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Internet et la vidéo numérique
Dominique PRESENTI.U.T. de Marne la Vallée
IUT de Marne la Vallée Qualité de Services sur Internet © D. PRESENT
Flux asynchrones, synchrones et isochrones
• Un flux est l ’ensemble des trames échangées entre 2 applications
• Un flux est asynchrone s ’il n ’y a pas de relation de temps entre les trames
• Un flux est synchrone s ’il existe une relation de temps définie par une période « T » et une gigue « d »
Td
Un flux est isochrone si la gigue est nulleLa transmission de la vidéo nécessiterait un flux isochrone
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Connexion Professionnel- Particulier
RTCrouteur
Internet
Serveurhttp
routeurrouteur
Débit garantiDébit non garanti
Débit garanti
Prestatairede service
Sur Internet :• le débit n’est pas garanti• l’isochronisme n’est pas possible
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Réseau local
Connexion Professionnel- Professionnel
Internet
Serveurhttp
routeurrouteur
Débit non garanti
Débit non garanti
Débit garanti
• Sur Internet, le débit n’est pas garanti• Sur le réseau local :
• le débit n’est pas garanti• la transmission n’est pas isochrone
routeur
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Le trajet des données
Routeur
Routeur
Routeur
Routeur
Les informations traversent successivement plusieurs réseaux d ’opérateurs Internet
serveur http
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Garantir le cheminement des paquets
Problèmes :• en cas d ’encombrement d ’un lien, les paquets sont routés par un autre chemin ;• si le chemin est trop long, les paquets sont détruits.
Objectifs :• gérer les routeurs pour garantir un chemin constant des paquets des flux « temps réel »
Réseau B
Réseau ARéseau C
Routeur 2
Routeur 1
Routeur 3
Routeur 4
Routeur 5
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Gérer les débits sur les liens
Multiplexage des flux :• le débit de (1+0,5)Mb/s est inférieur à la bande passante du lien ;
Réseau B
Réseau ARéseau C
Routeur 2
Routeur 1
Routeur 3
Routeur 4
Routeur 5
1Mb/s0,5Mb/s
Lien de 2Mb/s
• le débit de (1,5+0,8)Mb/s est supérieur à la bande passante du lien. Le lien ne peut être utilisé, une autre route doit être trouvée.
0,8Mb/s
Objectif : gérer les débits des flux entrant dans le réseau• optimiser le routage pour éviter le dépassement de bande passante ;• gérer les variations des débits des flux.
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Gérer les variations de débits
Variation des débits :• les rafales dépassent la bande passante de 2Mb/s du lien ;• des paquets sont retardés (gigue) ou détruits ;
Solutions :• définir des paramètres de débit (débit minimum, débit crête, durée des rafales ;• définir un délai de traversée, un taux de perte de paquets.
Réseau B
Réseau ARéseau C
Routeur 2
Routeur 1
Routeur 3
Routeur 4
Routeur 5
Lien de 2Mb/s0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
1Mb/s0,5Mb/s0,4 à 1,2Mb/s
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La QoS : des performances garanties • La Qualité de Services (Quality of Services) garantie des performances
dans la transmission des données sur les réseaux ;
• les performances de QoS sont mesurées par des paramètres :
– variation maximale entre cellules : Peak-to-Peak Cell Delay Variation (CDV) ;
– temps de transfert maximum : Maximum Cell Transfer Delay (Max CTD) ;
– temps de transfert moyen : Mean Cell Transfer Delay (Mean CDV) ;
– taux de perte : Cell Loss Ratio (CLR) ;
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La QoS : pour quelles applications ?• Lorsque le traitement des données par le poste du
destinataire :– doit être assuré dans un temps limité (calcul, stockage,
…) ;– doit être effectué à une fréquence déterminée
(affichage, capture, …) ;– ne laisse pas le temps de retransmettre les données
perdues pendant la transmission (données audiovisuelles et multimédia) ;
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QoS : transmission et routagePour assurer une qualité de service sur un réseau, il faut :
• un protocole de transmission à performances garanties ;• un protocole de routage réservant des ressources dans les routeurs traversés ;• un protocole de signalisation contrôlant les performances réelles, dans le réseau et de bout en bout ;• des routeurs mettant en œuvre ces protocoles.
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Quelles solutions ?• Protocoles de transmission (niveau 2) :
– ATM ; SDH ; frame Relay• Protocoles de routage (niveau 3) :
– IPv4 ; IPv6 ; ATM• Protocoles de signalisation (niveau 3) :
– Integrated Services - Intserv - RFC1633– Ressource reSerVation Protocol (RSVP) with Intserv - RFC2210 – Guaranteed QoS in Intserv - RFC2212 – Control Load QoS with Intserv - RFC2211
• Differentiated services - Diffserv - RFC2474)– 64 Classes de service – 2 profils : Expedite (RFC2598) à faible latence
Assured (RFC2597) - débit garanti• MultiProtocol Label Switching
– 4 classes de service (Premium, Gold, Silver et Bronze)– ajout d ’une étiquette aux paquets dans le réseau de l’opérateur– compatible avec Diffserv
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Routage : le piège du «plus court chemin»
Routeur 2
Réseau B
Réseau ARéseau C
Routeur 1
Routeur 3
Routeur 4
Routeur 5
20Rt 3Rt 520Rt 2Rt 530Rt 3Rt 420Rt 2Rt 4CostNext-HopNode
OC3 OC1
• tout le trafic entre les réseaux A et B passera par les routeurs 2 et 4• si 2 flux de 40Mb/s sont ouverts, le lien OC1(51Mb/s) est saturé et 40% des paquets perdus
• le choix du chemin doit tenir compte des débits disponibles sur les liens
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Un trafic composite à gérer
flux constant
02468
flux variable 1
0
5
10
15
02468
flux variable 2
débit moyen
rafaleDébit maximum
durée
Trafic composite
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Règles de gestion du trafic
0
5
10
15
Trafic composite
0
5
10
15
Ecrêtage (policing) :• les paquets sont détruits par ordre de priorité croissante• le taux de perte augmente
0
5
10
15
Lissage (shaping) :• les paquets sont stockés et transmis dès que le débit diminue• la latence augmente
Régulation du trafic
Paquets retardés
Paquets détruits
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Session multimédia « temps réel »
UDP
RTP RTCP
Application«temps réel»
Serveur « temps réel »
UDP
RTP
Application«temps réel»
Client
RTCP RSVP
1-réservation des ressources dans les routeurs à l ’établissement de la session2-transmission des données dans des paquets RTP
3-contrôle de la qualité de la session (débit, gigue, perte) par des paquets RTCP
RouteurRSVP
RouteurRSVP
RouteurRSVP
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Mécanismes de DiffServices• QoS obtenue par traitement différencié de chaque paquet ou
classe de paquet• Classification du trafic par application/réseau• marquage des paquets• régulation/formatage du trafic• gestion des files d’attente par classe et par flux• pas de signalisation explicite provenant des applications • approprié à la gestion de flux groupés
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DiffServ : marquage des paquets
VersionLength Len
Niv. 3 ; IPV4Niv. 3 ; IPV4
ID Offset TTL Proto FCS IP-SAIP-DA DataToS1 Byte
07 123456
Classe de trafic
Differenciated Services Code Point
Unused Bits;
Priorité
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QoS et MPLS : une question d’étiquette
• une étiquette est ajoutée au paquet à l’entrée sur le réseau• le traitement de chaque paquet sera différencié d’après cette
étiquette• une détection de congestion (Weighted Random Early
Detection) et de gestion équilibrée des files d’attente(Weighted Fair Queuing) sont mises en œuvre
• protocole compatible avec les autres protocole de garantie de service sur IP (notamment DiffServ)
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ConventionalRouter
Label EdgeRouters
ATM-LSR
Label SwitchingRouter (LSR)
Architecture d’un réseau MPLS
Les routeurs de bordure :• affectent l ’étiquette aux paquets entrants• assurent une régulation du trafic entrant
Document www.cisco.com
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MPLS
Core
MPLS : rôle des routeurs1) Le routeur de bordure : • ajoute l ’étiquette (MPLS Ext)• régule le débit d’entrée
1) Le routeur central : • lit l ’étiquette (MPLS Ext)• gère les classes de service• détecte les congestions
Document www.cisco.com
ISP Customer
1) Le routeur du clientdéfinit : • la classe de service (DSCP) • les paramètres (débit, priorité)
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Routage et QoS dans les réseaux privésL’établissement d’une connexion à travers le réseau nécessite de connaîtreles ressources disponibles dans les nœuds traversés pour offrir une Qualitéde Service.
Chaque nœud interroge les nœuds voisins en utilisant un protocole de gestion (Interim Local Management Interface). Ce dialogue utilise le VPI=0, VCI=16 ;Chaque nœud dispose d’une base de gestion des liens ILMI Management Information Base (ILMI-MIB) ; Pour router une connexion, les nœuds établissent une liste des noeuds disposant des ressources nécessaires (Designated Transit List) ;Les paramètres sont définis (UNI 3.1) ou négogiés (UNI 4.0) en fonction du type de connexion demandée (CBR, VBR, ABR ou UBR) ;
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Contrôle des ressources des nœudsLes ressources sont réservées dans chaque nœud, et une fonction de contrôle
d’admission de traffic activée (Connection Admission Control).
Setup (QoS)Call proceeding Setup (QoS)
Mise en œuvre du CAC
Setup (QoS) Setup (QoS)
connectconnect AcKconnect
connectAcK
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Choix d’une route• Une vue globale des ressources du réseau est nécessaire. Elle est
assurée par un algorithme “ générique ” de contrôle d’admission (GCAC).
• A la réception d’une demande de connexion :• Les liens qui ne disposent pas du débit requis ou dont le taux de
perte de cellules est supérieur à la demande sont éliminés de la liste des chemins possibles;
• Une liste des chemins les plus courts est établie ;• De cette liste sont éliminés les chemins dont les performances
globales sont inférieures à celles demandées. Dans le cas où plusieurs chemins sont trouvés, la répartition du traffic sur le réseau est prise en compte ;
• La description complète du chemin choisi est notée dans une liste (DTL) et transmise à tous les nœuds du chemin.
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Principales méthodes de contrôle de flux• à l’accès du réseau par régulation du débit (Source Traffic Smoothing,
Leaky Bucket) ;• de bout en bout (Rate Control for end-to-end Transport) utilisant des
cellules OAM ;• contrôle de congestion réactive ou préventive (Connection Admission
Control)
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Contrôle de flux à l’accès du réseau
• Par régulation du débit par l’émetteur ;• Par mesure et régulation du débit à l’entrée du résseau (Leaky Bucket).
GJGJ : générateur de jetons
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• Les jetons sont générés à intervalles réguliers ; • Le réseau n ’admet pas plus de cellules que le nombre de jetons en stock ;• Les cellules restantes attendront les jetons suivants
13254132
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Contrôle de bout en bout• Les méthodes à fenêtre sont peu efficaces du fait des temps de
propagation ;• La régulation des débits prend en compte l’état de congestion des
nœuds ;• Les méthodes prédictives sur la durée des congestions (ex. : Rate
Control for end-to-end Transport) semblent plus performantes que les méthodes réactives ;
• Le bit CLP est utilisé pour “ déclasser ” les cellules en cas de congestion ;
• Les cellules traversant un nœud saturé voient leur PTI marqué (010 ou 011) ;
• Les entités terminales échangent les informations de signalisation à travers le réseau sur le VCI=5 (EFCI/BCN de l’IUT-T).
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Principes du RCT• Le débit est ramené à sa valeur minimale pendant la durée de la
congestion ;• La durée de la congestion est calculée statistiquement ;• Après la congestion, le débit peut être ramené à sa valeur crête
(traffics VBR et ABR).
Commutateur saturé000,1PT,CLP
000,1000,1
000,1011,1
Information de congestion
011,1