reti multimediali.ppt [modalità compatibilità]conan.diei.unipg.it/RCM/lucidiRCM/reti multimediali.pdf · 2010. 3. 16. · Reti multimediali Reti di calcolatori e Internet: Un approccio

Reti multimediali

Reti di calcolatori e Internet: Un approccio top-down

3a edizione Jim Kurose, Keith Ross

Pearson Education Italia

Internet Architettura, principali protocolli e

linee evolutiveNicola Blefari Melazzi

Mc Graw -Hill

Multimedia - Qualità del servizio: di cosa si tratta?

Applicazioni multimediali: contenuti audio e video(“applicazioni continue”)

Le reti forniscono alle applicazioni un livello di prestazioni adeguato per un corretto funzionamento dell’applicazione.

QoS

Reti multimediali Applicazioni multimediali di rete Streaming memorizzati Utilizzo ottimale del servizio best-effort: la telefonia Internet Protocolli per applicazioni interattive in tempo reale:

RTP, RTCP, SIP Reti per la distribuzione di contenuti multimediali Oltre il best-effort Scheduling e sorveglianza Servizi intergrati e servizi differenziati MPLS

Applicazioni multimediali di rete

Caratteristiche fondamentali

Sensibili al ritardo: Ritardo end-to-end Jitter

Ma tolleranti alla perdita: perdite occasionali causano solo marginali interferenze.

In antitesi con i dati: lunghi ritardi possono risultare fastidiosi ma la completezza e l’integrità dei dati trasferiti risultano di fondamentale importanza.

Classi di applicazioni multimediali:

1) Streaming audio e video memorizzato.

2) Streaming audio e video in diretta.

3) Audio e video interattivi in tempo reale.

Jitter: termine con il quale si indica la variabilità dei ritardi subita dai pacchetti dello stesso flusso.

Streaming audio e video memorizzato

Streaming: Il contenuto multimediale è

memorizzato sul server. Viene trasmesso al client. Streaming: il client può iniziare la

riproduzione di una parte del file prima di averlo interamente scaricato. La riproduzione del file multimediale procede in

sincronia con i tempi di registrazione originali.

Streaming audio e video memorizzato

1. videoregistrato

2. videoinviato 3. Video ricevuti,

riprodotti dal cliente.

streaming: in questo momento,il client può iniziare la riproduzionedi una parte del file audio/videoprima di averlo interamente scaricato.

reteinvio

tempo

Streaming audio e video memorizzato: interattività

Funzionalità simili a quelle di un videoregistratore:il cliente può mettere in pausa, mandare avanti o indietro il video 10 sec ritardo iniziale OK 1-2 sec prima che il comando abbia effetto OK Spesso usato RTSP

Streaming audio e video in diretta

Esempi: Programmi radiofonici in Internet. Eventi sportivi in diretta.Streaming Buffer di riproduzione (playout buffer). È tollerato un ritardo di una decina di secondi

prima che avvenga la riproduzione. È necessaria la continuità della riproduzione.Interattività Non è possibile usare l’avanzamento rapido. Riavvolgimento e pausa sì!

Audio e video interattivi in tempo reale

Requisiti del ritardo end-to-end: audio: < 150 msec buono, < 400 msec accettabile

• Comprende i ritardi a livello di applicazione (pacchettizzazione) e il ritardo di rete

• Ritardi superiori risultano frustranti, o impediscono addirittura la conversazione

Inizializzazione della sessione Come fa il chiamante ad allertare indirizzo IP, numero di porta,

algoritmi di codifica?

applicazioni: telefonia Internet, video conferenze

Ostacoli alla multimedialità in Internet

TCP/UDP/IP: servizio best-effort Non offre garanzie sulla consegna, né sul ritardo

Oggi le applicazioni multimediali in Internet utilizzano tecniche a livello di applicazioneper mitigare (quanto possibile) i ritardi

e le eventuali perdite.

Ma non abbiamo detto che le applicazioni multimedialirichiedono QoS e adeguati livelli di performance?

?? ?? ?

? ??

?

?

Evoluzione di Internet verso un miglior supporto alle applicazioni multimediali

Filosofia di intergrazione dei servizi:

Cambiamenti radicali, per fornire alle applicazioni la possibilità di prenotare larghezza di banda.

Software nuovi e più complessi in host e router.

Filosofia del “laissez-faire” Nessun cambiamento radicale. Più larghezza di banda quando

necessario. Reti per la distribuzione dei

contenuti

Filosofia di differenziazione dei servizi:

Piccoli interventi, limitati ai livelli di rete e di trasporto

Suddivisione dei datagrammi in due classi di servizio

Qual è la vostra opinione?

Compressione audio

Campioni di segnali analogici a tasso costante: telefono: 8.000 campioni al

secondo CD musicali: 44.100

campioni al secondo Ogni campione è quantizzato

es., 28=256 valori possibili di quantizzazione.

Tutti i valori di quantizzazione sono rapprentati con lo stesso numero di bit. 8 bit per 256 valori.

Esempio: 8.000 campioni/sec, 256 valori di quantizzazione --> 64.000 bps

Questo segnale digitale può essere riconvertito in un segnale analogico per la riproduzione: possibile perdita di

qualità.

Alcuni esempi: CD: 1.411 Mbps MP3: 96, 128, 160 kbps Telefonia Internet: 5,3 -

13 kbps

Compressione video

Un video è una sequenza d’immagini, solitamente mostrate a un tasso costante: es. 24 immagini/sec

Un’immagine digitale consiste in una sequenza di pixel.

Ogni pixel è codificato da una serie di bit.

Due tipi di ridondanza: Spaziale. Temporale.

Esempi: MPEG 1 (CD-ROM) 1,5 Mbps MPEG2 (DVD) 3-6 Mbps MPEG4 (spesso usata in

Internet < 1 Mbps)



Streaming memorizzati

Tecniche di streaming a livello di applicazione per ottimizzare il servizio best effort: buffering lato client utilizzo di UDP

Rimozione del jitter Decompressione Correzione degli errori Interfaccia in cui appaiono

pulsanti e cursori interattivi.

Media Player

Accesso ad audio e video tramite server web

Audio o video sono contenuti in un unico file.

Il file viene trasferito tramite un messaggio HTTP: ricevuto per intero dal client il media player riproduce il file.

Accesso ad audio e video tramite server web

Il browser ottiene un metafile. Il browser lancia il media player e passa il metafile. Il media player contatta direttamente il server. Il server invia il file audio/video al media player. Uso di HTTP TCP

Invio di contenuti multimediali da server di streaming

Questa architettura evita l’uso del protocollo HTTP tra server e media player.

Si può anche utilizzare UDP invece che TCP.

UDP o TCP?UDP Il server invia a un tasso appropriato per il cliente

In genere: tasso di invio = tasso di codifica = tasso costante quindi, tasso di riempimento = tasso costante - perdita di

pacchetti Il media player ritarda la riproduzione di 2-5 secondi per

eliminare l’eventuale jitter indotto dalla rete.

TCP Il server immette, il più velocemente possibile, il video nella

socket TCP. Il tasso di riempimento fluttua nel tempo a causa del controllo

della congestione di TCP. Maggiore ritardo di riproduzione HTTP/TCP passano più facilmente attraverso i firewall

Protocollo di streaming in tempo reale: RTSP

HTTP Non prevede contenuti

multimediali. Non è previsto il comando

di avanzamento rapido ecc.

RTSP: RFC 2326 Protocollo di streaming in

tempo reale. Usato per il controllo della

riproduzione: pausa, fermo immagine, ricerca in avanti e all’indietro, avanzamento rapido ecc.

Cosa non può fare: Non definisce gli schemi di

compressione audio e video. Non prescrive il modo (UDP o

TCP) in cui i dati sono trasportati.

Non pone limiti a come il media player memorizza i file.

RTSP: protocollo fuori bandaFTP utilizza il concetto di

fuori banda: Un file viene trasferito su

una connessione TCP. Le informazioni di controllo

(cambio di directory, cancellazione/rinomina di file, ecc.) sono trasferite su un’altra connessione TCP.

I canali “in banda” e i canali “fuori banda” utilizzano un numero di porta diverso.

Anche i messaggi RTSP sono inviati “fuori banda”:

I messaggi di controllo RTSP usano un numero di porta diverso dal flusso multimediale: fuori banda Porta 554

Il flusso dei contenuti multimediali è considerato “in banda”.

RTSP: esempio

Scenario: Il browser richiede a un server web un file. Il browser lancia il media player. Per consentire il controllo della riproduzione, media

player e server si scambiano informazioni impiegando RTSP.

Metafile - esempio<title>Twister</title> <session>

<group language=en lipsync> <switch>

<track type=audio e="PCMU/8000/1" src = "rtsp://audio.example.com/twister/audio.en/lofi">

<track type=audio e="DVI4/16000/2" pt="90 DVI4/8000/1" src="rtsp://audio.example.com/twister/audio.en/hifi">

</switch> <track type="video/jpeg"

src="rtsp://video.example.com/twister/video"> </group>

</session>

Iterazioni tra client e server con RTSP

Esempio di una sessione RTSPC: SETUP rtsp://audio.example.com/twister/audio RTSP/1.0

Cseq=1; Transport: rtp/udp; compression; port=3056; mode=PLAY

S: RTSP/1.0 200 OK Cseq=1 Session 4231

C: PLAY rtsp://audio.example.com/twister/audio.en/lofi RTSP/1.0 Cseq=2; Session: 4231 Range: npt=0-

S: RTSP/1.0 200 OK Cseq=2 Session 4231

C: PAUSE rtsp://audio.example.com/twister/audio.en/lofi RTSP/1.0 Cseq=3; Session: 4231 Range: npt=37

S: RTSP/1.0 200 OK Cseq=3; Session 4231

C: TEARDOWN rtsp://audio.example.com/twister/audio.en/lofi RTSP/1.0 Cseq=4; Session: 4231

S: RTSP/1.0 200 OK Cseq=4; Session 4231



Applicazioni interattive in tempo reale

Telefonia da PC a PC Fornita da servizi di

messaggeria istantanea

Telefonia da PC a telefono Dialpad Net2phone

Videoconferenze con webcam.

Vediamo ora il caso di un’applicazione di telefonia Internet.

Telefonia InternetIntroduciamo la telefonia Internet con un esempio: In una normale conversazione si alternano periodi di “parlato”

e di “silenzio”: 64 kbps durante il periodo di “parlato”.

L’applicazione genera pacchetti solo nella fase di “parlato”. Genera un flusso di 8.000 byte/s. Ogni 20 ms li riunisce in

blocchi da 160 byte. Ciascun blocco ha un’intestazione a livello di applicazione. Il blocco e l’intestazione sono incapsulati in un segmento

UDP. Quindi, durante la fase di emissione, ogni 20 ms viene inviato

un segmento UDP.

Telefonia Internet: perdita dei pacchetti e ritardo

Perdita a causa della rete: è possibile quando un buffer è pieno e non può ricevere il datagramma IP che, in questo caso, viene scartato e non arriverà mai a destinazione.

Perdita per ritardo: quando i datagrammi IP arrivano con molto ritardo: Diversi “tipi” di ritardo: di trasmissione, di elaborazione,

di accodamento nei router, di propagazione e di elaborazione nei terminali lungo un collegamento.

Ritardo massimo tollerato: 400 ms. Ritardo tollerato: a seconda di come la voce è

codificata e trasmessa, e di come la perdita è mascherata in ricezione, tassi di ritardo compresi fra 1% e 10% possono essere tollerati.

trasmissionevideo con tasso costante

tempo

Ritardodi rete

variabile (jitter)

Ricezione riproduzione del video a tasso costante

Ritardo di riproduzione

buff

ered

data

Jitter di pacchetto

Ritardo di riproduzione fisso

Il ricevente tenta di riprodurre ciascun blocco esattamente q millisecondi dopo che è stato generato. Se un blocco è contrassegnato da un tempo di

generazione t, il ricevente lo riproduce dopo un intervallo t + q.

Se il blocco non è arrivato in tempo utile, lo scarta e lo considera perso.

Qual è la migliore scelta per q ? q elevato: diminuisce la perdita dei pacchetti q basso: la qualità è migliore (ma se q è inferiore a 400

ms molti pacchetti mancherebbero il tempo programmato per la riproduzione a causa del jitter)

Ritardo di riproduzione fisso

packets

time

packetsgenerated

packetsreceived

loss

rp p'

playout schedulep' - r

playout schedulep - r

• Il trasmittente genera pacchetti a intervalli regolari, supponiamo ogni 20 ms.• Il primo pacchetto è ricevuto al tempo r.• Il primo istante di riproduzione inizia al tempo p.• Il secondo istante di riproduzione inizia al tempo p’.

Ritardo di riproduzione adattativo

Questa stima è ricavata dalle marcature temporali come segue:)()1( 1 iiii trudud

dove u è una costante (es., u = 0,01).

Obiettivo: ritardo di riproduzione minimo con il vincolo che la perdita sia al di sotto dei pochi punti percentuali.

Approccio: regolare il ritardo di riproduzione: Stimare il ritardo della rete e regolare il ritardo di riproduzione

con l’inizio di ciascun periodo di attività vocale. Le pause dei trasmittenti vengono compresse o prolungate. Il trasmittente genera pacchetti a intervalli regolari, ogni 20

ms. ti = istante in cui il primo pacchetto è generato.

ri = istante in cui il pacchetto i è ricevuto.pi = istante in cui il pacchetto i è riprodotto.ri - ti = ritardo di rete end-to-end dell’i-esimo pacchetto.di = stima del valore medio del ritardo alla ricezione dell’i-esimopacchetto.

Ritardo di riproduzione adattativoVi, = stima della deviazione media dal ritardo medio stimato:

||)1( 1 iiiii dtruvuv

Le stime di di e vi sono calcolate per ogni pacchetto ricevuto, sebbene possano essere utilizzate solo per determinare il punto di riproduzione del primo pacchetto.Se i è il primo pacchetto di un periodo di attività, il suo istante di riproduzione è dato da:

iiii Kvdtp dove K è una costante positiva.

Il punto di riproduzione per ogni pacchetto successivo è calcolatocome lo spostamento dal momento in cui è riprodotto il primo pacchetto.

Recupero dei pacchetti perduti

Correzione dell’errore in avanti (FEC)

Il ricevente deve attendere di aver ricevuto l’intero gruppo di pacchetti prima di poter iniziarne la riproduzione.

Conseguenze: Aumento della banda

necessaria; ritardo di riproduzione.

Recupero dei pacchetti perduti

Interallacciamento Può migliorare la qualità con cui si

percepisce uno stream audio Non richiede l’aumento di

larghezza di banda dello stream

Incrementa la latenza, limitando così il suo utilizzo per applicazioni interattive come la telefonia

Buone prestazioni nello streaming audio memorizzato



Protocolli per applicazioni interattive in tempo reale

RTP specifica la struttura di un pacchetto standardizzata per i campi dati audio/video.

RFC 1889 Il pacchetto RTP include:

Il tipo di carico utile Il numero di sequenza La marcatura temporale

RTP opera sugli end-system.

I pacchetti RTP sono incapsulati in un segmento UDP.

Interoperabilità: le applicazioni che incorporano RTP possono interagire con altri software di rete multimediali, anche se utilizzano prodotti sviluppati da differenti aziende.

RTP e QoS

RTP non offre alcun meccanismo che assicuri la consegna in tempo dei dati o fornisca altre garanzie in termini di QoS

L’incapsulamento RTP è visibile solo al sistema terminale, non dai router intermedi.

RTP utilizza UDPLe librerie RTP forniscono un’interfaccia a livello di trasporto che estende UDP:

Source port # Destination port #

Lenght Checksum (opt.)V P X C

CM PType Sequence number

TimestampSynchronization source (SSRC) identifier

Possible header extension

Payload

32 bit

UDP header

8 B

RTP header

12 B

Intestazione dei pacchetti RTP

V P X CC M PT Sequence Number

Timestamp

SSRC

CSRC_1

0 2 3 4 8 9 16 24 31


version (V) = (2 bit) Indica la versione del protocollo RTP;

Padding (P) = (1 bit)Indica che nella parte dati esistono dei byte di riempimento, che non fanno parte dei dati;

Extension (X) = (1 bit)Indica la presenza di un extension header; Dipende dal profilo o dall’applicazione.

CSRC count (CC) = (1 bit) Numero di campi CSRC presenti nell’intestazione;

Marker (M) = (1 bit) Il suo uso dipende dal profilo della sessione in corso; Il profilo definisce i codec utilizzati, mappati nel payload type (PT).

Intestazione dei pacchetti RTPPT - Tipo di carico (7 bit). Indica la codifica impiegata. Se il trasmittente decide di variare la codifica durante una sessione, per aumentare la qualità audio o per diminuire la frequenza trasmissiva del flusso RTP, può informare il ricevente del cambiamento attraverso questo campo.

•Codice 0 PCM legge , 64 kbps•Codice 3 GSM, 13 kbps•Codice 7 LPC, 2,4 kbps•Codice 26 JPEG•Codice 31 H.261•Codice 33 Video MPEG 2

Numero di sequenza (16 bit). Il numero di sequenza è incrementatodi un’unità per ogni pacchetto inviato, e può essere utilizzato dal ricevente per rilevare le perdite e ricostruire la sequenza dei pacchetti.

All’inizio della sessione viene estratto in modo casuale:minimizza la probabilità di avere pacchetti di connessioni “vecchie” ancora in rete con lo stesso numero di sequenza.

Intestazione dei pacchetti RTP Marcatura temporale (32 bit). Riporta l’istante del campionamento del

primo byte nel pacchetto dati: Serve per eliminare il jitter dei pacchetti introdotto nella rete e per

fornire la riproduzione sincronizzata al receiver; Il primo timestamp inviato nello stream RTP viene estratto in modo

casuale; Nel caso dell’audio, l’orologio è incrementato di un’unità a ogni

campionamento (per esempio, ogni 125 ms per un campionamento a 8 KHz).

Se l’applicazione audio genera blocchi costituiti da 160 campioni, allora la marcatura temporale cresce di 160 per pacchetto RTP quando la sorgente è attiva. La marcatura temporale è incrementata a tasso costante anche se la sorgente è inattiva.

Identificatore della sorgente di sincronizzazione, SSRC (32 bit). Identificativo della sorgente che ha creato il contenuto del

payload. E’ un numero scelto a caso dalla sorgente quando inizia un

nuovo stream.

Contributing source (CSRC) = fino a 15 campi da 32 bit ciascuno- Campi opzionali;- Contengono gli SSRC delle vere sorgenti del flusso.


header extension Un meccanismo di estensione è previsto per le

implementazioni individuali per sperimentare nuove funzioni payload-format indipendenti, che richiedono informazioni aggiuntive da inserire nell'header del pacchetto RTP;

lenght : lunghezza dell’estensione dell’intestazione espressa in word da 4 byte.

Defined by profile Lenght

header extension……..

0 8 16 24 31

Protocollo di controllo di RTP (RTCP)

RTP control protocol (RFC 1889).

Funziona insieme a RTP. Ogni partecipante di una

sessione RTP trasmette periodicamente pacchetti di controllo RTCP a tutti gli altri partecipanti.

Ogni pacchetto RTCP contiene i rapporti dei trasmittenti e/o riceventi Che comunicano

statistiche utili all’applicazione.

Le statistiche includono il numero dei pacchetti spediti, di quelli persi e il jitter.

Queste informazioni possono essere utilizzate per controllare le prestazioni Es., i trasmittenti

potrebbero utilizzarle per modificare la loro frequenza trasmissiva.

RTCP (continua)

- I pacchetti RTCP sono trasferiti tra i vari partecipanti a una sessione RTP utilizzando IP multicast. Per ogni sessione RTP esiste un indirizzo multicastutilizzato da tutti i pacchetti RTP e RTCP.

- I pacchetti RTP e RTCP sono distinguibili dai loro numeri di porta (quello di RTCP è dato dal numero di porta RTP più uno).

- Per limitare il traffico, ogni partecipante riduce il suo traffico RTCP quandoil numero dei partecipanti aumenta.

Pacchetti RTCP

Il ricevente genera un rapporto di ricezione:

L’identificatore SSRC del flusso RTP, la frazione di pacchetti persi, l’ultimo numero di sequenza ricevuto e il jitter negli arrivi.

Il trasmittente invia pacchetti di rapporto:

L’identificatore SSRC del flusso RTP, la marcatura temporale e l’ora effettiva di generazione dei pacchetti più recenti, il numero dei pacchetti inviati e il numero dei byte inviati nel flusso.

Il trasmittente crea anche pacchetti di descrizione della sorgente:

Indirizzo e-mail, nome del trasmittente e informazioni sull’applicazione che ha generato il flusso e il suo identificatore SSRC.

Questi pacchetti forniscono una correlazione fra SSRC e il nome dell’utente/host.

Pacchetti RTCP

• SR (Sender Report): - inviato da tutte le sorgenti attive a tutti i partecipanti; - trasporta statistiche di spedizione effettuate dai partecipanti che

trasmettono dati RTP;- riassume la quantità di informazione appena inviata;- contiene: a) Timestamp assoluto (NTP) all’istante di invio;

b) Timestamp relativo al flusso RTP in corso;c) Quantità di dati inviati dall’inizio della sessione;

- Numero totale di pacchetti RTP inviati;- Numero totale di byte inviati.

Pacchetti RTCP

RR (Receiver Report):- inviato da tutte le sorgenti passive a tutti i partecipanti;- trasporta statistiche di ricezione di un partecipanti che riceve dati RTP;- informa i mittenti della qualità della ricezione;- è inviato ad ogni sorgente da cui si è ricevuto un SR;- contiene: a) Indicazione della sorgente ascoltata;

b) Timestamp dell’ultimo SR ricevuto;c) Ritardo dalla ricezione dell’ultimo SR;d) Numero di sequenza più alto ricevuto dalla sorgente;e) Numero di pacchetti RTP della connessione persi;f) Frazione di pacchetti RTP della connessione persi;g) Stima del jitter dei pacchetti RTP della connessione.

Pacchetti RTCP SDES (Source Descriptor):

- contiene elementi di descrizione dei partecipanti;- descrive la sorgente mediante identificativo unico;- è usato dalle sorgenti e dai ricevitori per “presentarsi”;- può contenere: a) CNAME: identificativo dell’utente ([email protected]);

b) NAME: nome della persona che usa l’applicazione;c) EMAIL;d) PHONE;e) LOC: indicazione geografica dell’utente; f) TOOL: applicazione che sta usando RTP;g) NOTE.

BYE:- indica la disconnessione di un partecipante o termine della sessione

APP: application-specific- indica che un partecipante vuole lasciare la sessione

pacchetto RTCP

Encription prefix32 bit

SR o RRAdditional

RRsSDES

(CNAME) APP BYE

Sincronizzazione dei flussi

RTCP può essere utilizzato per sincronizzare i flussi delle sessioni RTP.

Consideriamo un’applicazione di videoconferenza per la quale ciascun trasmittente genera due flussi RTP indipendenti.

Le marcature temporali in questi pacchetti sono legate agli orologi di campionamento audio e video. E non all’ora effettiva,

cioè al tempo reale.

I rapporti RTCP del trasmittente contengono: La marcatura temporale

del più recente pacchetto RTP.

L’ora effettiva di creazione.

I riceventi possono utilizzare questa corrispondenza per sincronizzare la riproduzione di audio e video.

Scalabilità di RTCPProblema !!! sessione RTP con un sender e un gran numero di receiver; ciascuno dei receiver genera pacchetti RTCP;

la velocità di trasmissione aggregata dei pacchetti puòsuperare di molto la velocità di invio dei pacchetti RTP del sender.

la quantità di traffico RTP inviato nell’albero multicast non variaall’aumentare del numero dei receiver;

la quantità di traffico RTCP cresce linearmente con il numero dei receiver.

Risoluzione: RTCP modifica la velocità a cui i partecipanti inviano i pacchetti alla

sessione.

Scalabilità di RTCP

RTCP cerca di limitare il traffico al 5% della larghezza di banda della sessione.

Esempio: Se il trasmittente sta

inviando un video a 2 Mbps, il 5% corrisponde a 100 Kbps.

Il protocollo ripartisce quindi equamente il 75% del tasso ridotto tra i riceventi e assegna il restante 25% al trasmittente.

Il tasso ridotto è equamente ripartito tra i riceventi: Dati R riceventi, ciascuno di

essi può trasmettere a una frequenza di 75/R kbps.

La frequenza del mittente sarà di 25 kbps.

I partecipanti determinano il periodo di trasmissione del pacchetto RTCP calcolandone dinamicamente la dimensione media e dividendola per il tasso di trasmissione assegnato.

Scalabilità di RTCP

Un partecipante (sender o receiver) determina il periodo di trasmissione del pacchetto RTCP calcolando dinamicamente la dimensione media del pacchetto RTCP e dividendola per la velocità che gli è stata allocata.

Ts = numero sender (dim. media pacchetto RTCP)0.25 x 0.05 x larghezza banda

sessione

Tr = numero receiver (dim. media pacchetto RTCP)0.75 x 0.05 x larghezza banda

sessione

SIP

SIP: Session Initiation Protocol Definito in ambito IETF

SIP, visione a lungo termine Tutte le telefonate e le video conferenze passano

attraverso Internet. Le persone sono identificate dal loro nome o

dall’indirizzo e-mail, piuttosto che dal loro numero di telefono.

Servizi offerti da SIP

Impostazione della chiamata Fornisce i meccanismi che

consentono al chiamante di connettersi al ricevente.

Fornisce i meccanismi che consentono ai partecipanti di accordarsi sulle codifiche dei media.

Fornisce i meccanismi che permettono di terminare le chiamate.

Determinazione dell’attuale indirizzo IP del ricevente.

Gestione della chiamata, fornisce procedure che permettono di: aggiungere nuovi flussi di

media. cambiare la codifica durante

la chiamata invitare nuovi partecipanti trasferire o mettere in

attesa.

Chiamata verso un indirizzo IP noto• Alice invia un messaggio INVITE a Bob che comprende le indicazioni del suo numero di porta, del suo indirizzo IP. Vuole ricevere l’audio codificato nel formato AVP 0 (PCM codificato con legge ).

• Bob invia un messaggio di risposta che comprende, oltre alla stringa 200 OK, anche le indicazioni del suo indirizzo IP e le preferenze di codifica (GSM).

• i messaggi SIP possono essere inviati sia con TCP sia con UDP. Qui sono inviati con RTP/UDP

• Di default, il numero di porta di SIP è 5060.

time time

Bob'sterminal rings

Alice

167.180.112.24

Bob

193.64.210.89

port 5060

port 38060 Law audio

GSMport 48753

INVITE [email protected]=IN IP4 167.180.112.24m=audio 38060 RTP/AVP 0port 5060

200 OKc=IN IP4 193.64.210.89

m=audio 48753 RTP/AVP 3

ACKport 5060

Esempio di un messaggio SIP

INVITE sip:[email protected] SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP 167.180.112.24From: sip:[email protected]: sip:[email protected] Call-ID: [email protected]: application/sdpContent-Length: 885

c=IN IP4 167.180.112.24m=audio 38060 RTP/AVP 0

Note: Assomiglia ai messaggi HTTP. sdp = session description protocol – RFC 2327 Call-ID è unico per ogni chiamata.

• Qui non si usa l’indirizzo IP di Bob, ma il suo indirizzo SIPsip:[email protected]

• Alice invia e riceve messaggi SIP usandoil numero di porta di default 5060.

Traduzione dei nomi e localizzazione degli utenti

Il chiamante ha solo il nome o l’indirizzo e-mail del destinatario.

Ha bisogno di conoscere l’indirizzo IP dell’attuale host del destinatario: L’utente si sposta Protocollo DHCP L’utente ha differenti

dispositivi IP (PC, PDA,…)

I risultati si basano su: momento della giornata (al

lavoro, a casa) chiamante (non si desidera

che il capo ci rintracci a casa) status del ricevente (le

chiamate vengono dirottate su una segreteria telefonica se il destinatario sta già parlando con qualcuno)

Servizi forniti dai server SIP: Server di registrazione SIP. Server proxy SIP.

Server di registrazione SIP

REGISTER sip:domain.com SIP/2.0

Via: SIP/2.0/UDP 193.64.210.89

From: sip:[email protected]

To: sip:[email protected]

Expires: 3600

Un utente (Bob) è associato a un server di registrazione SIP al quale l’applicazione, quando viene lanciata, invia un messaggio di registrazione. Il server di registrazione di Bob memorizza il suo attuale indirizzo IP.

Messaggio di registrazione:

Messagi di refresh ogni 3600 secondi

EsempioProcedura seguita da [email protected] per avviare una sessione vocale IP con [email protected]

(1) Jim invia un messaggio INVITE al proxy SIP di umass. (2) Questo fa una ricerca e quindi rilancia il Messaggio al server diregistrazione. (3) dato che [email protected] non è presente nel server di upenn, quest’ultimo invia una risposta di ri-direzione.(4) Il proxy umass trasmette un INVITE al server di registrazione SIP di eurecom (5) che conosce l’indirizzo e rilancia l’INVITE al terminale 197.87.54.21, su cui gira il client SIP di Keith. (6-8) viene inviata una risposta SIP verso il client SIP (9) I media vengono scambiati direttamente tra i due client.Nota: il messaggio di riscontro SIP non è mostrato.

SIP client217.123.56.89

SIP client197.87.54.21

SIP proxyumass.edu

SIP registrarupenn.edu

SIPregistrareurecom.fr

1

2

3 4

5

6

7

8

9

Confronto con H.323

H.323 è un altro protocollo di trasmissione in tempo reale, interattivo.

H.323 è una famiglia completa di protocolli integrati verticalmente per le conferenze multimediali: segnalazione, registrazione, controllo di ammissione, trasporto e codec.

SIP è un componente monolitico. Lavora con RTP, ma non lo richiede. Può essere combinato con altri protocolli e servizi.

H.323 è di origine ITU (telefonia).

SIP è di origine IETF e adotta molti concetti del Web, di DNS e della posta elettronica in Internet.

SIP adotta il principio KISS: keep it simple stupid, fallo in modo semplice, stupido.



Reti per la distribuzione dei contenuti (CDN)Distribuzione di contenuti: Distribuzione in tempo reale di

flussi di file di notevoli dimensioni (es., video) da un singolo server di origine.

Soluzione: replicare il contenuto a centinaia di server attraverso Internet: Il contenuto viene prima

caricato nel server CDN. La CDN replica i contenuti nei

server CDN La CDN fornisce un

meccanismo per cui il contenuto richiesto da un client viene fornito dal server CDN che può farglielo pervenire nel modo migliore.

Server CDN in Sud America

Server di origine in Nord America

Nodo di distribuzione CDN

Server CDNin Europa

Server CDNin Asia

Reti per la distribuzione dei contenuti (CDN)Distribuzione di contenuti: I fornitori di servizi come

CNN distribuiscono i contenuti attraverso una CDN (es., Akamai).

Ogni volta che un fornitore modifica un oggetto, provvederà a inoltrare la versione aggiornata al nodo CDN, il quale lo replica immediatamente e lo distribuisce ai server CDN.

Server di origine in Nord America

Nodo di distribuzione CDN

Server CDNin Europa

CDN - Esempio

Server di origine (www.foo.com)

Provvede a diffondere l’oggetto base HTML

sostituisce:http://www.foo.com/sports.ruth.gifconhttp://www.cdn.com/www.foo.com/sports/ruth.gif

Richiesta HTTP perwww.foo.com/sports/sports.html

Richiesta DNS per www.cdn.com

Richiesta HTTP per www.cdn.com/www.foo.com/sports/ruth.gif

1

2

3

Server di origine

Server DNS di competenza della CDN

Server CDN più vicino

Server CDN (cdn.com) Distribuisce file gif. Utilizza il server DNS

server per instradare le richieste di ridirezione

Ancora su CDN

Richieste di instradamento CDN crea una “mappa” che indica le distanze tra gli

ISP foglia e i nodi CDN Quando arriva una richiesta al server DNS :

Il server determina l’ISP dal quale è arrivata la richiesta Usa tabelle d’instradamento per determinare il miglior

server CDN.



Migliorare la qualità di servizionelle reti IP

Fin qui: si è cercato di ottenere il meglio dal servizio best-effort.In futuro: una nuova generazione di Internet con garanzie di QoS.

RSVP: protocollo di segnalazione che consente alle applicazioni di prenotare le risorse.

Differenziazione dei servizi: architetture per fornire differenti garanzie.

Servizi integrati: architetture per servizi integrati.

Princìpi per fornire garanzie di QoS

Esempio: applicazione audio a 1 Mbps, collegamento a 1,5 Mbps con applicazione FTP. Una raffica (burst) di pacchetti dalla sorgente FTP può

congestionare il router, causando la perdita di alcuni pacchetti. Vogliamo dare priorità ai pacchetti audio rispetto a quelli FTP.

La marcatura dei pacchetti consente ai router di distinguerli in base alla loro classe di traffico.

Principio 1

Principi per fornire garanzie di QoS (segue)

Cosa succede se un pacchetto audio viene inviato a un un tasso più alto rispetto a quanto dichiarato? controllo: costringere la sorgente ad attenersi all’allocazione di

banda prevista Marcatura e controllo:

Simile ad ATM UNI (User Network Interface)

È auspicabile che ciascun flusso sia isolato, in modo che l’uno non subisca gli effetti negativi derivati dal comportamento non conforme degli altri.

Principio 2


Allocare banda fissa (non-sharable) al flusso: uso inefficiente della banda se il flusso non rispetta la sua allocazione

È auspicabile che l’utilizzo delle risorse sia quanto più efficiente possibile anche in presenza di isolamento dei flussi.

Principio 3


Assioma: è impossibile supportare richieste di traffico superiore alla capacità del collegamento

È necessario un processo di ammissione alla chiamata durante il quale vengono confrontati i requisiti di servizio dei flussi con le risorse disponibili in quel dato momento. Sa la richiesta può essere soddisfatta il flusso potrà accedere alla rete, altrimenti il suo ingresso sarà negato.

Principio 4

Sommario dei principi di QoS

Esamineremo ora i vari modi in cui sono implementati….



Meccanismi di scheduling e sorveglianza

scheduling: procedura con cui i pacchetti sono selezionati nelle code prima di essere inoltrati.

Procedura FIFO (first in first out): i pacchetti vengono inviati in ordine di arrivo. Quindi vengono trasmessi nello stesso ordine che hanno nella coda.

Politica di esclusione: se un buffer non ha più spazio per ricevere un ulteriore pacchetto, come determina quale deve scartare?

• Tail drop: elimina il pacchetto ultimo arrivato• Priorità: elimina o rimuove in base alla priorità• Random: elimina o rimuove a caso

Modalità di scheduling

Accodamento con priorità: i pacchetti vengono trasmessi in base alla priorità e non in ordine di arrivo.

più classi, con differenti priorità Le classi dipendono da una marcatura riportata nell’intestazione

del pacchetto, es. IP sorgente o di destinazione, numero di porta, ecc.

Esempio concreto?

Modalità di schedulingAccodamento round robin: Diverse classi Le classi non hanno una rigida priorità di servizio. Infatti è

prevista una sorta di avvicendamento “circolare” tra le diverse classi.

Modalità di scheduling

Accodamento equo ponderato (weighted fair queuing-WFQ): Astrazione della strategia round robin Offre un servizio di tipo ciclico e le classi possono ricevere

un servizio differenziato.

Criteri nelle procedure di monitoraggio

Obiettivo: porre limitazioni al traffico in modo che questo non ecceda i parametri dichiarati

Tre importanti criteri: Tasso medio: è limitato il numero di pacchetti in un determinato

intervallo di tempo (a lungo termine). Aspetto cruciale: un flusso con una frequenza trasmissiva media

vincolata a 100 pacchetti al sec subisce maggiori restrizioni rispetto a una sorgente il cui limite è di 6000 pacchetti al minuto, anche se entrambi presentano un’identica media!

Tasso di picco: es., è imposto al flusso un tasso medio di 6000 pacchetti al minuto con il vincolo di non superare i 1500 pacchetti al secondo.

Dimensione della raffica (burst): vincola il numero di pacchetti che possono essere trasmessi consecutivamente al tasso di picco.

Leaky bucket (secchio bucato): meccanismo per monitorare il rispetto dei limiti imposto a un flusso di pacchetti.

Recipiente in grado di contenere fino a b gettoni (token). Generati alla frequenza di r gettoni al secondo e quindi immessi

nel contenitore. Il numero massimo di pacchetti che possono essere trasmessi

nell’intervallo di tempo t è uguale a rt + b.


rs

BTS


BTS

rs

Ps

LB LB

rs Ps

BTS

Dual Leaky-Bucket

bBrPcP

TSss

s

rs Ps

BTS

c

b

BTS

b

cPsrs

Multiplexing

bB

cCb

c

DLB1

DLB2

DLBk

...

C

B

Es. Fair-Share

Capacità Equivalente e Banda Equivalente

max oppure Dcb

bB

cC

bB

rPcP

TSss

s

BTS

b

cPsrs c0

b0

00max

max

0max0

max0 )(

bB

cCn

CBD

cDbBrPD

BPc

bB

cC

TSSS

TSS

max

00max

0max0

max0

max

,min

)(

DCBetipicament

cC

bBn

cDbBrPD

BPc

Dcb

TSSS

TSS

Fair-Share Max delay


WFQ

token rate, r

bucket size, bper-flowrate, R

D = b/Rmax

arrivingtraffic



Servizi integrati IETF Architettura per fornire garanzie in termini di QOS nelle reti IP Prenotazione delle risorse Ammissione/negazione delle richieste di impostazione di una nuova

chiamata Per garantire opportune prestazioni di rete è necessario creare e

mantenere degli stati in ciascun nodo La gestione è più semplice ed affidabile se ogni stato ha significato

locale ed è di tipo soft Le informazioni contenute in uno stato sono relative a un flusso di

informazione. Un flusso è una sequenza di datagrammi IP trasmessi da una data sorgente, ricevuto da un dato ricevitore ed appartenenti alla medesima applicazione

Integrated Services Architecture (ISA) = estensione della classicaarchitettura Internet (RFC 1633), per supportare funzionalità di QoS

Intserv: architettura per servizi integrati

Prenotazione delle risorse Segnalazione per l’impostazione della

chiamata (RSVP). Caratterizzazione del traffico e

specifica della QoS. Ammissione della chiamata singola.

Meccanismi attuativi di QoS

(es., WFQ)

richiesta/risposta

Advanced IP Architecture

RSVP

Real Time Applications

RTP/RTCP

UDP

Elastic Applications

TCP

IPv4/IPv6

Underlying Data Link Technologies


Service Class:

Specifica il tipo di servizio ricevuto dal flusso

L’architettura IS fornisce tre Service Classes:- best effort delivery- guaranteed service- controlled load service


Guaranteed Service è definita per applicazioni real-time

Guaranteed Service QoS implica:- Larghezza di banda garantita- Ritardo massimo end-to-end prefissato (matematicamente)- Assenza di perdite

Il traffico entrante nel dominio è monitorato (policed):Il traffico non conforme è trattato in modalità best-effort


Controlled Load è definito per traffico real-time, ma conrequisiti sul ritardo meno stringenti

Controlled Load fornisce prestazioni simili a quelle ottenibilimediante il servizio best-effort con rete scarica

Il traffico entrante nel dominio è monitorato (policed):Il traffico non conforme è trattato in modalità best-effort

Reservation Setup Protocol: RSVP

RSVP è un protocollo di segnalazione che coinvolgetrasmsttitore, ricevitore e router del percorso di rete

RSVP usa stati soft:

• Gli stati path e reservation immagazzinati nei routerscadono dopo in certo intervallo di tempo, quindi sedevono essere mantenuto occorre confermarli (refresh)periodicamente; il refresh è realizzato dagli host

Quando un router RSVP riceve il messaggio di PATH:• crea o aggiorna il relativo a stato PATH associato alla sessione,

contenente: Phop (Previous hop), Sender_Tspec and Adspec• Tspec: Ps, rs, max burst size, min policed unit, max packt size• Adspec: Optional (e.g. Min Path Latency, Min Bdw, break bit, Hops, minMTU)

• Re-inizializza il timer associato allo stato PATH (refresh)• Aggiorna i campi Phop and Adspec ed inoltra il mesaggio PATH al

router successivo (eventualmente un router RSVP)

Procedure RSVP :Unicast Reservation

1st step: invio del messaggio PATH downstream

RSVP Enabled Host (SND)

RSVP Enabled Host (RCV)

RSVP Router RSVP Router

PATH

2nd step: messaggio RESV inviato indietro (upstream)

RSVP Enabled Host (SND)

RSVP Enabled Host (RCV)

RSVP Router RSVP Router

RESV

Quando un router RSVP riceve il messaggio RESV:• Legge i campi FlowSpec e Admission Control; se la richiesta è

accettabile è creato uno stato RESV e i campi Packet Classifier ePacket Scheduler sono aggiornati

• Re-inizializza il timer associato allo stato RESV (refresh)• Inoltra il messaggio RESV al nodo a monte (previous) nel percorso,

indicato dal campo Phop

RSVP Procedures:Unicast Reservation

Problemi di Scalabilità di RSVP

Le applicazioni punto-punto narrowband (come la telefonia IP)implicherebbero un elevato overhead di elaborazione nei routeruna notevole quantità di traffico di segnalazione per i refresh.

Esempio:La codifica ADPCM genera flussi vocali di 32 kb/s. Senzaconsiderare altri overhead, una singola interfaccia OC-12 (622Mb/s) nel backbone dovrebbe gestire 20000 flussi, ossia:

• il packet scheduler deve poter gestire 20000 code• 20000 stati devono essere confermati periodicamente

Problemi di Scalabilità di RSVP

Soluzioni:

• Aggregazione dei flussi

• Limitare l’uso di RSVP limited alle reti IP di accesso

• Approccio Differentiated Services (DiffServ) nelbackbone

IETF - servizi differenziati (DiffServ)

Alcune problematiche associate a Intserv: Scalabilità Modelli di servizio flessibili

Approcci DiffServ (DS): Colloca alcune semplici funzionalità nel nucleo della

rete e implementa le operazioni di controllo (più complesse) alla periferia.

DiffServ: Idee di base

DiffServ fornisce la possibilità di specificare la priorità relativa fra i pacchetti

Alcuni dati sono piu’ “importanti” di altri Servizi migliori a pagamento

The real question is to choose which packets shall be dropped. Thefirst definition of differential service is something like "not mine.” -- Christian Huitema

Obiettivi DS

Possibilità di realizzare tariffazione differenziata per servizi differenziati

Introduzione di tecniche leggere e scalabili per differenziare i servizi di rete nel backboneAssenza di stati e/o segnalazione per

flusso Evoluzione encrementaleRealizzazione di un nucleo semplice

iniziale, da espandere in futuro se necessario

Router periferico: Amministrazione del traffico

per flusso.

I pacchetti sono contrassegnati dal profilo di ingresso e dal profilo d’uscita.

Router principale: Amministrazione del traffico

per classe. È basato sulla marcatura del

pacchetto. Preferenza accordata ai

pacchetti in ingresso Inoltro assicurato.

Architettura Diffserv

scheduling

...

r

b

marking

Classificazione e condizionamento del traffico

Classifier MarkerShaper/Dropper

Meter

Campo ToS nell’intestazione IP

<RFC-791>

Historical TOS field (‘81)

Bits 0-2: Precedence.Bit 3: 0 = Normal Delay, 1 = Low Delay.Bits 4: 0 = Normal Throughput, 1 = High Throughput.Bits 5: 0 = Normal Reliability,1 = High Reliability.Bit 6-7: Reserved for Future Use.

0 1 2 3 4 5 6 7+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+| | | | | | || PRECEDENCE | D | T | R | 0 | 0 || | | | | | |+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+

011 - Flash010 - Immediate001 - Priority000 - Routine

Precedence111 - Network Control110 - Internetwork Control101 - CRITIC/ECP100 - Flash Override

Classificazione e condizionamento del traffico Diffserv

I pacchetti sono contrassegnati in base al tipo di servizio (TOS) in IPv4, e in classe di traffico in IPv6.

6 bit sono usati per il DSCP (Differentiated Service Code Point) e determinano il comportamento per-hop (PHB )

2 bit sono al momento inutilizzati.

Comportamento per-hop (PHB)

PHB (per-hop behaviour) fornisce diverse prestazioni a differenti classi di traffico. Le differenze nelle prestazioni devono essere osservabili e misurabili.

PHB definisce diverse prestazioni per le classi, ma non impone alcuna particolare procedura per raggiungerle.

Per Domain Behavior (PHB)

Un dominio DS domain è un insieme contiguo di nodi DS operanti sotto la stessa politica di provisioning e PHB implementati nei nodi Per Domain Behavior (PDB)

DS interior node

DS boundary node

DS boundary

Il campo DS deve essere usato come indice a una tabella I campi DS sono mappati nei PHB disponibili in ogni nodo Un PHB è implementato mediante meccanismi interni al nodo I servizi sono esplicitati da PHB e PDB Si puo’ immaginare come la sovrapposizione di Internet

coesistenti e sovrapposte, ciascuna operante in modalità “best effort”. Dati i diversi livelli di priorità, si puo’ parlare, quindi, di servizi “better-than-best-effort”.

... ma senza GARANZIE!

Controllo di ammissione dinamicoAdmission

ControlServer

ED

ED

ED ED

ED

ED

DS-RDS-R

User flows

SACP protocol

Diff-servcloud

RSVP relationship

R

Host R

RSVP basedaccess

networks

ED: Edge DeviceDS-R Diff-Serv RouterR: RSVP capable router

R

RR

R

Proposte di Livelli di Servizio

Assured Service (1 bit) Premium Service (1 bit) Two-bit Differentiated Services (RFC …)

Assured Service - Dave Clark (MIT)

Allocazione statistica delle risorse Risorse allocate sulla base del comportamento atteso degli

utenti Il traffico conforme (In profile) ha “bassa

probabilità” di perdita. I pacchetti non conformi (Out of profile) sono

trattati in modalità best-effort.

Definisce un servizio “better than best-effort”

Assured Service

Assured Service

Drop if congested

Congested

Uncongested

Premium Service - Van Jacobson (LBL)

Allocazione delle risorse conservativa In accordo al picco dei profili di traffico

Sagomatura ai bordi per eliminare i picchi di traffico I pacchetti non conformi (Out of profile) sono

scartati.

Definisce una “virtual leased line”: banda di picco prefissata e disponibile se necassaria.

Premium Service

Fixed Bandwidth

Drop always

Two-bit Differentiated Services

Combina i servizi Assured e Premium I servizi Assured e Premium sono realizzati mediante

meccanismi simili Premium service, indicato dal P-bit Assured service, indicato dal A-bit

Si possono considerare elementi di base per creare diversi servizi

Funzionalità del Two-Bit Border Router

Packet InputWait for

tokenData Queue

Packet OutputSetP-bit

Packet Input Test if token Packet OutputSet

A-bitData Queue

No token

Token

Premium Service

Assured Service

TokenBucket

TokenBucket

Funzionalità del Two-bit Internal Router

P-bit set?

Packets In

Low Priority Queue

High Priority Queue

If A-bit set,a_cnt++

No

Yes

RIO In/OutQueue Management

If A-bit set,a_cnt- -

Packets Out

Regione DiffServ

Una regione DS è un insieme di uno o più domini DS contigui. I domini DS in una regione DS possono avere diversi PHB e

campi DS -> PHB mappings SLA (Service Level Agreement):

Un contratto di servizio fra un utente e un service provider che specifica il servizio di inoltro (forwarding service) che l’utente dovrà ricevere.

L’utente può essere una organizzazione (source domain) o un altro dominio DS (upstream domain)

DS domain “B”DS domain “A”

<-SLA->User

<-SLA->

Regione DiffServ

Gli SLA possono essere sia statici sia dinamci Possono essere rinegoziati periodicamente (giorni… settimane …) Possono specificare un servizio tempo variante (time of day) Gli SLA dinaminci possono variare frequentemente, ad esempio al

variare del traffico offerto o modifiche nelle strategie di tariffazione dei provider

Gli SLA dinaminci possono variare senza l’intervento umano. Richiedono quindi degli agenti e dei protocolli in grado di agire autonomamente (e.g. “Bandwidth Broker”)

Si suggerisce che gli SLA facciano riferimento solo agli aggregati di traffico, e non ai flussi individuali.

Commento …

… l’approccio basato sulla forza bruta, ossia sul sovradimensionamento delle risorse di rete ha ancora consensi…



“Label Substitution” cos’è?

•BROADCAST: andare ovunque e fermarsi quando si è arrivati a B, senza chiedere informazioni.

•HOP BY HOP ROUTING: chiedere continuamente cosa si trova più vicino a B, andarci e ripetere la cosa fin quando si arriva a B.

“Per andare a B? Dovresti raggiungere X, che si trova sulla strada”.

•SOURCE ROUTING: chiedere una lista (da portarsi dietro) di posti da raggiungere per arrivare a B.

“Per andare a B? Vai avanti per 5 isolati, girare a sinistra, procedere per altri 6 isolati, girare a destra al semaforo…”

Ci sono molto modi per andare da A a B:

Label Substitution

Si supponga di avere un aiutante che ci precede verso B usando una delle prime due tecniche precedenti. Per ogni strada riserva una corsia. Ad ogni incrocio lascia un’indicazione chiara sulla direzione da prendere e sulla corsia riservata.

LANE#1

LANE#2

LANE#1 TURN RIGHT USE LANE#2

Idea di base

MPLS è un modello ibrido adottato da IETF che incorpora le caratteristiche migliori delle trasmissioni a circuito e a pacchetto (o cella).

Forwarding:Label Swapping

Control:

IP Router Software

Control:

IP Router Software

Forwarding:Longest-match Lookup

Control:

ATM Forum Software

Forwarding:Label Swapping

IP Router MPLS ATM Switch

Idea di base (Cont.) I pacchetti sono commutati (switched), non instradati (routed), sulla

base di etichiette (label) Le label sono inserite nell’intestazione del pacchetto Operazioni di base:

L’ Ingress LER (Label Edge Router) inserisce (push) una label davanti all’header IP

L’ LSR (Label Switch Router) sostituisce la label (swapping) L’ Egress LER rimuove (pop) la label

La chiave di funzionamento è la costruzione della forwarding table Protocolli di routing Link state

• Scambio di informazioni fra i nodi sulla topologia della rete• Es. OSPF-TE

Protocolli di segnalazione e di distribuzione delle label• Set up LSPs (Label Switched Path)• LDP, RSVP-TE, CR-LDP

Una label può essere nota con un nome diverso ...

• ATM – la label è nota come VPI/VCI, ed è presente nella calla.

• TDM – la label è nota come timeslot its implied.

• WDM – la label è nota come lunghezza d’onda

Terminologia MPLS

LDP: Label Distribution Protocol

LSP: Label Switched Path

FEC: Forwarding Equivalence Class LSR: Label Switching Router LER: Label Edge Router (Useful term not in

standards)

CR: Constraint Routing

Funzionamento MPLS1a. Protocolli di routing (es. OSPF-TE, IS-IS-TE) scambio di informazione sulla raggiungibilità delle reti

1b. Label Distribution Protocol (LDP) Realizza il mappaggio delle label fino alla destinazione

2. L’ Ingress LER riceve i pacchetti e li etichetta

IP

3. L’LSR inoltra i pacchetti e sostituisce le label

4. L’LER rimuove le label dai pacchetti uscenti e li inoltra

IP

Caratterisctiche essenziali Label swapping:

La commutazione è più veloce del routing Separazione dei piani di utente e di controllo Gerarchia di reti realizzabile mediante label stacking

Migliora la scalabilità Realizzabilità di instradamento vincolato

Traffic Engineering Fast reroute

Facile realizzabilità di virtual private networks (VPNs) Possibilità di introdurre classi di servizio

Opportunità di mappare il campo DiffServ sulle label MPLS

ROUTING AI BORDI, SWITCHING NEL CORE

IP ForwardingLABEL SWITCHING

Impossibile v isualizzare l'immagine. La memoria del computer potrebbe essere insufficiente per aprire l'immagine oppure l'immagine potrebbe essere danneggiata. Riavviare il computer e aprire di nuovo il file. Se viene visualizzata di nuovo la x rossa, potrebbe essere necessario eliminare l'immagine e inserirla di nuovo.


IP Forwarding

IP IP #L1 IP #L2 IP #L3 IP

Forwarding Equivalence Class

• FEC = “Un sottinsieme di pacchetti trattati nello stesso modo dal router”• Il concetto di FECs introduce flessibilità e scalabilità• Nel routing convenzionale, ad ogni salto un pacchetto è assegnato a una FEC (es. L3 look-up); in MPLS questo è fatto una sola volta all’ingresso della rete

I pacchetti sono destinati a doverso prefissi di rete, ma possono essere mappati su un percorso comune.



IP1

IP2

IP1

IP2

LSRLSRLER LER

LSP

IP1 #L1

IP2 #L1

IP1 #L2

IP2 #L2

IP1 #L3

IP2 #L3

MPLS FA USO DI IP STANDARD

47.1

47.247.3

D e s t O u t4 7 . 1 14 7 . 2 24 7 . 3 3

1

23

D e s t O u t4 7 .1 14 7 .2 24 7 .3 3

D e s t O u t4 7 .1 14 7 .2 24 7 .3 3

1

23

1

2

3

• Destination based forwarding tables as built by OSPF, IS-IS, RIP, etc.

L’ IP FORWARDING E’ USATO COME CONTROLLO HOP-BY-HOP

47.1

47.247.3

IP 47.1.1.1

D e s t O u t4 7 .1 14 7 .2 24 7 .3 3

1

23

D e s t O u t4 7 . 1 14 7 . 2 24 7 . 3 3

1

2

1

2

3

IP 47.1.1.1

IP 47.1.1.1IP 47.1.1.1

D e s t O u t4 7 . 1 14 7 . 2 24 7 . 3 3

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

3 0.40 47.1 1

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

LabelOut

3 0.50 47.1 1 0.40

MPLS Label Distribution

47.1

47.247.3

1

2

31

2

1

23

3IntfIn

Dest IntfOut

LabelOut

3 47.1 1 0.50 Mapping: 0.40

Request: 47.1

Label Switched Path (LSP)

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

3 0.40 47.1 1

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

LabelOut

3 0.50 47.1 1 0.40

47.1

47.247.3

1

2

31

2

1

23

3IntfIn

Dest IntfOut

LabelOut

3 47.1 1 0.50

IP 47.1.1.1

IP 47.1.1.1

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

3 0.40 47.1 1

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

LabelOut

3 0.50 47.1 1 0.40

47.1

47.247.3

12

3 1

2

1

23

3

In tfIn

D e s t In t fO u t

L a b e lO u t

3 4 7 .1 .1 2 1 .3 33 4 7 .1 1 0 .5 0

IP 47.1.1.1

IP 47.1.1.1

EXPLICITLY ROUTED-LSP

Vantaggi dell’ER LSP

•Flessibilità di routing per l’operatore (policy-based, QoS-based), eventualmente diverso dallo shortest path

•Possibilità di realizzare traffic engineering

Documents

reti multimediali.ppt [modalità compatibilità]conan.diei.unipg.it/RCM/lucidiRCM/reti multimediali.pdf · 2010. 3. 16. · Reti multimediali Reti di calcolatori e Internet: Un approccio