1 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP Quality of Service in IP Netzen 3. BZVD Workshop Dresden, 12. März 2001 Rudolf Roth GMD FOKUS

2 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP Inhalt Grundbegriffe zu Quality of Service in IP Netzen Architekturen für IP QoS und Stand der gegenwärtigen Diskussion Projekte des DFN zu QoS für das G-WiN abschließende Bewertung

3 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP Warum wird QoS benötigt ? Konvergenz von Kommunikationsnetzen auf der Basis von IP Anforderungen neuer Applikationen über Best Effort hinaus Wertigkeit von Daten erfordert Dienst-Differenzierung (mission critical vs. napster ) Was soll QoS leisten ? kontrollierte Ressourcen-Vergabe zugesicherte Dienstqualität über gewissen Zeitraum Was kann QoS nicht leisten ? QoS is a zero sum game (Van Jacobson) QoS schafft keine neuen Ressourcen, es ersetzt nicht notwendige Netz-Dimensionierung

4 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP Basis-Bausteine für IP QoS Congestion Management / Queue Scheduling: WFQ, PQ, DRR Congestion Avoidance / Dropping Policy: RED, WRED, RIO Packet Classification: User, Appl., Src/Dst, Protocol, TimeOfDay,... Packet Marking: ToS, DSCP, FlowID (IPv6), Flow Label,.. Traffic Profile Management: Flow Shaping / Policing Layer 2 Mechansims: MPLS, legacy ATM, IEEE 802.1p QoS Negotiation + Signalling: RSVP, SLSs, Bandwidth Brokers,.. QoS Policies for Configuration & Management QoS durch Kombination geeigneter Komponenten zu kohärenter IP QoS Architektur

5 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP Integrated Services Dienstmodell: QoS Negotiation and Reservation per flow Admission Control & Resource Reservation an jedem Router Hop Signalisierungsprotokoll RSVP; (soft-state, multicast-kompatibel) definierte Dienstklassen: Guaranteed Service: garantierte Bandwidth, Delay, Jitter, Loss Controlled Load Service: Dienst wie im unbelasteten Netz wegen hoher Granularität schlecht skalierbar, für Core Backbone ungeeignet RSVP generisches Signalisierungsprotokoll Option für den Einsatz im Customer / Accessbereich

6 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP MPLS (Multiprotocol Label Switching) abgeleitet vom ATM Overlay Modell, jedoch ATM (IP) unabhängig Arbeitsprinzip: Paket Flow Markierung mittels lokaler Labels (extra label header) Packet Forwarding Entscheidungen auf Basis des Labels LSPs (label switched path) ähnlich VCs zwischen ingress/egress LSRs Anwendung: Traffic Engineering: flexibler als destination based routing QoS Unterstützung: Abbildung von Dienstklassen / Application Flows auf separate LSPs alte Kontroverse: Connection-oriented vs. datagram

7 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP Differentiated Services QoS Philosophy: Intelligence at the Edge, Performance at the Core Forwarding Entscheidungen auf Basis von Klassenzuordnung Markierung im Paket Header: DSCP field (diffserv code point) Standardisierte Per Hop Behaviors: EF:priorisiertes Forwarding e.g. realtime traffic AF:color marking, selektive Verwerfung von Paketen class selector, default: backward compatibility, Best Effort Class z.Z. Definition von Per Domain Behaviors diffserv selbst definiert noch keine IP QoS Dienste, sondern bietet eher ein framework für solche Dienste

8 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP QBONE Architecture: IP QoS in Multidomain Environments: Arbeiten der QoS Working Group der Internet2-Initiative (Entwicklungsprogramm amerik. Forschungsnetze) Definition eines IP Premium Dienstes basierend auf DiffServ EF PHB Bandwidth Broker Konzept: Admission Control Manager SIBBS: Simple Inter-Bandwidth-Broker Signaling protocol

9 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP Weitere benötigte Funktionalitäten AAA (Authentication, Authorization & Accouting) Dienstdifferenzierung erfordert Preisdifferenzierung und Berechtigungskontrolle IRTF AAA Arch WG: definition of generic AAA Authorization Architecture Policy-based Configuration and Management Policies als abstrakte Formulierung von Managementzielen Zentraler Zugriff über Policy Server und Überprüfung von Konsistenz automatisierte Umsetzung in komponentenspezifische Konfigurationen und Sicherstellung deren konsistente Verteilung z.B. Konfiguration von Edge / Core Router in Abhängigkeit vom Kunden-SLA QoS Measurement IP Performance Metrics: one-way delay, interpacket delay variation,.. (cp. IETF IPPM WG) Measurement Methods: active (test traffic) / passive (traces) Measurement Points, timer synchronisation (NTP, GSP) Lightweight - High Speed Meter

10 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP Argumente für Overprovisioning Netze werden schneller und zuverlässiger verfügbare Bandbreiten in Core Backbones bleiben dem jeweils zu erwartenden Bedarf auf absehbare Zeit voraus IP over Fiber statt IP over ATM over SDH over WDM zunehmend Verzicht auf nicht länger benötigte Zwischenschichten besseres Management und Ausschaltung von Fehlerquellen durch Reduktion der Komplexität beschränkter Einsatz von QoS Mechanismen an kritischen Punkten, z.B. Übergang zwischen Netzdomains: Customer/Provider, Peering

11 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP Aktuelle QoS Projekte

12 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP GÉANT - Next Generation pan-European Gigabit Research Network Multigigabit Network for Interconnection of European NRNs operated by DANTE Links for Global Connectivity: US Research Networks, etc. Follow-up to TEN-35 / TEN-155 operational by 2001 with operational speeds of 2.5 Gbps to 10 Gbps TF-NGN - advanced technology testing programme by DANTE / Terena Introduction of new IP QoS services (replacing ATM-based MBS) Premium IP service specification Guaranteed Capacity Service Various Working Groups addressing : multicast service, IPv6, Network Monitoring and Measurement, MPLS testing, Delay and Jitter sensitive based services, Diffserv AF based services, Over-provisioning, QoS in multicast, Optical Networking

13 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP IST Project SEQUIN DANTE, DFN (D), GARR (I), GRNET (GR), PSNC / POL-34 (Pol), RENATER (F), SWITCH (CH), UKERNA (UK) Definition von IP QoS Diensten Analyse von QoS Anforderungen wichtiger Nutzergruppen Technologie unabhängige Definition von IP QoS Diensten Festlegung von Zielbereichen für die QoS Metriken: delay, ipdv, loss IP Premium:bounded delay, ipdv; low loss IP+ :IP with lower bound on bandwidth Festlegung des Dienstmodells: end-to-end vs. edge-to-edge, static vs. dynamic, policing on ingress / egress, point-to-point vs. point-to-any, QoS Testbed several National Research Testbeds Technology Testing: baseline, normal load, congestion Service Model Testing

14 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP DFN Projekt Quasar Projektpartner: GMD FOKUS, Uni Stuttgart Projektziel:IP QoS für das G-WiN Bewertung von QoS Architekturen Leistungsanalyse: Messung / Simulation Accounting für IP QoS Dienste Aufbau eines Pilottestbed Koordination mit IST SEQUIN Aktivitäten Arbeitsschwerpunkte: end-to-end IP QoS QoS Interworking über mehrere Administrative Domains unter Einsatz unterschiedlicher QoS Technologien Quantifizierung von Overprovisioning

15 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP DFN Gigamedia Kooperative Postproduktion von Film und Video in Gbit-Netzen Video Streaming und Remote/Joined Viewing Remote Nachbearbeitung Projektpartner: Heinrich-Hertz Institut; GMD FOKUS (Berlin) Das Werk; Institut für Rundfunktechnik (München) besonders hohe Anwendungsanforderungen an Netzdienst (bandwidth, jitter, delay, loss + bit error, availability, multipoint) Realisierung über ATM Dienste weitere DFN Vorhaben zu IP QoS TK-Anlagenkopplung über das G-WiN CoS Konzepte für das G-WiN: Bandwidth Brokers für Campusnetze

16 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP Zusammenfassung MPLS + DiffServ-fähige Gigabit-Router im Einsatz in den Core Backbone Netzen der NRNs Sollten die Realisierung von IP QoS Diensten für Anwendungen mit hohen Anforderungen ermöglichen Einsatzmöglichkeiten und Leistungscharakteristik werden z.Z. im Rahmen verschiedener Forschungsprojekte im Testbetrieb untersucht exakte Realisierung noch offen, doch sicherlich stark orientiert hin zu DiffServ / Overprovisioning Konzepten (z.B. per-domain-behavior statt point-to-point connection eher statisch-aggregierende Lösungen statt komplexer Signalisierung) kritische Abwägung der Komplexität einzelner QoS Ansätze notwendig: Aufwand, Skalierbarkeit

17 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP Zusammenfassung II IP QoS erfordert weitere Komponenten hinsichtlich Accounting, Policy-based Management end-to-end QoS erfordert Konzepte, die über die Betreibernetze hinaus bis zu den Endsystemen reichen vorallem: QoS Measurement für Diagnose, Fehlerlokalisation Unterstützung durch operationale Verfahrensweisen Standard Messverfahren, Zugriff auf Diagnose Tools, Measurement Daten über Domaingrenzen

18 Quality-of-Service Architectures QUASAR RUS. IND GLONE. TIP Links zu weiteren Informationen GEANT & TF-NGN SEQUIN QUASAR GIGAMEDIA IETF Working Groups: DiffServ, Policy, MPLS, Performance Metrics IRTF AAA Arch Internet2 QoS WG / QBONE