Entwurf und simulative Bewertung eines Verfahrens zur Behandlung von Engpässen in Bandwidth-Broker-gesteuerten DiffServ- Netzwerken

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1 Einleitungsvortrag zur Diplomarbeit: Entwurf und simulative Bewertung eines Verfahrens zur Behandlung von Engpässen in Bandwidth-Broker-gesteuerten DiffServ- Netzwerken --- Bernd Wollersheim Diplomarbeit - BB, Seite 1

2 Gliederung Einleitung Differentiated Services Architektur Bandwidth Broker Coral Server Aufgaben und Ziele der Diplomarbeit Problemstellung Vorgehensweise zur Lösung der Probleme Zeitplan Diplomarbeit - BB, Seite 2

3 DiffServ-Architektur Differentiated Services Architektur DiffServ-Codepoint (DSCP) IPv4-TOS-Feld IPv6-Class-Feld Für Pakete werden bestimmte Behandlungsregeln definiert (PHB) Pakete werden in unterschiedliche Quality of Service (QoS) Klassen eingestuft Besser skalierbar als IntServ Statische Service Level Agreements (SLA) Festlegung der unterstützten Service-Klassen und des Verkehrs pro Klasse zwischen User und ISP zwischen zwei ISP Keine Reaktion auf dynamische Anforderungen der User möglich RFC 2638: Einführung eines Agenten, der die Ressourcen einer DiffServ-Domäne kontrolliert: Bandwidth Broker (BB) Diplomarbeit - BB, Seite 3

4 Bandwidth-Broker Admission Control Server mit folgenden Funktionen: Verwaltung und Protokollierung der Ressourcen einer DiffServ- Domäne Behandlung von Reservierungsanfragen aus der eigenen und aus benachbarten BB-Domänen application server user/host network operator adjacent BB User/App Iface Data Store Inter-Domain simple policy services Intra-Domain PM iface NMS iface routing info adjacent BB Konfiguration der DiffServ- Parameter in den Routern seiner Domäne edge router(s) edge router(s) (Quelle: Qbone BB Advisory Council Diplomarbeit - BB, Seite 4

5 Intra-Domain-Kommunikation in DiffServ-Netzwerken Diplomarbeit - BB, Seite 5

6 Bandwidth-Broker Ein BB kommuniziert nur mit Agenten in seiner Domäne benachbarten BB Ein BB handelt dynamisch SLAs aus Mehr Bandbreite für eine bestehende DiffServ-Klasse Freigeben von Bandbreite einer DiffServ-Klasse (Soft State) Bilden neuer Klassen in einem SLA Ein BB erhält in den zu untersuchenden Szenarien keine Zieladressen von Strömen, für die er Reservierungsanfragen bearbeitet Verwaltung einer Matrix D Element d ij gibt die Wahrscheinlichkeit an, daß der Strom, der an Router i ankommt, das ISP über Router j verläßt Entscheidungen über Resource Allocation Requests (RAR) werden aufgrund dieser Wahrscheinlichkeiten getroffen Diplomarbeit - BB, Seite 6

7 BB-Signalling Ende-zu-Ende Benachrichtigung Host Network ISP A ISP B ISP C DiffServ Data SLA 1Mbps SLA 1Mbps SLA 500 Kbps 1 Mbps Bandwidth Broker (BB) BB BB Ende-zu-Ende Benachrichtigung Zieladressen der Ströme sind dem BB bekannt garantierte Ende-zu-Ende QoS schlecht skalierbar wie bei IntServ für das hier zu betrachtende Client-Server-Szenario nicht sinnvoll Diplomarbeit - BB, Seite 7

8 BB-Signalling RAR 1 Mbps von/nach R1 R2 R3 R1-25% 75% Adaptive Reservierung mit Matrixverwaltung SLA 300Kbps BB 360 Kbps BB Inter-Domain BB Kommunikation Host Network R1 R2 ISP A ISP B ISP C R3 C1 DiffServ-Data C2 ISP D C3 Adaptive Reservierung Zieladressen der Ströme sind dem BB nicht bekannt keine garantierte Ende-zu-Ende QoS wird eine Klasse des SLA bis zu einem bestimmten Schwellwert ausgenutzt, wird die Bandbreite für die Klasse um 20% erhöht Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird die adaptive Reservierung verwendet Diplomarbeit - BB, Seite 8

9 Coral-Projekt Communication Protocols for Realtime Access to digital Libraries Übertragung von Multimedia-Daten von einem Server an mehrere Clients Ein QoS-Manager reserviert für DiffServ-Klassen Bandbreite Verfügbare Netzwerk-Ressourcen werden den aktiven Multimedia-Strömen zugeordnet Qualität einzelner Ströme werden gemäß den Abhängigkeiten zwischen allen Strömen angepaßt QoS-Manager skaliert Multimedia-Ströme Neuverteilung zwischen Strömen und DiffServ-Klassen geschieht in regelmäßigen Abständen und bei zu großen Paketverlusten Durch den QoS-Algorithmus kann der Coral Server (CS) eine möglichst große durchschnittliche relative QoS erreichen Diplomarbeit - BB, Seite 9

10 Szenario eines DiffServ-Netzwerks mit Engpaß background traffic ISP B ISP D Client 1 ISP A "Engpaß" CS BB BB Client 2 BB ISP C Inter-Domain-Kommunikation der Bandwidth-Broker Client 3 BB Engpässe in weiter entfernten DiffServ-Domänen erkennt der BB des Coral-Servers nicht Coral Server kennt nur das SLA zu seinem BB BB kommuniziert nur mit benachbarten BB Diplomarbeit - BB, Seite 10

11 Problembeschreibung Mögliches Verhalten des QoS-Managers bei einem Szenario mit Engpaß QoS-Manager erkennt Paketverluste Erhöhung des SLA BB entscheidet über Erhöhung anhand der Werte in der Matrix Weitere Paketverluste treten auf Erhöhung kann für bestimmte Clients keinen Effekt haben (Engpaß) QoS-Manager kann den Strom, der durch einen Engpaß muß, nicht identifizieren Diplomarbeit - BB, Seite 11

12 Problembeschreibung Engpässe können aus unterschiedlichen Gründen auftreten Background traffic, der das SLA auslastet Wegen endlichen Ressourcen ist eine Erhöhung des SLA nicht immer möglich Zwischen zwei ISP kann ein statisches SLA bestehen, so daß die BB das SLA nicht erhöhen können Diplomarbeit - BB, Seite 12

13 Ziele der Diplomarbeit Ziel der Diplomarbeit ist die Beantwortung folgender Fragen: Wie reagieren BB und QoS-Manager auf solche Engpässe? Wie kann der QoS-Manager die Ströme identifizieren, bei denen es zu Paketverlusten kommt? Welche Strategien im QoS-Algorithmus bzw. im BB-Algorithmus minimieren solche Paketverluste? Entwicklung eines Konzepts zur Beantwortung dieser Fragen und Umsetzung im Netzwerksimulator ns2 Diplomarbeit - BB, Seite 13

14 Vorgehensweise bei der Diplomarbeit Erstellung eines BB-Agenten im Netzwerksimulator ns2 in Zusammenarbeit mit Waldemar Radi Szenarien sollen erstellt und in ns2 simuliert werden Wie reagieren QoS-Manager und BB auf Engpässe? Wie wirken sich die Engpässe aus? Entwurf eines Konzepts Entwicklung eines Verfahrens, wie der Strom, der durch einen Engpaß muß, identifiziert wird Entwicklung von Strategien im QoS-Manager und/oder im BB-Algorithmus zur Minimierung der Paketverluste Anwendung des Konzepts in den entwickelten Szenarien in ns2 Untersuchung der Auswirkungen dieses Konzepts durch Simulationen in ns2 Diplomarbeit - BB, Seite 14

15 Zeitplan der Diplomarbeit Einarbeitung in ns2 und in CS Entwicklung eines BB- Agenten in ns2 Erstellung von Szenarien Entwurf eines Konzepts Verfahren zur Ermittlung des Stroms, der durch einen Engpaß muß Modifikation QoS- Manager/ BB- Algorithmus Simulation und Bewertung Dokumentation und Ausarbeitung Oktober November Dezember Januar Februar März April Einleitungsvortrag Ausarbeitung Zwischenvortrag Abschlußvortrag Abgabe Diplomarbeit - BB, Seite 15

Einleitungsvortrag zur Diplomarbeit

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