Multimedia Networking Quality of Service

1. Multimedia NetworkingQuality of Service

2. Quality of Service • Isu: • Aplikasi media adalah intensif-bandwith • Membutuhkan delay dan jitter yang rendah • Network harus menyediakan QoS untuk kinerja baik • Internet tidak menyediakan QoS • Perlu fitur “tambahan” untuk mendapatkan QoS: • Packet classification, policing, scheduling, call admission • Arsitektur QoS • Integrated Services • Differentiated Services

3. Requirements untuk QoS • Lihat model sederhana untuk melihat pengaruh sharing dan congestion • Dua “flows” sharing link antara R1 dan R2 • Output queue dari R1 yang diperhatikan

4. Skenario 1 • Aplikasi audio dan FTP share link • Audio: 1 Mbps (membutuhkan delay rendah) • FTP: sebanyak mungkin (tidak ada time constraint) • Priority scheduling: • Selalu forward paket audio sebelum FTP • Menjamin audio mendapatkan QoS yang baik • Packet marking: menandai paket audiosebagai prioritas tinggi

5. Klasifikasi Paket • Lebih general dibanding menandai satu class paket adalah klasifikasi paket • Klasifikasi berdasarkan pada siapa yang mengirim jenis paket • IP source, IP destination, source port, destination port, protocol type, … • Kebijakan menentukan service paket apa yang didapat • Misal: “all packets from 128.252.*.* low priority” • Prinsip 1 QoS: “Klasifikasi paket menfasilitasi router untuk membedakan antar paket untuk membedakan classes of traffic.”

6. Skenario 2 • Jika audio memiliki prioritas lebih tinggi dari FTP, dapat menyebabkan kesulitan FTP dengan mengirim 1.5 Mbps • Mungkin karena malicious atau erroneous • Flows harus diisolasi satu sama lain • Malicious flow tidak dapat menurunkan service lainnya

7. Isolasi dan Kebijakan • Prinsip 2 QoS: “Memungkinkan menerapkan derajat isolasi antar traffic flows, maka satu flow tidak dirugikan oleh misbehavinf flow lainnya.” • Kebijakan dapat mengontrol traffic • Klasifikasi mengenali suatu paket termasuk pada flow tertentu • Jika paket tidak memenuhi spesifikasi flow tertentu, paket didelay atau didrop • Mekanisme kontrol rate: leaky bucket (dibahas kemudian)

8. Skenario 3 • Alokasi ketat sumber daya untuk flow • Tidak membolehkan penggunakan bandwith yang tidak terpakai • Jika audio dipause, FTP tidak dapat menggunakan bandwidth • Prinsip 3 QoS 3: “Selain melakukan isolasi antar flow, dapat mengatur penggunaan resources (bandwidth) seefisien mungkin.”

9. Skenario 4 • Bagaimana jika dua aplikasi dengan prioritas yang sama overload kapasitas link? • Misal, dua aplikasi audio membutuhkan 2 Mbps • Keduanya masih dapat berbagi link meskipun dengan 0.75 Mbps • Kinerja buruk untuk keduanya

10. Admisi Call • Tidak dapat menggunakan bandwith lebih dari yang ada • Prinsip 4 QoS: “Proses admisi call dibutuhkan dimana flow menyatakan requirement QoS-nya dan kemudian diakui network (pada QoS yang disyaratkan) atau diblok dari network (jika QoS tidak dapat dipenuhi)”

11. QoS Requirements

12. Mekanisme Scheduling dan Policing • Scheduling: • FIFO • Priority Queuing • Round Robin • Weighted Fair Queuing • Policing: • Leaky Bucket • Delay maksimum

13. Scheduling: FIFO • First-In-First-Out • Packets diforward sesuai urutan kedatangan • Discard policy (when buffer is full and packet arrives): • Buang paket yang datang (tipikal) • Buang paket yg datang atau salah satu yg ada di buffer tergantung policy (kapan ini digunakan?)

14. Scheduling: Priority Queuing • Antrian berbeda untuk class berbeda • Kalsifikasi menentukan paket masuk antrian yg mana • Transmit paket dari class prioritas tertinggi dgn non-empty queue • Preemptive dan non- preemptive

15. Contoh Antrian Prioritas • Non- preemptive

16. Round Robin • Tidak seperti antrian prioritas, perlakuan equal untuk tiap class yang berbeda • Transmit class 1, kemudian class 2, kemudian class 1, … • Tetap berjalan, dengan cepat ke class berikutnya jika salah satu class kosong

17. Scheduling: WFQ • Weighted Fair Queuing • Generalisasi abstraksi Round Robin • Memberi weight wi untuk tiap class • Tiap class mendapat R * wi / (Ówk) throughput (rata-rata)

18. Paketisasi • Problem dalam algoritma scheduling? • Bagaimana flow mengeksploitasi scheduling dan mendapatkan bandwidth lebih banyak dari flow lain yang memiliki prioritas yang sama? • Kirim paket dengan ukuran sangat besar • Penentuan scheduling dilakukan berdasarkan per-paket selain per-bit • Algoritma yang lebih kompleks menyertakan mekanisme ini

19. Policing • Bagaimana menentukan rate dimana flow diperbolehkan dikirim? • Average rate: interval penting • 100 pkts/sec = 6000 pkts/sec ?? • Peak rate: maximum rate untuk short time • Burst rate: maximum packets in an instant • Mekanisme Leaky Bucket dapat melaksanakan average dan burst

20. Leaky Bucket • Transmit jika token paket untuk paket tersedia • Rate r menentukan average, bucket size b membatasi burst

21. Leaky Bucket + WFQ • Rate maksimum untuk interval t adalah rt+b • Burst maksimum adalah b • Dengan WFQ: tiap flow is dikontrol oleh leaky bucket dengan ri dan bi

22. Delay Bound • Delay maksimum untuk paket dalam flow i: • Diteruskan lewat leaky bucket • Tidak ada delay jika dikirim pada rate yang ditentukan • b packets didepannya (packet adalah burst terakhir) • Flow mendapatkan R * wi / (Ówk ) bandwidth • Delay maksimum terbatas pada: • Delay yang terjamin sangat penting pada QoS

23. Arsitektur QoS • Pendekatan 1: Integrated Services • Penerapan QoS pada tiap hop dalam network • Pendekatan 2: Differentiated Services • Melaksanakan pada network edge • Menyederhanakan network core

24. Integrated Services • Reservasi resource ditiap router pada path • Butuj per-flow state (=> “virtual circuit” J) • Butuh call setup • Setiap router menerapkan spesifikasi QoS

25. Call Setup (1) • Session menyatakan requirement QoS-nya • R- spec: spesifikasi QoS • T- spec: spesifikasi traffic • Protokol signaling membawa R- spec dan T- spec melalui network • Router mempertimbangkan apakah admit call • Check resource yang teralokasi • Check jikaf R- spec dan T-spec masih “fit” didalamnya • RSVP (ReSerVation Protocol) digunakan untuk task ini

26. Call Setup (2)

27. IntServ Traffic Classes • Guaranteed QoS: • Batas tetap queuing delay pada routers • Untuk aplikasi hard real-time dengan requirement delay sensitif • Controlled Load: • Pendekatan serupa QoS dari unloaded router • Untuk aplikasi real-time yg bekerja baik pada unloaded Internet (mis., audio, video, …)

28. Differentiated Services • Problem dengan IntServ: • Skalabilitas: membutuhkan per-flow state ditiap router • Service classes sedikit: tidak ada prioritas eksplisit • Differentiated Services: • Membedakan antara edge routers dan core routers • Leaf routers (edge router): • Klasifikasi paket (dalam “behavior aggregates” yg berbeda) • Traffic conditioning • Core routers: • Forward paket berdasarkan marking • Supports sedikit “per-hop behaviors” • Fungsi sederhana pada core, kompleks pada edge

29. DiffServ Network

30. DiffServ Edge (1) • Fungsi edge pada router-DS “pertama” dalam path (atau pada host) • Klasifikasi • Traffic Conditioning • Klasifikasi: • Node edge menandai paket tergantung dari aturan klasifikasi • Menggunakan fiels tipe service IP dalam header IP • Field tipe service: • 6 bits untuk DS Code Point (DSCP) • Menyatakan per-hop behavior dalam core • 2 bits tidak digunakan

31. DiffServ Edge (2) • Traffic Conditioning: • Node edge mungkin mendelay dan membuang paket • Untuk beberapa classes, rate yang diberikan terbatas • Traffic dimonitor dan ditentukan jika tidak disyaratkan

32. DiffServ Core (1) • Per-Hop Behavior: • Kinerja berbeda, dapat diukur • PHB tidak menentukan mekanisme • Contoh: • Class A mendapat x% outgoing bandwidth pada interval t • Paket class A pergi lebih dulu dari paket class B • Yang sekarang dinyatakan: • Expedited (memperlancar) Forwarding: • Rate kedatangan class paling tidak pada rate tertentu • Assured (kepastian) Forwarding: • 4 classes dengan buffering dan bandwith minimum • Masing-masing dgn tiga partisi utama drop

33. Ringkasan Multimedia Networking • Aplikasi • Bandwidth-intense, delay-sensitive • QoS perlu • Harus ditambahkan pada Internet yang ada • QoS: • Classification • Policing • Scheduling • Arsitektur QoS: • IntServ • DiffServ