NGN-QoS in Theorie und Praxis

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1 NGN-QoS in Theorie und Praxis 6. Fachtagung ITG-FA 5.2 Zukunft der Netze Bremen 2006 Prof. Dr. Eckhart Koerner Institut für Softwaretechnik und Datenkommunikation (SWT) Michael Trinkwalter NetManagement Center Bamberg Thomas Martin Knoll Professur Daten- und Kommunikationstechnik Telefon

2 Motivation & Gliederung 1. Technische Voraussetzungen für QoS in NGN 2. Praktische Umsetzung anhand implementierter QoS-Architektur 3. Dienstgüteüberwachung und Erfahrungen beim Performancemanagement in bestehenden Paketnetzen 2 / 20

3 Ausgangssituation Signal- und Datenübertragung über Paketnetze Over-provisioning + UDP priorisiert sich selbst! fragwürdig best effort -Übermittlungsdienst zukünftig nicht ausreichend Reservierungsverfahren geeignet komplex / kostspielig Priorisierung im Zugangsnetz derzeit Mittel der Wahl Erzielte Dienstgüte schwank und muß (permanent) überprüft werden Wunsch nach permanenter Netzüberwachung hinsichtlich erreichter Dienstgüten Engpässe/Fehlkonfigurationen frühzeitig erkennen Nachweis gebotener Dienstqualität 3 / 20

4 Voice over IP im LAN / WAN Backup- Transitnetz L2 L3 Transitnetz L3 Router L2 Switch VoIP Endgerät Gateway Router DiffServ / MPLS-TE Übergang ins PSTN 4 / 20

5 QoS-Signalisierung (L2-/L3-Priorisierung) IP-QoS-Signalisierung als IP Precedence [RFC791], Type Of Service (TOS) [RFC1812] oder Differentiated Services Code Point (DSCP) [RFC2474]+[RFC2475] IP de facto immer in Ethernet-Rahmen IP-Signalisierung auf Ebene 2 nicht sichtbar IEEE Rahmenformat enthält keine QoS-Signalisierung Tag -Erweiterung IEEE 802.1Q 3 Prioritätsbits nicht def. IEEE 802.1p = UP/PCP-Bitdefinition jetzt in IEEE 802.1D 5 / 20

6 QoS-Signalisierung (L2-Priorisierung) Ethernet-Rahmen + VLAN-Tag Bytes DA SA T/L DATA PAD FCS Bytes DA SA TPI = 8100 VLAN TCI T/L DATA PAD FCS TPI VLAN TCI Tag Protocol Identifier VLAN Tag Control Information 3 User Priority Priority Code Point 1 CFI 12 VID VLAN Identifier Bits VLAN-tagged frame: VLAN identification and Priority information Priority-tagged frame: Priority information and no VLAN identification information 6 / 20

7 QoS-Signalisierung (L3-Priorisierung) IP-Priorisierung DSCP - Kodierung Default PHB: Class-Selector PHB: xxx000 Assured Forwarding PHB: Binary Class Encoding XYZab0 Drop Precedence always 0 Expedited Forwarding PHB: DS-Field (placed in IPv6 Traffic Class or redefines IPv4 ToS field) DSCP Class Selector Codepoints Differentiated Services Codepoint RFC 2474 CU Curently Unused OR ECN 111 Network Control 110 Internetwork Ctl 101 Critical 100 Flash Override 011 Flash 010 Immediate 001 Priority 000 Routine IPv4 ToS-Field Precedence ToS 0 RFC 1122 D T R M RFC 1349 IP Type of Service RFC 791 must be 0 7 / 20

8 QoS-Signalisierung (incl. MPLS (WAN)-Transit) Abbildung der IP-Priorisierung derzeit übliches Vorgehen: Class Selector 3 Bit ( 8 Klassen ) DS-Field DSCP CU E-LSPs 4 Byte Class Selector Codepoints Crrently Unused Label Exp. S TTL MPLS Label Stack Format Differentiated Services Codepoint RFC Bytes DA SA TPI = 8100 VLAN TCI T/L DATA PAD FCS TPI VLAN TCI Tag Protocol Identifier VLAN Tag Control Information 3 Bit User Priority 8 / 20

9 Practical Approach to SIP, QoS and AAA Integration Entwurf und Implementierung einer integrierten QoS Kommunikationsarchitektur mittels: * 1. Session Initiation Protocol (SIP), Sitzungsverwaltung 2. Priority Promotion Scheme (PPS), Ende-zu-Ende-Test 3. NSIS QoS Signalisierung, QoS Anforderung 4. Authentication, Authorization, Accounting (AAA)* und Mißbrauch 5. Common Open Policy Service (COPS). * Ziel ist der Aufbau authentifizierter & privilegierter Kommunikationspfade mit geprüfter Qualität für berechtigte Kommunikationspartner. Als skalierbare Lösung zur Erhöhung der Dienstqualität wird im Zugangsnetz eine Verkehrspriorisierung verwendet. 9 / 20

10 Priority Promotion Scheme (PPS) DiffServ-kompatibler Ende-zu-Ende-Test auf QoS Parameter. Testpakete, priorisierte Nutzpakete und Standardverkehr werden durch verschiedene DiffServ-Klassen unterschieden. PPS Traffic Maximum admitted PPS Traffic Rate P 6 PPS Admission Limit Rate P 4 P 3 A 3 P 5 A 5 A 3 P 7 P 2 A 2 P 1 A 1 P: Probing Packets A: Admitted Packets Time 10 / 20

11 Next Steps in Signalling (NSIS) - QoS zweigeteilte generische Signalisierungsarchitektur mit speziellem QoS NSLP zur Ressourcen-Reservierung QoS NSLP Next-hop Discovery Client Client Layer (NSLP) Signalling Message Transport Transport Protocol (e.g. TCP) Messaging Layer (NTLP) NSIS QNI Message Response NSIS QNE Message Response NSIS QNR 11 / 20

12 SIP & QoS & AAA - Demonstration 12 / 20

13 Durchsatz am Access Router Ausgang Typ DSCP Marker Description A/V Call 48 (30h / b) a) + b) PPS Probing probing c) + d) Audio/Video call A/V Call 46 (2eh / b) Video/Audio e) + f) admitted = EF streaming g) Hang-up Video of call 16 (10h / b) streaming h) End of streaming best effort 00h 13 / 20

14 Dienstgüteüberwachung / Performancemanagement MOS 3,9 3,9+4,0+4,1+4,0 4 DSL MOS 4,0 = 4,0 IP- Net Keine Mittelwertbildung (mit/ohne Korrekturfaktoren) oder??? in Paketnetzen! Hörproben sind bislang bestes Meßverfahren für Sprachqualität und -verständlichkeit MOS 4,1 3,9+4,0+4,1+4,0 4 Call Control IP- Net MOS 4,0 = 3,9 3,5 x?? DSL 14 / 20

15 Meßvarianten 1. Einmalige Messung mit Testverkehr aktiv 2. Permanente Messung (Monitoring) mit Testverkehr passiv 3. Permanente Messung (Monitoring) am Nutzdatenstrom innerhalb Netzknoten (z.b. Ausgangsrouter) 4. Permanente Messung (Monitoring) am Nutzdatenstrom innerhalb Endgerät Meßverfahren: ITU P.862, TOSQA, und IP Performance Metrics (ippm) WG 15 / 20

16 Problemstellungen aktiv 1. Zusätzlicher Testverkehr nur Stichproben-Charakter 2. PESQ und TOSQA sind übliche Meßmodelle, die jedoch paketnetztypische Parameter, z.b. Delay, nicht (ausreichend) würdigen. (Video-Messung mittels PEVQ, VQEG, IRT) 3. Keinen Hinweis auf Ort / Ursache einer Qualitätsabweichung passiv 4. Hohes Datenaufkommen + Echtzeitverarbeitung 5. Pakettransport-Parameter vs. Dienstqualität! 6. ITU G.107 (E-Model/R-Faktor MOS) für Planung entwickelt 7. ITU P.563 3SQM Single Sided Speech Quality Measure = beste technische Nachbildung von VOICE 8. Fehlersuche Wahl des Abtastpunktes 16 / 20

17 Lösungsansätze Aktive Messungen zur offline Abschätzung der Netzqualität Kombination von aktiven & passiven Meßverfahren im Betrieb Aufbau / Aufschalten von Teststellungen, um Kundensituation am realen Beispiel nachzuvollziehen Grenzen Vereinbarung von Mindest-Qualitätsstandards zwischen den Netzbetreibern Interworking bei QoS-Diensten Ermitteln des Schuldigen bei Qualitätsabweichungen 17 / 20

18 E2E QoS: Voice over IP SIP / RTP Pfade SIP Proxy / SIP Registrar Backup- Transitnetz L2 L3 Transitnetz RTP-Strom z.b. CS 5 SIP Nachrichten INVITE etc. z.b. CS 3 DiffServ Router 802.1Q/D Switch VoIP Endgerät Beste Meßpunkte für E2E QoS sind die Endsysteme 18 / 20

19 RAQMON Real-time Application Quality of Service Monitoring IP End Device IP End Device Device State Specific Metrics APPLICATION -Voice over IP -Instant Messaging - APPLICATION -Voice over IP -Instant Messaging - Communication Session between realtime applications Einbeziehung des Endgeräte-Status (RDS) Configured Protocol & IP & Port RAQMON Report Collector (RRC) #n RAQMON Data Source RAQMON Report Collector (RRC) #1 TCP connection SNMP Notification RTCP RAQMON MIB = extended RMON MIB Context-Sensitive Metrics Vorteile der Endsystem-Erfassung: Messung mit verschlüsselten Daten & Signalisierung Korrelation aller ausgehenden und eingehenden Protokollströme Metric Reports using RAQMON PDUs hervorragend für LI nutzbar SNMP Transport Protocol Agnostic Monitoring Device Management Application RAQMON Manager 19 / 20

20 Zusammenfassung Priorisierung im Zugangsnetz ist wirkungsvoll und sowohl komfortabel als auch skalierbar implementierbar Gestiegener Bedarf an Dienstgüteüberwachung Keine Kumulierung von Teilergebnissen möglich Herkömmliche Meßverfahren in der Praxis als Kombination von aktiven und passiven Verfahren einsetzbar E2E-Qos-Meßwerterfassung idealerweise in den Endgeräten integriert Idee: Endgeräte-Emulation im Zugangsrouter bei Punkt-zu- Punkt-Anschlüssen 20 / 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

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