions consistant à contrôler l'intégrité du paquet
reçu, en déterminer l'interface de sortie et de le stocker sur la file d'attente qui
lui est associée.
Lorsque le trafic augmente au-delà de leurs capacités, les files d'attente se
remplissent, impactant le délai, la gigue et la disponibilité etpouvant amener les
routeurs à jeter les paquets en surnombre
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La QoS
~ Les algorithmes de TCP
Le mécanisme de contrôle du débit et de prévention de la congestion implémenté dans TCP,
repose sur 4 algorithmes imbriqués (rfc2001) :
Slow Start: parallèlement à la fenêtre de transmission TCP, il ajoute uneautre fenêtre, la fenêtre de
congestion ou cwnd. Lors de l'établissement d'une connexion cwndest initialisée à 1, chaque fois
qu'un accusé réception (ACK) est reçu, cwndest doublée. L'émetteur commence par transmettre
une trame, lorsque son ACK est reçu, 2 trames sont alors envoyées, lorsque leur ACK est reçu,
cwndest incrémentée de 2 à 4, 4 trames sont alors envoyés et ainsi de suite jusqu'à la fin du
transfert ou la saturation du buffer de l'émetteur.
Congestion avoidance: part du postulat qu'une indication de perte de paquets signalée par un
timeout ou la réception d'ACK dupliqués, est causée par une congestion. TCP doit alors ralentir son
débit d'émission, la fenêtre de congestion de slow startest alors décrémentée de moitié.
FastRetransmit: TCP intègre un processus consistant à envoyer un ACK dupliqué, afin de
prévenir et d'informer l'autre extrémité, de la référence d'un paquet corrompu, simplement TCP ne
distingue pas un paquet corrompu, d'un paquet à réordonner. L'algorithme pose le principe que si
seuls 1 ou 2 ACK dupliqués, il s'agit d'un paquet à réordonner et que si 3 ACK dupliqués ou plus
sont envoyés, il s'agit d'un paquet corrompu. Le paquet est alors réémis sans attendre.
FastRecovery: cet algorithme, consiste après l'exécution de fastretransmit, à exécuter congestion
avoidance, sans exécuter slow start
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La QoS
~ Implémentation (1)
Implémenter une politique de QoS dans un grand réseau est complexe, le choix des
équipements sur lesquels les mécanismes seront activés, est prépondérant à l'efficacité de la
politique QoS
L'architecture générique d'Internet ou d'un grand réseau, fait la distinction entre le cœur du
réseau (coreou backbone) à haut débit et les réseaux d'accès au cœur des terminaux
Les fonctions principales des routeurs du coreconsistent à acheminer les paquets le plus vite
possible et échanger les informations de routage avec ses voisins, les routeurs d'accès se
chargeant des fonctions de contrôle d'intégrité et d'admission des paquets
Les politiques de différenciation de flux doivent être appliquéspar les routeurs d'accès
(filtrage de route et de trafic, contrôle de bande passante, politique de routage, gestion de la
congestion, etc.), afin de ne pas affecter les performances globales du cœur de réseau
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La QoS
~ Implémentation (2)
Différentes approches de QoS peuvent être effectuées :
Implémentation de la QoS sur chaque routeur à partir de règles locales s'appliquant à l'en tête du
paquet TCP, en fonction de la nature de l'application supportée.Cette approche n'est pas à
recommander lorsque le réseau s'appuie sur Internet, du fait qu'elle requiert la participation des
routeurs du corepour le calcul des priorités, ce qui diminue les performances du coreet complique
l'administration du fait de la nécessité de gérer les règles définies
Modification du champ IP Precedence(3 bits) de l'en-tête du paquet par chaque routeur d'accès
pour indiquer le niveau de service, afin d'accélérer le traitement des paquets par les routeurs du
core.
Définition d'un flux à travers une suite de routeurs et marquagedes paquets composants le flux. Le
flux peut être identifié par les adresses et ports source et destination et être associé à des paramètres
QoS. Cette implémentation est semblable à l'établissement d'un circuit commuté, un paquet initial
comportant les caractéristiques du flux, découvre et marque le chemin à travers le réseau. La
problématique consiste alors à maîtriser le comportement de l'ensemble du réseau et de gérer les
informations relatives à des milliers de flux
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La QoS
~ Implémentation (3)
Gestion des files d'attente :
Un routeur de base intègre des processasynchrone dont les fonctions consistent à :
Assembler les paquets reçus (file d'attente en entrée)
Contrôler l'intégrité du paquet (calcul du checksum)
Déterminer l'interface de destination
Transmettre les paquets (file d'attente en sortie)
La stratégie de gestion des files d'attente sur un routeur joue un rôle essentiel dans la
différenciation des flux, elle est définie en fonction du choix de l'algorithme qui place les
paquets dans la file de sortie et du choix de la longueur maximale de la file
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La QoS
~ Les files d'attente (1)
Plusieurs algorithmes de gestion des files d'attente ont été développés :
First In First Out (FIFO): les paquets sont placés dans la file de sortie dans l'ordre où ils ont été
reçus. C'est la stratégie la plus rapide du point de vue de la transmission, en revanche en cas de
transmission en rafales, la file d'attente déborde et des paquets sont jetés. Des stratégies de mise en
file d'attente différenciée, peuvent alors être mises en œuvre, afin de permettre à certains flux d'être
traités
Priorityqueuing: un flux particulier peut être identifié et réordonné dans la file de sortie suivant un
critère défini par l'utilisateur. Ce critère peut porter sur lesservices et les protocoles du flux. En
contrepartie, cela induit une dégradation des performances, de plus lorsque le trafic classé
prioritaire est anormalement élevé, le trafic normal peut être rejeté par manque de buffers. Cet
algorithme ne permet de calculer précisément la gigue induite dans le chemin de bout en bout,
certains trafics pouvant rester dans la queue pendant une durée indéterminée
Class-BasedQueuing (CBQ): cet algorithme est utilisé pour éviter qu'une seule classe detrafic ne
monopolise les ressources, il définit plusieurs files de sortie avec une priorité et un total de trafic
autorisé. Cet algorithme part du principe que l'absence de ressources est pire qu'une réduction des
ressources, il convient à des liens bas débit, car il induit un surcroît de traitement pouvant nuire aux
performances d'un routeur haut débit
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La QoS
~ Les files d'attente (2)
Algorithmes de gestion des files d'attente développés (suite) :
WeightedFairQueuing (WFQ): cet algorithme permet de traiter prioritairement les flux de faible
volume et permet aux flux de volume important d'employer la place restante. Les paquets sont triés
et regroupés par flux, puis les met en file d'attente suivant leur volume. Le contrôle du mécanisme
de tri dépend du constructeur
En alternative ou en complément des techniques de gestion de files d'attente autres
que FIFO, d'autres techniques telles que Trafic Shapingqui permet de contrôler le
volume de trafic entrant, ainsi que son débit de transmission. Les deux principales
techniques de Trafic Shapingsont :
LeakyBucket: le trafic arrivant en file d'attente est régulé pour sortir en flux constant. La taille de
la file d'attente et le taux de transmission, sont déterminés par l'utilisateur. Ce mécanisme est bien
adapté pour constituer des flux à débit constant sur le réseau, par contre il ne permet pas l'emploi de
plus de ressources lorsque le réseau est peu chargé
Token Bucket: ce mécanisme permet à un trafic en rafale d'être transmis tant qu'il y a des jetons
dans la file d'attente
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La QoS
~ Prévention de la congestion
Prévention de la congestion :
Un inconvénient induit par l'algorithme de congestion avoidanceest que lorsque des
points de congestion se développent dans un réseau chargé, la performance globale peut
s'écrouler, du fait que chaque flux actif va détecter des perteset agir en conséquence,
ainsi des centaines voire des milliers de flux TCP, vont repasser en mode slow-startet
tenter de réémettre les paquets perdus, augmentant ainsi la congestion.
Ce phénomène est dénommé Global Synchronization
Afin d'éviter ce phénomène, deux techniques de prévention de congestion ont été
développées :
RandomEarlyDetection(RED): cette technique consiste à jeter des paquets aléatoirement, le
seuil à partir duquel RED commence à jeter des paquets est défini par l'administrateur, ainsi
que le taux de remplissage de la file d'attente
WeightedRandomEarlyDetection(WRED): ce mécanisme est identique au précédent, mais
permet de sélectionner le trafic à jeter. Il s'appuie sur les bits d'IP Precedencemis en œuvre sur
les routeurs d'accès
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La QoS
~ Evolutions apportées par IPv6
Le développement d'IPv6 a été l'occasion, face à la demande croissante de transmission de
flux multimédia, de créer le champ dénommé Classe de trafic, dans l'en-tête du paquet IP
Le service DiffServ(DifferentiateService) a été développé pour exploiter ce nouveau champ
Dans son principe Diffservpermet à l'émetteur des paquets d'en spécifier une classe de
service
Les paquets durant leur acheminement traversent des routeurs équipés d'algorithmes (Packet
Classifier) qui lisent le champs Classe de trafic et mettent en œuvre un traitement différencié,
en leur affectant une politique de service adaptée (files d'attente spécialisées)
Le champ Classe de trafic se décompose en 2 parties :
DSCP: DiffServCode Pointsur 6 bits qui contient les valeurs des différents comportements
CU: sur 2 bits inutilisés pour l'instant
Pour l'instant deux types de comportement sont standardisés :
AssuredForwarding: ce comportement définit 4 classes de services et 3 priorités choisis par
l'utilisateur
Explicit Forwarding: ce comportement est comparable à un circuit à débit constant établi dans le
réseau
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La QoS
~ RSVP
RSVP(Resource ReservationProtocol) est un nouveau protocole de signalisation
qui a pour objet d'avertir les nœuds intermédiaires de l'arrivéed'un flux présentant
des qualités de services déterminées
La signalisation s'effectue par un flux envoyé vers un ou plusieurs récepteurs, le
flux est identifié par l'étiquette de flux d'IPv6
Le protocole RSVP effectue la réservation à partir du ou des récepteurs (flux
multicast)
RSVP utilise 2 types de message :
Path: ce champ détermine la route de l'émetteur vers le récepteur
Resv: qui réserve la ressource en circulant du récepteur vers l'émetteur
L'utilisation de RSVP restera vraisemblablement dans le domaine du LAN, du fait
de la difficulté de ne disposer sur un réseau largement étendu, que de routeurs
adaptés à RSVP
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La QoS
~ RTP et RTCP
Le protocole RTP(Real time Transport Protocol) est un protocole de transport dont
le but est d'organiser les paquets en entrée du réseau et de lescontrôler à leur sortie,
les fonctions de RTP sont les suivantes :
Le séquencementdes paquets par numérotation
L'identification du contenu du message
La synchronisation entre média
L'identification de la source (nécessaire pour les flux multicast)
RTP utilise le protocole RTCP(Real time Transport Control Protocol) qui
transporte des informations supplémentaires pour la gestion de la session :
SR (Sender Report) : Il s'agit d'une synchronisation supplémentaire entre média
RR (ReceiverReport) : C'est un retour sur la qualité de service lors de la demande de session, il
permet à la source de s'adapter par exemple en modifiant le tauxde compression
SDES(Source DEScription) : carte de visite de la source (nom, e-mail, localisation)
BYE: Permet aux participants à la session d'indiquer leur départ
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La QoS
~ MPLS
Le mécanisme de commutation MPLS(Multi-ProtocolLabel Switching) développé par
l'IETF(Internet Engineering TaskForce), est conçu pour séparer le routage de la
commutation. L'idée de base est de proposer une norme commune pour transporter des
paquets IP, sur des sous-réseaux fonctionnant en mode commuté
MPLS affecte un label commun à tous les paquets d'une même destination, un en-tête
spécifique est introduit entre l'encapsulation de niveau 2 et celle de niveau 3
Il n'est plus nécessaire de modifier l'identificateur de flux encours de transmission, ni de
gérer les adresses source et destination. Tous les paquets d'un même flux sont traités de façon
identique et routés selon un chemin fixe
La classification des datagrammes est réalisée à l'entrée du domaine MPLS par les LER
(Label EdgeRouter), la classification se fait dans les FEC(ForwardingEquivalence Classes)
Les classes sont définies en fonction des critères de routage, d'adresses source et destination,
du TOS, du type de flux IPv6 ou RSVP et du type de trafic ou d'application