Telematica

Telematica
Modello a strati
• Usato per caratterizzazione traffico e QoS
• Livello di Chiamata
Controllo del traffico in reti ATM
t
• Livello di Burst
Gruppo Reti TLC
[email protected]
http://www.telematica.polito.it/
t
• Livello di Cella
t
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 1
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 2
Livello di chiamata
Livello di chiamata
• Attributi di chiamata
• Dinamiche temporali lunghe
• Il traffico occupa le risorse per tutta la durata
della chiamata
• Caratterizzazione traffico
–
–
–
–
–
–
–
modalità di richiesta (on demand, permanente, semi-permanente)
configurazione (punto-punto, multipunto, broadcast)
numero di connessioni nelle due direzioni
VPC / VCC
elementi di contratto di traffico di ogni connessione
protocollo di segnalazione di accesso
servizi supplementari
• Caratterizzazione traffico
– Attributi di chiamata
– Modello di chiamata
– processo degli arrivi in termini stocastici
– durata della connessione in termini stocastici
• Qualità di servizio
• Qualità di servizio
– piano di controllo
• Ritardo post-selezione
• Ritardo segnale di risposta
• Ritardo nel rilascio connessione
– probabilità di perdita punto-punto (blocco)
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 3
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 4
Livello di burst
Livello di burst
H +K
• Burstiness: β =
H
• Dinamiche temporali di media durata
• Periodi di ON-OFF
ON
OFF
BP
• Coefficiente di attività: α =
BM
K
H
• Banda media:
• Caratterizzazione traffico:
– durata stocastica silenzi
– durata stocastica burst
– banda durante ON ( si assume banda di picco)
1
β
BM = αBP
• Varianza banda: σ2B=BM(BP - BM)
• Qualità di servizio non definita
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 5
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 6
Pag. 1
Telematica
Livello di cella
Gli standard
• Caratterizzazione traffico:
• Definito un contratto di traffico
– distribuzione tempo di interarrivo
– distribuzione del numero di celle generate in un periodo T
– spesso ci si accontenta di meno informazione
– Caratterizzazione del traffico
• accurata
• verificabile in modo univoco
• semplice per permettere di calcolare risorse
impegnate
• media e varianza tempo interarrivo
• da tempo interarrivo media deduco banda media
• Qualità di servizio:
– Garanzie di QoS
– affidabilità
• probabilità di perdita
• probabilità di errore
• probabilità di inserimento di celle spurie
• parametri definiti nella ITU-T I.356
– media e varianza del ritardo, ritardo massimo
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 7
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 8
Standard:
caratterizzazione traffico
Standard:
caratterizzazione del traffico
• Identificazione flussi di celle su una
connessione
• Definizione dei parametri di traffico intrinseci
• Flussi di celle generate dall’utente, escludendo
quindi celle OAM e RM generate da apparati
(insieme di celle soggette a verifica di conformità):
–
–
–
–
–
–
–
– Caratteristiche nominali del traffico in assenza di
interferenza
• Tolleranze: scostamenti accettabili rispetto
alle caratteristiche nominali
– CDVT: Cell Delay Variation Tollerance
• Definizione di conformità
Flusso aggregato
Flusso celle dati (no RM e OAM)
Flusso celle dati ad alta priorità (CLP=0)
Flusso celle OAM
Flusso celle RM
Flusso celle dati + OAM
Flusso celle dati ad alta priorità (CLP=0) + OAM
– Algoritmo GCRA (Generic Cell Rate Algorithm)
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 9
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 10
Standard:
caratterizzazione traffico
Standard:
caratterizzazione del traffico
• Definizione dei parametri di traffico intrinseci
1/PCR
(celle/s)
– PCR (Peak Cell Rate)
• reciproco del minimo tempo di interarrivo tra due celle contigue
MBS (numero di celle)
– SCR (Sustainible Cell Rate)
t
• reciproco del tempo medio di interarrivo tra due celle contigue
– IBT (Intrinsic Burst Tollerance)
Durata connessione
• massimo anticipo con cui una cella può essere trasmessa
rispetto al tempo di arrivo nominale determinato da SCR
Inizio
connessione
– MBS (Maximum Burst Size)
• dimensione massima dei burst, gruppo di celle che si possono
trasmettere a PCR
Fine
connessione
SCR = numero di celle / durata connessione
– MBS = 1 + IBT/(1/SCR-1/PCR)
– IBT= (MBS-1)(1/SCR-1/PCR)
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 11
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 12
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Telematica
Relazione tra SCR e IBT
Processo arrivi reale
L’algoritmo GCRA:
Generic Cell Rate Algorithm
IBT
• Algoritmo standard per la verifica di
conformità (e per sagomatura)
• PARAMETRI:
t
– T = spaziatura temporale relativa al processo
nominale di arrivo delle celle
– τ = tolleranza o massima variazione ammessa
rispetto alla spaziatura nominale
t
1/SCR
• VARIABILI:
Processo di generazione ideale a SCR, usato come riferimento
– Ta = tempo reale di arrivo delle celle
– TAT= tempo teorico di arrivo delle celle
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 13
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 14
L’algoritmo GCRA:
diagramma di flusso
Verifica di conformità
• Gli stadi di multiplazione statistica alterano
caratteristiche originarie del traffico a causa ritardi
non predicibili in coda
– Cell Delay Variation Tolerance (su SCR e/o su PCR)
Arrivo cella al tempo Ta
SI
Ta<(TAT- τ)
• CDVT
– Massimo anticipo con cui una cella si può presentare ad
una interfaccia rispetto al tempo previsto
– Simile a IBT, ma per multiplazione, non per variabilità del
flusso originario
NO
Cella conforme
Cella non conforme
(eventuale marcatura)
• Se GCRA controlla PCR
– T=1/PCR
TAT=max(TAT,Ta)+T
τ=CDVTPCR
• Se GCRA controlla SCR
– T=1/SCR
τ= IBT + CDVTSCR
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 15
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 16
Qualità di servizio: gli standard
ITU-T I.356
Qualità di servizio: gli standard
ITU-T I.356
• CTD (Cell Transfer Delay)
• CER (Cell Error Rate)
– Tempo medio che intercorre tra trasmissione primo bit di
una cella e ricezione ultimo bit della cella
– Rapporto tra celle con errori e celle totali
• CMR (Cell Misinsertion Rate)
• 2-pt CDV (Cell Delay Variation)
– Rapporto tra celle ricevute per errore
(appartenenti ad altri VC) e celle totali ricevute
– Variazione ritardo consegna di una cella
– Differenza tra i 10-8 quantili inferiore e superiore del CTD
• SECBR (Severely Errored Cell Block Ratio)
• CLR (Cell Loss Ratio)
– Probabilità di perdita di una cella
– Rapporto tra celle perse e celle trasmesse
– CLR0 e CLR0+1
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 17
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 18
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Telematica
Classi di qualità di servizio
Modi di trasferimento
• ITU-T: ente di standardizzazione riconosciuto
• ATM forum: ente di standardizzazione di fatto
• ITU-T definisce i modi di trasferimento ATC (ATM
Transfer Capability), ATM forum li denomina
Service Class.
• I modi di trasferimento si differenziano in base alla
definizione di:
• Definite attraverso alcuni parametri:
– CLR
– CDV
• 4 classi di QoS standardizzate (ITU-T) per
soddisfare 4 principali tipologie di servizio:
– 1: STRINGENTE (CDV, CLR0+1)
– 2: TOLLERANTE (CLR0+1)
– 3: LIMITATA (CLR0)
– U: BEST EFFORT (non prevede limiti su nessun
parametro)
–
–
–
–
flussi di celle su cui sono fornite garanzie
parametri per caratterizzare i flussi
verifica di conformità applicata ai flussi
funzioni di controllo adottate
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 19
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 20
Modi di trasferimento
Modi di trasferimento
• Non definiscono i requisiti di Qos
• Ogni modo di trasferimento è associabile a
qualsiasi classe di QoS (quasi)
• Cinque modi di trasferimento:
–
–
–
–
–
• Definiscono i servizi di livello ATM e la QoS
ad essi associata
• Ad ogni servizio è associato un insieme di
possibili valori di QoS
• Gli operatori possono aggiungere altri valori
di QoS oltre a quelli standardizzati
CBR/DBR: Constant/Deterministic Bit Rate
VBR/SBR: Variable/Statistical Bit Rate
UBR: Unspecified Bit Rate
ABR: Available Bit Rate
ABT: ATM Block Transfer
• ABT ed ABR usano celle RM per controllare flusso
celle
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 21
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 22
Modi di trasferimento: DBR
Modi di trasferimento: SBR
• Caratterizzazione (3 varianti):
• Caratterizzazione:
– SBR1: PCR, SCR e MBS sul flusso aggregato
– SBR2: PCR su flusso dati (0+1), SCR (0), MBS (0). No
tagging sulle celle non conformi
– SBR3: come SBR2, ma permette tagging su celle non
conformi
– PCR sul flusso aggregato (dati+OAM+RM)
– PCR sul flusso (dati+OAM)
– Non usa bit CLP
•
•
•
•
Offre banda statica pari al PCR negoziato
Servizi isocroni o servizi a banda costante
CAC su BP
Associato a classe di servizio 1
• Offre banda variabile tra PCR e SCR per seguire
esigenze della sorgente, non della rete
• Usa sempre due istanze GCRA
• Servizi isocroni o dati a banda variabile
• CAC su: BP, BM, Beq
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 23
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 24
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Telematica
Modi di trasferimento: UBR
Scarto selettivo delle celle
• Selective Packet Discarding:
• Standardizzato solo da ATM Forum
• ITU-T: DBR in classe di servizio U
• Caratterizzazione:
– eliminazione delle celle di un messaggio per il quale si è
già eliminata una cella
– resta traffico “inutile” dovuto alle teste di pacchetto (celle
già trasmesse)
– PCR sul flusso aggregato
• Early Packet Discarding:
• Non esiste definzione di conformità
• Non alloca banda, non fornisce garanzie di QdS su
ritardi e probabilità di perdita
• Si usano tecniche scarto selettivo di celle
– eliminazione di messaggi che giungono in una memoria
dove si è superata una soglia prefissata
– i pacchetti vengono trasferiti interamente (se si supera la
soglia e arrivano celle appartenenti ad un pacchetto in
parte già trasmesso, esse vengono ancora memorizzate
e trasmesse)
– rimediare ad effetti negativi segmentazione
– priorità di perdita nei buffer
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 25
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 26
Meccanismo di scarto aggiuntivo
Modi di trasferimento: ABR
• Offre banda allocata variabile tra PCR e MCR
in funzione della disponibilità di risorse di rete
con obiettivi
• Uso del bit EFCI nel PT della cella:
– serve per indicare ai livelli superiori al livello ATM che c’è
congestione
– prevede che i livelli applicativi siano in grado di reagire
– Piena utilizzazione banda
– Equa ripartizione risorse
• Scarto di celle basato su priorità:
– se il buffer è in condizioni critiche (es: buffer pieno o
sopra soglia) scarta le celle a priorità bassa (CLP=1)
– si dividono in due categorie:
• Rete indica velocità di trasmissione alle
sorgenti
• Permette di garantire bassa CLR se le
sorgenti adattano velocità alle indicazioni della
rete
• protettivo (netta divisione tra alta e bassa priorità)
• non protettivo
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 27
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 28
Modi di trasferimento: ABR
Modi di trasferimento: ABR
• Caratterizzazione:
• Usa celle RM (forward e backward) in banda
per effettuare con continuità controllo della
velocità di emissione delle celle da parte di
sorgenti cooperative
– PCR sul flusso aggregato (dati+OAM+RM)
– MCR (Minimum Cell Rate) sul flusso aggregato
(dati+OAM+RM)
• Definizione di conformità si basa si GCRA con
parametro T regolato sulla base delle banda
allocata dalla rete
• Comportamento sorgenti completamente
specificato
RM
S
RM
N1
S: genera
RM
Ni
Nk
D
D: riceve e
ritrasmette
Ni: (legge)
e scrive
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 29
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 30
Pag. 5
Telematica
ABR: comportamento sorgente
ABR: comportamento nodi
• Tre modalità di controllo della velocità nei nodi:
• Inizia a trasmettere a velocità concordata
• Inserisce periodicamente celle RM forward
nel flusso
• Quando riceve cella RM backward adatta la
velocità al minimo valore contenuto
• Se non riceve più celle RM backward rallenta
fino a fermarsi
• Quando ricomincia dopo certo tempo riparte
dall’inizio
– EFCI (Explicit Forward Congestion Indication):
• è equivalente alla modalità congestion controll di frame relay
• 1 bit di controllo per segnalare la congestione
• è la modalità meno efficiente
– RRM (Relative Rate Marking): nodo invia alla sorgente
su flusso RM Backward informazione ternaria (aumenta,
mantieni, diminuisci)
– ER (Explicit Rate): nodo invia alla sorgente su flusso RM
backward informazione con indicazione esplicita della
velocità
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 31
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 32
ABR: comportamento nodi
ABR: campi cella RM
• EFCI e RRM: i nodi controllano di norma la
congestione esaminando stato riempimento
memorie. Meccanismo a soglia:
•
•
•
•
•
•
– posizionale
– derivativo
– integrativo
• ER: i nodi controllano la congestione
misurando livelli di traffico (background,
ABR) e contando numero di connessioni
ABR attive
Protocol type (ABR, ABT)
Direction (Forwad, Backward)
No-Increase, Congestion Indication bits
ECR: Explicit Cell Rate
CCR: Current Cell Rate
MCR: Minimum Cell Rate
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 33
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 34
ABR: alcuni parametri
•
•
•
•
ABR: modalità RRM
• Prevede due bit di controllo :
Parametri negoziati all’instaurazione delle connessione
PCR: Peak Cell Rate
MCR: Minimum Cell Rate
ICR: Initial Cell Rate
– CI (Congestion Indication)
– NI (Not Increase)
– Velocità con cui si inizia a trasmettere. Compresa tra PCR e MCR
• RIF: Rate Increase Factor
– Potenze negativa di 2 riferita rispetto a PCR
• RDF: Rate Decrease Factor
CI
NI
0
0
Aumenta
0
1
Mantieni
1
-
Riduci
rispetto al CRR (Current Cell Ratio)
• Due parametri negoziabili: RDF e RIF (Rate
Decrease/Increase Factor)
• Per aumentare il rate: CCR=CCR+PCR·RIF
• Per diminuire il rate: CCR=CCR·(1-RDF)
– Potenza negativa di 2 riferita a CCR
• TBE: Transient Buffer Exposure
– Dati inviabili senza riceve cella RM backward
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 35
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 36
Pag. 6
Telematica
ABR: esempio algoritmo RRM
ABR: modalità ER
• Misuro Q, lunghezza coda
• Si definiscono due soglie: H, L, con L<H
• Controllo posizionale
– Q<L
– L<Q<H
– H<Q
• Esempio algoritmo studiato (non
standardizzato): ERICA
– DATI:
• Banda disponibile: C
• Banda target: RT =0.98·C
NI=O,CI=0
NI=1, CI=0
CI=1
– OUTPUT:
• Banda di fair share: BFSi
• Esistono anche controlli derivativi
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 37
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 38
ABR: modalità ER
ABR
• Definisce livello occupazione target: RT=0.95 C
• Misura numero di connessioni ABR attive (NABR),
traffico di background (LB ), carico della
connessione ABRi (LABRi)
• Calcola:
–
–
–
–
–
• Comprtamento nodi
banda disponibile per ABR: BABR= RT –LB
BFS= BABR/ NABR
LABR=ΣLABRi
BVCi= BABR ·LABRi/LABR
Î BFSi=max {BFS, BVCi}
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 39
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 40
Modi di trasferimento: ABT
Modi di trasferimento: ABT
• Caratterizzazione:
• Standardizzato solo da ITU-T
• Definisce blocco di celle come gruppo di celle
dati preceduto e seguito da una cella RM
BURST
– BCR per la durata del blocco di celle
• Banda allocata in modo variabile blocco per
blocco con prenotazione mediante celle RM
• I nodi prendono decisioni indipendenti: il
burst arriva a destinazione solo se tutti i nodi
hanno deciso di accettarlo
RM
• Servizio a banda variabile con negoziazione
rapida risorse
• Presuppone trasmissione a banda costante
per tutta la durata del blocco
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 41
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 42
Pag. 7
Telematica
Modi di trasferimento: ABT
• Due modalità:
– IT (Immediate Transmission):
•
•
•
•
invio blocco celle a velocità costante, pari a BCR
ogni nodo o scarta tutto il blocco o accetta tutto il blocco
è inefficiente
sfrutta piccole porzioni di banda per brevi periodi
– DT (Delayed Transmission):
• attendo risposta dalla rete per trasmettere blocco a
velocità richiesta
• fatto per negoziare in continuazione la banda senza
sfruttare le risorse di segnalazione
• in modo ISTANTANEO
• in modo RITARDATO
QUALITÀ DI SERVIZIO NELLE RETI ATM - 43
Pag. 8