Vorlesung VPN: Drahtgebunden und drahtlos Fachbereich Informatik (FB 20) Lehrstuhl Prof. J. Buchmann

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1 Vorlesung VPN: Drahtgebunden und drahtlos Fachbereich Informatik (FB 20) Lehrstuhl Prof. J. Buchmann WS-05 / vv In Zusammenarbeit mit dem CAST-Forum Dr. Wolfgang Böhmer Skript: wboehmer@cdc.informatik.tu-darmstadt.de

2 QoS und VPN-Anforderungen in WANs QoS in IP Netzen Dienstgüten (Cos) und (QoS) in IP-Netzen Integrierte Dienste und differenzierte Dienste Das Warteschlangenproblem Routing und Switching / ein Vergleich Das Ende der Flexibilität oder das N2-Problem Route at the edge schwitch at the Core / Hybride Netzestrukturen Multi-Protocol Label Switching (MPLS) Label distribution Label switched Path Folie 2 / 21

3 Dienstgüte (Cos) und (QoS) in IP-Netzen Quality-of-Service (QoS) Dienstgüten für eine einzelne Session, wie Latenzzeit, Jitter, Paketverlustrate Class-of-Service (CoS) gleichartige Datenströme werden in eine Klasse zusammengefaßt Dienstklasse setzt sich aus Untergruppen von Dienstgüte-Parameter zusammen Eigenschaften der Klassen stehen im direkten Verhältnis zu den Anwendungen Economy Class Business Class First Class Folie 3 / 21

4 Dienstgüte (QoS) Alle Verfahren/Techniken die den Datenfluß im LAN/WAN so beeinflussen, dass ein Dienst mit einer festgelegten Qualität beim Empfänger ankommt. Charakterisierung eines Dienstes der beim Nutzer unmittelbar sichtbar wird Qualität der Dienste wird an bestimmten Parametern gemessen Im Fall eines Netz- bzw. VPN-Outsourcing können diese mit Service-Vereinbarungen gekoppelt werden Folie 4 / 21

5 Definitionsschwächen in der Dienstgüte Nachteil: Es gibt keine allgemeingültige Definition der Dienstgüte ITU-T favorisiert ein hierarchisches Model, das ATM als Basistechnik voraussetzt und drei Dienstklassen definiert ABT, DBR, SBR. ATM-Technik verknüpft die Dienstgüte mit Service-Parameter einer virtuellen Verbindung IETF hält für Echtzeitanforderungen mehrere Ansätze parat. In IPv6 Neudefinition des Flow-Label- Field, Priorisierung des Datenverkehrs mit DiffServ und Bandbreitenreservierung mit IntServ. MPLS zur Priorisierung OSI-Referenzmodell definiert Dienste, die von der Vermittlungsschicht an die übergeordnete Transportschicht angeboten werden. Beim Verbindungsaufbau werden gleichzeitig Dienstgüteparameter vereinbart Ergebnis: In der Praxis wird QoS durch proprietäre Lösungen bestimmt Keine herstellerübergreifende Lösung in Sichtweite Folie 5 / 21

6 Typische Dienstgüteparameter Bandbreite: minimale, mittlere, maximale Verzögerung: inklusive der mit Jitter bezeichneten zeitlichen Schwankungen Zuverlässigkeit: gegenüber Ausfällen, Störungen und Übertragungsfehlern Verfügbarkeit: Bit- und Paketfehlerraten Allerdings dürfen durch QoS-Parameter andere Dienste nicht betroffen sein. Erforderlich sind QoS-Kontrollmaßnahmen RFC-1633 schlägt eine individuelle Behandlung und Kontrolle von Verkehrsflüssen nicht nur Ende-zu-Ende sondern auch bei Vermittlungsknoten vor. Priorisierung mittels Reservierung durch Zugangskontrolle und Signalisierung Granulierung der Dienstklassen kontra Verkehrsflüsse und Verbindungen Folie 6 / 21

7 Integrierte und differenzierte Dienste (RSVP) RSVP ist ein Signalisierungsprotokoll und kein Routing-Protokoll (RFC-2205 bis 2210) Idee baut auf eine Reihe von Kontrollmechanismen auf. Ziel: gerechte Ressourcenaufteilung Zulassungskontrolle Reservierung in der Puffer-Bearbeitung bei Vermittlungsknoten Es werden neben der regulären best-effort Klasse drei weitere eingeführt Hard Realtime Delay Adaptive Elastic Applikations Folie 7 / 21

8 Beispiel: Realtime Varianten Folie 8 / 21

9 RSVP in der Anwendung Router-1 tauscht die IP-Adresse im last-hop-field mit eigener aus. Speichert aber die IP-Adresse des Senders Router-2 tauscht die IP-Adresse im last-hop-field mit eigener aus. Speichert aber die IP-Adresse des Router-1 Router-5 tauscht die IP-Adresse im last-hop-field mit eigener aus. Speichert aber die IP-Adresse des Router-4 Path Path 2 RSV Path Path Sender Router-4 tauscht die IP-Adresse im last-hop-field mit eigener aus. Speichert aber die IP-Adresse des Router-2 RSV RSV 6 5 RSV Empfänger Folie 9 / 21

10 RSVP in der Anwendung Sender Path Router-4 tauscht die IP-Adresse im last-hop-field mit eigener aus. Speichert aber die IP-Adresse des Router-2 Router-1 tauscht die IP-Adresse im last-hop-field mit eigener aus. Speichert aber die IP-Adresse des Senders RSV 1 Path Router-2 tauscht die IP-Adresse im last-hop-field mit eigener aus. Speichert aber die IP-Adresse des RSV-Message Router-1 Wegebestimmung und QoS Class RSV 3 Data 2 4 Flow Descriptor Filter- Spec. Packet Classifier Path RSV 6 Router-5 tauscht Router die IP-Adresse im last-hop-field mit eigener aus. Speichert RSV-Message aber die IP-Adresse des Router-4 Application Authority? Flow- Spec. Routing Ressources? Packet Scheduler Path 5 RSV Policy Control Admission Control Data Empfänger Priorisierung und Weiterleitung Folie 10 / 21

11 Differenzierte Dienste (DiffServ) Klasseneinteilung in unterschiedliche Gruppen jeglicher Verkehr muss seiner Gruppenzugehörigkeit eingeordnet werden Re-definition des Servicetype-Feld (TOS) im IPv4 Header 64 Serviceklassen wurden definiert bezogen auf 3 Kategorien (PHB) jede Klasse ist mit einem anderen Verhalten der Router gekoppelt DiffServ definiert 3 PHB-Service-Level: DSCP DS-Field CU (EF) Expedited Forwarding (101100) (DF) Default Forwarding (000000) (AF) Assured Forwarding Folie 11 / 21

12 DiffServ in der Anwendung (Per-Hop-Behavoirs) Datenströme werden zu Aggregates zusammengefasst Nicht jeder Datenfluss muss verwaltet werden (anders als bei InteServ) Daten folgen einem Domain-Konzept. Zuordnung erfolgt über das DSCP-Feld DiffServ erwartet von einem Router eine Warteschlangen Behandlung und Management zur Priorisierung der Pakete Paketbehandlung wird durch das DSCP-Feld gesteuert. Stark abhängig von der Router-kapazität und Konfigurierung Der einkommende Datenstrom wird am Ingress-Router in "Aggregates" aufgeteilt. Sender Empfänger Interne Systeme verarbeiten Pakete anhand der "Per-Hop- Behavoirs", die von den Zugangs-systemen definiert sind. Folie 12 / 21

13 Warteschlangenverhalten (ungewichtet) Folie 13 / 21

14 DiffServ: Warteschlangenverhalten Warteschlangen interpretieren das DS-Feld im IP-Header Unterschiedliche Ansätze eines Warteschlangenverhaltens (Queue, Priorität) Strict priority queuing (PQ) Weighted fair queuing (WFQ) Class-based queuing (CBQ) Weight round robin (WRR) 1036 SNMP 161 Queue 7 (höchste Priorität) Queue 6 Queue SAP/R3 SAP/R SNMP HTTP 80 HTTP 80 PORT Queue 4 Queue 3 Queue 2 Queue 1 (niedriegste Priorität) 30% mittlere Priorität (MP) 10% Kontrollinformationen (KI) PORT NP HP MP MP 10% niedrige Priorität (NP) 50% hohe Priorität (HP) HP HP HP Folie 14 / 21

15 Routing und Switching A C Weiterleitungsmechanismus wird durch hop-by-hop bestimmt. Netztopologie wird z.b. mit OSPF erreicht. Zeitraubender Prozess auf Layer-3 den nächsten hop zu bestimmen. D Eingangsbereich (Edge) C B Label-Swapping Technologie einfach und in Hardware abbildbar. A Verkehrssteuerung über definierte Wege erleichtert Netzwerkmanagement. Im Core-Bereich wird typischerweise geswitcht. B Kernbereich (Core) D Folie 15 / 21

16 Das N2-Problem bei Virtual Circuits (VC) A VC C VC = n (n-1) / 2 VC Beispiel: 1.) n = 4 -> VC = 6 B VC ATM Netzwerk D 2.) n = 5 -> VC =? Folie 16 / 21

17 MPLS als Königsweg Route at the edge, switch at the core PACKET ROUTING HYBRID CIRCUIT SWITCHING IP MPLS +IP ATM MPLS + IP kombiniert das Beste von IP- und das von der Circuit Switching Technologies. ATM und Frame Relay sind nicht so einfach in der Lage gleiches wie MPLS für IP zu bieten. Folie 17 / 21

18 MPLS Label Distribution Intf Dest Intf Label In Out Out Intf Label Dest Intf Label In In Out Out Request: Mapping: Request: 47.1 Mapping: 0.40 Intf Label Dest Intf In In Out Folie 18 / 21

19 Label Switched Path (LSP) Intf Label Dest Intf Label In In Out Out Intf Label Dest Intf In In Out Intf Dest Intf Label In Out Out IP IP Folie 19 / 21

20 Übungsaufgabe 1. Was wird bei der MPLS-Technologie benötigt, um QoS umsetzen zu können? Nicht gemeint ist in diesem Zusammenhang (RSVP-TE, LSP) 2. Warum wird in MPLS-Domains kein Diff-Serv bzw. IntServ benötigt? 3. Gibt es auch QoS Ansätze auf Layer 2 im LAN? (falls ja, welche?) 4. Was wird unter Dienstgüten verstanden, und wozu werden diese benötigt? 5. Welche Anforderungen sind bei Voice-over-IP (VoIP) zu stellen? 6. Welche(s) Protokoll(e) wird/werden für VoIP eingesetzt? Folie 20 / 21

21 Literatur Huston G.: Internet Performance Survival Guide, QoS Strategies for Multiservice Networks, ISBN Comer, 1995: Internetworking with TCP/IP Vol. I., ISBN Hein, M. et al.: Voice over IP, Franzis Verlag GmbH, Poing, 2002, ISBN Folie 21 / 21