Quality of Service in IP Netzen 3. BZVD Workshop Dresden, 12. März 2001

1. Quality of Service in IP Netzen 3. BZVD Workshop Dresden, 12. März 2001 Rudolf Roth GMD FOKUS roth@fokus.gmd.de

2. 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. 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. 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 IPQoS Architektur

5. 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. 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 LabelsLSPs (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. 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. 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. 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 ManagementPolicies 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 MeasurementIP 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. Argumente fürOverprovisioning • 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. Aktuelle QoS Projekte

12. 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. 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. 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. 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. 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. 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 VerfahrensweisenStandard Messverfahren,Zugriff auf Diagnose Tools, Measurement Daten über Domaingrenzen

18. Links zu weiteren Informationen • GEANT & TF-NGNhttp://www.dante.net/geant/ • SEQUINhttp://www.dante.net/sequin/ • QUASARhttp://www.ind.uni-stuttgart.de/Content/Quasar/ • GIGAMEDIAhttp://www.fokus.gmd.de/research/cc/glone/glip/gigamedia/ • IETF Working Groups: DiffServ, Policy, MPLS, Performance Metricshttp://www.ietf.org/html.charters/wg-dir.html • IRTF AAA Archhttp://www.irtf.org/charters/aaaarch.html • Internet2 QoS WG / QBONEhttp://www.internet2.edu/qos/wg/ http://qbone.internet2.edu/