1. Bevezető előadás. Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181) Lukovszki Csaba,

SZOLGÁLTATÁS-MINŐSÉG BIZTOSÍTÓ INFORMÁCIÓS TECHNOLÓGIÁK LABORATÓRIUMA TÁVKÖZLÉSI ÉS MÉDIAINFORMATIKAI TANSZÉK, BME


Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181)

1. – Bevezető előadás Lukovszki Csaba, [email protected]

TÁVKÖZLÉSI ÉS MÉDIAINFORMATIKAI TANSZÉK BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM

2005. szeptember 13. kedd

1 | Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Bevezető előadás (1.) |

1



Az Internet története

Kezdetek » A szputnyik fellövése (USSR), 1957 » Válaszul megalakul a hadügyminisztérium (USA) kezdeményezésére a DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), 1958 (VLSI, GPS…) » Leonard Kleinrock (1934 - ) » Számítógép hálózatok teoritikus elmélete (csomagkapcsolt hálózatok

matemetikai háttere, sorbanállás elmélet, hierarchikus címzés) » Az első publikáció csomagkapcsolt hálózati megoldásokról, 1961

» J.C.R. Licklider (1915 - 1990) » Az A.I. atyjaként ismert, jelentős szerpe volt a számítógép hálózatok

fejlődésében » A DARPA kutatási projektek vezetője, 1962 október » MAC (Multiple Access Computer, Machine Aided Cognition)

projekt, 1968 (-> MIT Laboratory for Computer Science (LCS), 1973) 2 | Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Bevezető előadás (1.) | 2005. szeptember 13. kedd

- Hidegháborús versengés - DARPA célja: hatékony kommunikációt lehetővé tévő katonai hálózat létrehozása - L.K.: a mai kutatásban is használjuk számos kutatási eredményét - J.C.R.: menedzser





Kezdetek – az ARPANET (ARPA Network) » Az első csomagapcsolt hálózat, az Internet őse » Két számítógép összekapcsolása, 1965 » Dial-up összeköttetés, 1200 bps » MIT Lincoln Lab (Mass) – System Developement Corporation (Santa Monica), az első WAN » IMP (Interface Message Processor) az első csomag kapcsoló, 1968 » DARPA, BBN (Bolt Beranek and Newman) fejlesztés » Négy számítógép összekapcsolása, 1969 » NCP (Network Control Program), végfelhasználói terminálok összekapcsolására, a TCP/IP protokoll család elődje » Az első használt IMP implementáció » UCLA (University of California at Los Angeles), SRI (Stanford Research Institute), UCSB (University of California at Santa Barbara), University of Utah » Kutatás: hálózati sávszélesség kihasználása

3 | Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Bevezető előadás (1.) | 2005. szeptember 13. kedd

ARPA: nem volt a mai flexibilitást nyújtó hálózat, pl nem volt címzés Kutatás: már a kezdetektől számos egyetem is részt vett a fejlesztésekben és talált témát a későbbi kutatásokhoz





Kezdetek – az Internet kialakulása I. » Párhuzamos európai fejlesztés » Donald Watts Davies (1924 – 2000), csomagkapcsolt hálózatok » NPL (National Physical Laboratory), érmék (coins) – csomagok » Oktatási és kutatási intézmények kapcsolódása az USA-ban,

1971 » 15 csomópont, 23 számítógép

» Az első nemzetközi kapcsolat az ARPANET-hez, 1973 » Anglia és Norvégia » Az „internet” kifejezés megjelenése, 1974 » MILNET (Military Network) » Az ARPANET mintájára hozták létre, fizikailag elkülönítve » Az ARPANET-et és a MILNET-et összekapcsolják, 1983






Kezdetek – az Internet kialakulása II. » Több nemzetközi hálózat is kapcsolódik » MINET (a MILnet európai megfelelője) » NFSNET (National Science Foundation Network) » BITNET (Because It's Time Network; egyetemek közötti kommunikációt biztosító hálózat, eredetileg IBM nagyszámítógépeket kötött össze) » EARN (European Academic Research Network) » USENET (hírcsoportok, "hirdetőtáblák" elérését biztosító hálózat; eredetileg UNIX operációs rendszerû gépeket kötött össze) » EUNet (hasonló célú, európai országokat összekötő hálózat) » Az „internet” megjelenése, 1983 » Az ARPANET kifejezés hivatalosan megszűnik, 1989


NFSNET: az NFS felismerte a hálózat kutatási jelentőségét, ezért 1985-86-ban kiépítették az NFS6 szuperszámítógépet, és az addigi 56kbs-es gerinchálózati sebességet optikai átviteli közegen 45Mbps-re növelték. Ma is az USA gerinchálózatának jelentős részét képzi.





Kezdetek – alkalmazások és szolgáltatások » Az első adatátvitel (login) » Az első e-mail program, 1972 » Biztonság,1988 » Az első féreg-vírus járvány » Nagy kereskedelmi szolgáltatók csatlakozása, 1990 » CompuServe, America Online, stb. » Az üzleti alkalmazások köre bővül » 1990-es évek » A World Wide Web kialakulása (CERN, európai részecskefizikai kutatóintézet, Berners-Lee és Robert Cailliau, a szüőatyjai) » Alkalmazások számának robbanásszerű növekedése » 1990-es évek vége » További, dinamikus növekedés » Az Internet globalizálódása » Az Internet popularizálódása 6 | Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Bevezető előadás (1.) | 2005. szeptember 13. kedd

az Internet globalizálódása: az országos és nemzetközi vonalak sávszélességének növekedése; a földrajzi határokon átívelő szolgáltatások megjelenése az Internet popularizálódása: pl. ingyenes e-mail szolgáltatások; otthoni Internet elérés általánossá válása





Kezdetek – alkalmazások és szolgáltatások folyt. » Hagyományos internet-es alkalmazások » Erőforrás megosztás » Fájl átvitel (FTP), terminál program (telnet) népszerűsége » Elektronikus levelezés (E-mail) » Új kommunikációs model » Új együttműködési lehetőségek

» Az internet már kezdetben a szolgáltatások és alkalmazások

széles skálájának használatához nyújt lehetőséget » Szolgáltatások » Címkonfiguráció támogatása (DHCP) » Automatikus cím és egyéb hálózati paraméterek konfigurálása

» Tartomány elnevezési rendszer (DNS – Paul Mockapetris) » Skálázható, hierarchikus megoldás hosztok név alapján való azonosítására


Kezdetben csak erőforrás megosztás volt a cél. Később vált egy interaktív kommunikációs letőség forrásává.





Kezdetek – a TCP/IP kialakulása » NCP (Network Control Program) » Nincs hibakezelés és címzés » ARPANET-re épül » Nem alkalmas nyílt hálózatok megvalósítására » TCP/IP felváltja az NCP-t, az Internet megjelenése, 1983 » Nincs hálózati kontroll; bridge és router-eknek nincs tudomásuk a felhasználói kapcsolatokról » Hibák lekezelése; visszaállítás, újraküldés » Pipelining; ablakozó módszerrel több csomag is küldhető egyszerre » Protokoll család: IP, (R)ARP, ICMP, UDP, TCP


Az internet megjelenése, a hálózatok összekapcsolásával igényelt egy új nyílt hálózaton való átvitelt lehetővé tévő protokollra, ami a TCP/IP protokoll család lett. Internet (1983): hálózatok összekapcsolása TCP/IP használatával





Kezdetek – az Internet skálázhatósága » Kezdetben » Egyszerű útválasztás » Az Internet méretének növekedése » Hierarchikus útválasztás » Tartományon belüli útválasztás, IGP (Interior Gateway Protocols) » Az egyes tartományok különböző IGP megoldásokat alkalmazhatnak » Tartományok közötti útválasztás, EGP (Exterior Gateway Protocols)

» Gyors újrakonfigurálhatóság » Robosztus megoldások » Címek aggregálhatósága » Osztály alapú címzés helyett hierarchikus címzés (VLSM, CIDR)





Az Internet feljődése

Szolgáltatások, alkalmazások » Szolgáltatási hordozó hálózatok konvergenciája » Informatikai – Hírközlő – Telekommunikációs – Szórakoztató » ICE age (Information – Communication – Entertainment) » Új szolgáltatások megjelenése » VoIP (Voice over IP) » Egyéb multimédia alkalmazások (VoD, IPTV, VideoConf…) » P2P alkalmazások megjelenése » Hagyományos applikációk és szolgáltatások adatátvitele, 1995 WWW

26,25%

FTP

21,53%

NNTP

8,66%

SNMP

4,63%

Telnet

2,53%






Az IPv6 » Címtartomány növelés (32b -> 128b) » Flexibilis címzési módok (self configuration) » Hierarchikus címkiosztás (LIR, RIR) » Automatikus konfiguráció támogatása » QoS architektúrák támogatása » Forrás útvonalválasztás támogatása » Mobilitás támogatása » Gyors handover, mikro és makromobilitás támogatás » Végpontok közötti biztonságos átvitel támogatása » Azonosítás, adat integritás védelem, lehalgatás elleni védelem » Áttérés könnyed megoldása » Csomagok gyors feldolgozásának támogatása






Szervezetek » ISOC (Internet Society) » Az internet legnagyobb összefogó ereje » IAB (Internet Architectural Board) » Stratégiai kérdések » Felelős szabványok elfogadása » Internet címzési stratégiák






Szabványok, ajánlások » IETF (Internet Engineering Task Force) » RFC (Request For Comments) » Az első RFC megszületése, 1969 » Cél a dokumentumok gyors, portábilis és hatékony megosztása (ASCII

texts, WWW, FTP) » Az RFC típusai » Internet Standard (STD) » Technológiai tökéletesség » Előzetes implementáció és tesztelés » Világos, könnyen érthető dokumentáció » Nyílt és pártatlan » Időszerű, aktuális

» Best Current Practice (BCP) » Nem szabványos specifikációk » Tapasztalati, informatív, történelmi dokumentációk






Szabványok, ajánlások folyt. » Technikai specifikációk » Szintjei; Szükséges (IP, ICMP), javasolt (Telnet), választáson alapuló, korlátozott használatra, nem javasolt » Alkalmazhatósági jegyzékek » Fejlődési szintek » Javasolt szabvány (Proposed Standard) » Tervezet szabvány (Draft Standard) » Internet szabvány (Internet Standard)

» Internet Draft-ok » Informális használatra » 6 hónapos élettartam; minden frissítésnél újra kezdődik » Nem szolgáltató specifikusak » Bármikor megváltoztatható a tartalma






Az internet jövőbeli kihívásai » Végpontok közötti egységes és rugalmas architektúra » Független megvalósítás, elosztott vezérlés » Elszeparálódás, együttműködés » (hálózat és szolgáltatás menedzsment megoldások integrációja) » Skálázhatóság » Címzés » Alkalmazások és szolgáltatások nyújtása széles spektrumban

(szolgáltatások integrációja) » Robusztus, és megbízható megoldások » Szolgáltatásminőség biztosítás » Nyílt, de biztonságos » Képes legyen alapul szolgálni a jövőbeli innovációhoz


Független megvalósítás, elosztott vezérlés Elszeparálódás, együttműködés: Az egyes tartományokban egymástól független technológiai megvalósítás (adat, vezérlési és menedzsment szinten is), de a végpontok közötti egységes és rugalmas architektúra megvalósításának érdekében elosztott, de együttműködő vezérlés szükséges. (Menedzsment architektúrák integrációja, pl 3GPP IMS)




IP minőségbiztosítás

Minőségbiztosítás, túlméretezés » Felhasználói forgalmak -> hálózati erőforrások » Túlméretezés » Nem ad garanciákat » Engineering probléma » Egyszerű hálózat menedzsment » Minőségbiztosítás » Alkalmazott szolgáltatás és kiszolgáláshoz garanciákat nyújt » Alapos tervezés » Bonyolult hálózat menedzsment






Végpontok közötti kapcsolat megvalósítása Szolgáltatói hálózat

Otthoni hálózat

Hozzáférői hálózat

Regionális/Metró hálózat

Gerinchálózat

PSTN hálózat Média átjátszó

CATV

Vállalati hálózat



Mobil hálózat




Hálózat és felhasználó Szerződés Felhasználó: átvitt adatok karakterisztikája Hálózat: garantált minőségi jellemzők

Alkalmazás

Alkalmazás

TCP Átviteli Hálózati Adatkapcsolati

Átviteli

Hálózati szolgáltatások QoS

TE

Hálózati Adatkapcsolati

Hálózati erőforrások Erőforrások felhasználásával minőségi hálózati szolgáltatások nyújtása



Erőforrások hatékony felhasználása




Adat, vezérlési és menedzsment szintek

Menedzsment (Szolgáltatás és hálózat menedzsment)

Vezérlési sík (Control Plane)

Adat sík (Data Plane)

Szolgáltatás nyújtása, Erőforrások hálózati szintű kezelése, Hálózatok közötti együttműködés



Kapcsolatok, útvonalak, üzenetek feldolgozása, hálózati erőforrások Erőforrások szétosztása

Adatok; csomagok, keretek, cellák Formázás, ütemezés, dobás Erőforrások használata




Mit is jelent a QoS » A QoS megoldások lehetővé teszik, hogy a hálózat

rendelkezésre álló kapacitásait optimálisan használjuk ki, úgy hogy teljesítsük a felhasználók átviteli minőségre vonatkozó kérelmeit, miközben törekedünk a maximális adatmennyiség átvtelére. » A QoS háromirányú kapcsolaton alapul: Teljesítőképesség (Performance)

Forgalom átvitel (Traffic throughput)

Erőforrás kapacitás (Capacity)






Az IP minőségbiztosítás architekturális elemei

Elérhető technológiák Quality of Service • késleltetés, ingadozás • vesztés • rendelkezésre állás

Mechanizmusok • • • • •

osztályozás policing / jelölés formázás buffer menedzsment RED

Forgalom és hálózat menedzsment • teljesítmény mérés • forgalom monitoring • forgalmi tervezés

Életképes üzleti model






QoS paraméterek » Statisztikus nézőpont » Késleltetés; E[d], d: csomagok késleltetése » Késleltetés ingadozás; Var[d], Pr[d>x] » Csomagvesztés; Pr[loss] » Rendelkezésre állás; 1-Pr[blokking] » Szolgáltatási nézőpont » Valós-idejű szolgáltatás; garantált késleltetés, késleltetés ingadozás » Prémium szolgáltatás; garantált sávszélesség » Legjobb szándékú (Best-Effort, BE) szolgáltatás






Példa – A hangátvitel minőségi elvárásai

Csúcsminőség

Elfogadható minőség

Legjobb szándékú átvitel

Rendelkezésre állás

99,999%

99,9%

99%

Helyreállítási idő

2 mp

másodpercek

percek

Egyirányú hálózati késleltetés

50 ms

150 ms

250 ms

Csomag vesztés

10 E-8

10 E-2

10 E-2

Késleltetés ingadozás

5 ms

20 ms

NAV






QoS paraméterek – Késleltetés » Feldolgozási késleltetés (processing) » A csomagok feldolgozása és felkészítése az újraküldésre » Sorbanállási késleltetés (queuing

delay) » Csomagok sorbanállási ideje (a

terhelés és az alkalmazott ütemezési eljárás határozza meg) » Terjedési késletetés (propagation) » Adatok kapcsolaton való terjedés ideje

time arrival processing queuing delay

queuing scheduling propagation propagation delay arrival serialization delay

total packet delay

» Továbbítási késleltetés

(transmission, serialization delay) » A teljes csomag megérkezésének

ideje (az első és utolsó bitnek beérkezése között eltelt idő)

teljes csomag késleltetés = (feldolgozási idő) + sorbanállási idő + (terjedési idő) + továbbítási idő






QoS paraméterek – Késleltetés ingadozás PDF, sűrűségfüggvény

Pr{d} valószínűség / gyakoriság /

E[d] Késleltetés ingadozás (teoretikus) Var[d]

Quantile (e.g. x=10-7) Pr[d>x] = 10-7 d

Késleltetés ingadozás (praktikus)






IP QoS elemei » Építőkövek » Forgalmi leírás » Forgalom modellezési módszerek, beengedés szabályozás

» Kiszolgálás » Buffer, csomag dobás menedzsment, Ütemezés

» TE » QoS Útválasztás » QOSPF (QoS – OSPF) » Terhelés megosztás » Több utas útválasztás (Multi-Path), MPLS

» Architektúrák » Integrált szolgáltatás (IntServ) » Megkülönböztetett szolgáltatás (DiffServ)


Forgalom leírás, formázás, ütemezés, Erőforrás foglalás, Forgalom irányítás, Architektúra





Integrált szolgáltatási modell (IntServ, IS) » Felhasználói folyamonkénti forgalom menedzsmentet valósít

mega következő szolgáltatásokkal » Maximális jitter » Maximális késleltetés (véges buffer alkalmazásával) » Maximális csomagvesztési valószínűség » Maximális sávszélesség » Szolgáltatási kötelezettség kontrollált forgalom profilhoz

» Végpontok közötti megvalósítás » Hálózatok közötti együttműködésen alapul » A hálózatoktól csomópontonként és felhasználói folyamonként

dinamikus állapotinformációk nyilvántartásán alapul

» Egyedi igények kiszolgálása » Nem skálázható » A felhasználó pontosan az elvárt minőségre számíthat 27 | Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Bevezető előadás (1.) | 2005. szeptember 13. kedd





Megkülönböztetett szolgáltatási modell (DiffServ, DS) » A felhasználói forgalmak hatékony megkülönböztetése a

legjobb szándékú (Best Effort, BE) szoláltatásnál jobb szolgáltatás nyújtására a következő paraméterekben » Jitter » Csomag késleltetés » Csomag vesztés » Maximális folyam ráta (Peak Flow Rate)

» DS felhasználó folyamok osztályba sorolásával állapotmentes

architecktúrát hoz létre, melyben az egyes tartományok együttműködése lehetővé van téve » Nagy hálózatokon is alkalmazható » Skálázható






Multi-protokoll címke kapcsolás (MPLS)

LI/ER (Label Ingress/Egress Router)

50

Lin

Lout

50

65

65

IP 47.1.1.1

IP 47.1.1.1

47.1 LSP (Label Switched Path)

47.3

47.2

LSR (Label Switching Router)

LDP (Label Distribution Protocol) MPLS tartomány



SZOLGÁLTATÁS-MINŐSÉG BIZTOSÍTÓ INFORMÁCIÓS TECHNOLÓGIÁK LABORATÓRIUMA TÁVKÖZLÉSI ÉS MÉDIAINFORMATIKAI TANSZÉK, BME SZOLGÁLTATÁS-MINŐSÉG BIZTOSÍTÓ INFORMÁCIÓS TECHNOLÓGIÁK LABORATÓRIUMA TÁVKÖZLÉSI ÉS MÉDIAINFORMATIKAI TANSZÉK, BME


Lyukas és a token vödör

rho: ρ, token keletkezési sebesség sigma: σ, token vödör mérete Amennyiben csomag beérkezésénél nincs elég token a vödörben, a csomag eldobásra kerül

Lyukas vödör

(v, bemeneti linksebesség) Forgalom formázás

Sorbanállás



Kiszolgálás, ütemezés




IP QoS technológiák folyt.

Álkalmazási réteg Átviteli réteg Hálózati réteg

IntServ/RSVP, DiffServ QoS-alapú útválasztás MPLS

Adatkapcsolai réteg

Ethernet QoS






IP hálózatok Hagyományos IP

DiffServ

Kapcsolat mentes

MPLS

IntServ

Kapcsolat alapú

Osztályonkénti QoS

Átviteli hálózatok

Folyamonkénti QoS

Hozzáférés

Leaky/token bucket






Pozícionálás Távközlés (Telekommunication) Adat hálózatok (Data netwokrs)

Kódolás elmélet Hálózat tervezés (Coding theory) (Network planning)

Forgalom menedzsment Számlázás (Traffic management) (Pricing)

Menedzsment (Management)

Modellezés (Modeling)

Protokollok (Protocols)

Hitelesítés (Authentication), Felügyelet Engedélyezés (Authorization), (Maintenance) Könyvelés (Accounting)





A tárgy tematikája

A tárgy célja » Betekintés az IP alapú hálózati szolgáltatásminőség biztosítás » Építőkövei » Architektúrái » Betekintés az Ethernet alapú szolgáltatásminőség feljődésébe » Az IP fejlődése (IPv6) » Hálózati szimulációs eszközök






Előadók és elérhetőségek » Lukovszki Csaba, [email protected] » Tel: (06 1 463) 3112 » QoS architektúrák (DiffServ, IntServ, MPLS, RSVP, QoSR), IPv6 » Németh Felicián, [email protected] » QoS építőkövek, ütemezők, forgalom leírás, formázás, beengedés szabályzás » Moldován István, [email protected] » Ethernet QoS » Kis Szabolcs Máté, [email protected] » Internet alapok (TCP/IP) » Információk » http://w3.tmit.bme.hu/courses/vitt9181






Előadások » IP alapok, TCP/IP, Kisz Szabolcs Máté » 3 előadás, szept.. 16., szept.. 20., szept.. 23. » Minőségbiztosítás építőelemei (ütemezés, forgalom leírás,

formázás, beengedés szabályzás, etc…), Németh Felicián » 6 előadás, szept.. 27.- okt.. 18. (okt.. 7. SchQpa, szünet) » Minőségbiztosítás architektúrái (útválasztás, DiffServ, Intserv,

MPLS), Lukovszki Csaba » 5 előadás, okt.. 21. - nov.. 8. (nov.. 1. Mindenszentek, szünet) » nov.. 11. Nyílt nap/TDK, szünet » nov.. 15. ZH » IPv6, Lukovszki Csaba » 2 előadás, nov.. 18., nov.. 22. » Ethernet QoS megoldások és szolgáltatások, Moldován István » 4 előadás, nov.. 25. - dec.. 6. » Hálózati szimulációs eszközök (NS-2, OPNET), Németh Felicián,

Moldován István » 2 előadás, dec.. 9., dec.. 13. » dec.. 16. Elővizsga 36 | Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Bevezető előadás (1.) | 2005. szeptember 13. kedd





Jegyzetek » WEB » http://w3.tmit.bme.hu/courses/vitt9181 » Minden előadás után, de legkésőbb a ZH-ig (vizsgáig) felkerülnek az előadás fóliái » Jegyzetírás » 1 hallgató » Fóliára való jegyzetelés az órán elhangzottak alapján » Minden óra előtt megkapja az előadás anyagát nyomtatva » Előadók lektorálása » Jelentkezés: [email protected] » [Márton Iván, [email protected]]






Zárthelyi dolgozat » Írásbeli dolgozat » Elhangzott anyag » Elméleti kis kérdések » Elméleti kifejtős kérdések » Egy-egy példa » 2 szint szükséges






Vizsgák » Elővizsga » dec.. 16

» Írásbeli dolgozat » Elhangzott anyag. » Elméleti kis és kifejtős kérdések » Egy-egy példa » Szóbeli javítás: lehetséges, » Következő vizsgaalkalomkor » Előadások látogatottsága » Erős írásbeli dolgozat » ZH eredmény



1. Bevezető előadás. Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181) Lukovszki Csaba,

Recommend Documents