Cours sur la QoS

Quality of ServiceQuality of Service

v1.4bv1.4bGuillaume Lehmann

2005

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PlanPlan Présentation Où peut-on retrouver de la QoS ? Où est-ce nécessaire Positionnement de la QoS Les différentes étapes de la gestion de trafic Les différentes façons de gérer le trafic Precedence DiffServ IntServ 802.1p La QoS sur les switchs Super Stack 4400 Conclusion Questions

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La qualité de service est la gestion/contrôle des flux réseaux.

La métrologie est la surveillance des flux réseaux. La qualité de service et la continuité de service

sont deux choses différentes … mais proches. CoS (Class of Services) est un élément de la QoS.

PrésentationPrésentation

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2 types d’approches

PrésentationPrésentation

Si BP sature, alors augmentation de la BP

Si BP sature, alors gérer le trafic

Mettre en place des priorités

Mettre en forme le trafic

Qualité de Service

Est-ce les flux prioritaires qui saturent la BP ?Le % de temps de saturation par jour est-il important ?

OUI NON

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Dans les switchs

802.1p

Dans les routeurs

RSVP, IP, TCP, …

Dans les protocoles

MPLS, ATM, FR

Où peut-on retrouver de la QoS ?Où peut-on retrouver de la QoS ?

La QoS peut-être gérée de bout en bout ou de proche en proche selon notre zone d’action

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Chez un fournisseur d’accès (à Internet) : Un réseau avec plusieurs utilisateurs n’ayant pas souscrit aux mêmes abonnements.

Chez un particulier/PME : Un accès Internet avec une bande-passante limitée (trafics avec des volumes

importants mais sporadiques => email, web). Une entreprise dont le point de sortie vers un opérateur est saturé :

En attendant une augmentation de la bande-passante, mise en place d’un service dégradé aux utilisateurs.

Un site d’une entreprise communiquant constamment avec des sites extérieurs : Point de sorti bien dimensionné, flux continu et moyen, mais éviter les pics.

Plusieurs services/réseaux sur les mêmes supports physiques ou sur les mêmes équipements.

Répartition de charge. Besoin de haute-disponibilité.

Ne pas souffrir de saturations réseaux ; Ne pas être impactés par des coupures de lignes ou par des baisses de la bande-

passante disponible.

Où est-ce nécessaire ?Où est-ce nécessaire ?

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Positionnement de la QoSPositionnement de la QoS

Action de la QoS avant le goulot d’étranglement

Action de la QoS sur le goulot

d’étranglement

Action de la QoS sur le récepteur

Trafic réseauTrafic réseau Capacité du réseauCapacité du réseau

Congestion ou Congestion ou saturationsaturation

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Positionnement de la QoSPositionnement de la QoS

LANLAN

LANLAN

LANLAN

WANWAN

Configuration de la QoS au niveau 2

Configuration de la QoS au niveau 3

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3 APPROCHES

Precedence (préséance en français) : on traite le paquet IP suivant la priorité indiquée dans son en-tête.

DiffServ : affection de priorités et de classes de service dont les valeurs sont transportées dans les paquets IP. Formatage en entrée du réseau et traitement au sein du réseau.

IntServ : réservation des ressources nécessaires à la communication tout au long du chemin qu’emprunteront les paquets. Ensuite tous les paquets de cette communication suivront la politique de qualité de service mise en place lors de la réservation (comme une communication téléphonique).

Gérer la qualité de serviceGérer la qualité de service

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La file d’attente. Traiter en priorité tel ou tel paquet en cas de congestion ; Rejeter en priorité tel ou tel paquet en cas de saturation.

Le classificateur. Affecte une priorité ou/et une classe de service au paquet en fonction de

divers paramètres. L’ordonnanceur.

Mesure et analyse le flux (metering) ; Ensuite compare avec la QoS demandée ; Puis applique (WRR, SPQ, …) la qualité de service en fonction de la priorité

ou de la classe à laquelle appartient le paquet. Il peut alors : Changer le marquage du paquet (marking) ; Réguler le trafic (traffic shaping) ; Écrêter les pics de trafic (traffic policing).

Les différentes étapes de la gestion de traficLes différentes étapes de la gestion de trafic

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Les files d’attente :Les files d’attente : FIFO (First In First Out). C’est le principe du best effort (à la queue leu leu !). Traffic Shaping repose sur l’algorithme du leaky-bucket : un trafic erratique est lissé

en temporisant les pics de trafic. Policing repose sur l’algorithme du token-bucket : les pics de trafic sont écrêtés. Priorité (SPQ pour Strict Priority Queuing) : tant qu’il y a des paquets prioritaires dans

la file d’attente, ils seront traités avant de passer aux autres moins prioritaires (ambulance sur la route).

WFQ (Weighted Fair Queuing). Priorité à certains trafics par rapport à d’autres (les ESF aux remontées mécaniques) ssi congestion. WRR (Weighted Round Robin)

RED (Random Early Detection) intervient avant la congestion. Des paquets sont aléatoirement rejetés lorsqu’on s’approche de la congestion.

WRED (Weighted RED) et ERED (Enhanced RED) permettent de sélectionner les flux en fonction de priorités qui déterminent le rejet des paquets

SFQ (Stochastic Fairness Queueing) : N paquets de chaque file d’attente sont traités avant de passer à la prochaine file d’attente. Chaque file correspond à un flux, et N est toujours le même, quel que soit la file d’attente, donc quel que soit le flux.

Le marquageLe marquage ECN (Explicit Congestion Notification) est un nouveau champ dans TCP : il est

indiqué explicitement à TCP qu’il y a congestion plutôt que de le laisser s’en rendre compte tout seul. ECN est associé à la file d’attente RED (RFC 3168).

DSCP (Differenciated Service Code Point). Voir DiffServ dans cette présentation.

Les différentes façons de gérer le traficLes différentes façons de gérer le trafic

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FIFO Fonctionnement normal, pas de saturation du réseau ni de congestion

Trafic shaping En entrée ou au sein du réseau, pour lisser un flux erratique afin de limiter les risques de congestion ou encore pour adapter le flux entre deux réseaux à débits différents. Convient bien pour les bandes-passantes importantes si bien paramétré. Utile si plusieurs points d’entrée et plusieurs points de sortie. Egress

Trafic policing En entrée du réseau pour adapter le flux entre des réseaux à débits différents. Utile si un point d’entrée et plusieurs point de sortie. Ingress

Priorité Liens bas débits, applications très prioritairesWFQ Au sein du réseau, sur des liens à bas et moyens débits pour gérer

les congestionsWRED Au sein du réseau, sur des liens à hauts débits, pour prévenir les

congestionsSFQ Goulot d’étranglement où l’on ne veut pas qu’une session

accapare la bande-passante.

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Trafic shapingou

policing

Prioritéou

Gestion évoluée des files d’attentes

FIFO

Préparer le trafic

Gestion plus fine des congestions et des

saturations

Ordre de mise en placeOrdre de mise en place

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On s’appuit sur le champ TOS de IP. Precedence peut être utilisée avec WRED et WFQ. Valeurs de 0 à 7 pour le champ IP precedence (3 premiers bits):

0 : routine 1 : priority 2 : Immediate 3 : flash 4 : flash override 5 : critical 6 : internetwork control 7 : network control

Champ TOS 3ième bit : minimize delay (0 normal, 1 low) 4ième bit : maximize throughput (0 normal, 1 high) 5ième bit : maximize reliability (0 normal, 1 reliability) 6ième bit : minimize monetary cost (cf RFC 1349)

Le dernier (8ième) bit est toujours à 0.

PrecedencePrecedence

IP Precedence TOS 0

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DiffServDiffServ

Le champ DSCP permet de définir 64 codepoints répartis en 3 ensembles : xx0 : 32 codepoints pour les actions standard ; x11 : 16 codepoints pour un usage expérimental et une utilisation locale ; x01 : 16 codepoints pour un usage expérimental, une utilisation locale ou pour une

extension du premier ensemble. Un codepoint permet de sélectionner une classe de service PHB (Per-Hop Behavior)

composée en 2 parties : Sélecteur de classe : définition de la classe ; Drop precedence : priorité avec laquelle les paquets sont rejetés.

3 types des PHB sont définis : AF (Assured Forwarding) : pour les flux nécessitant une bande-passante limitée. Le

trafic en excès est rejeté progressivement selon un mécanisme de priorité reposant sur 4 classes de 3 priorités de rejet chacune ;

EF (Expedited Forwarding) : cf Premium Service (DSCP = 101110). Pour les flux nécessitant une bande-passante garantie, avec de faibles taux de gigues, latence et pertes ;

CS (Class Selector) : pour la compatibilité avec le champ IP Precedence (CS0/CS1/CS2/CS3/CS4/CS5/CS6/CS7).

DSCP (6bits = Sélecteur de classe (3) + Drop precedence (3) ) ECP (2 bits)

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DiffServDiffServ

Type de flux DiffServ Codepoint DSCP Nom commercial

Trafic réseau (routage, contrôle)

CS7, CS6 56, 48 Critical/network

Voix EF 46 Premium

Visio conférence AF41, AF42, AF43 34, 36, 38 Platinium

Signalisation voix AF31, AF32, AF33 26, 28, 30 Gold

Critique AF21, AF22, AF23 18, 20, 22 Silver

Prioritaire AF11, AF12, AF13 10, 12, 14 Bronze

Standard CS0 0 Best effort

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IntServIntServ

IntServ : réseau à intégration de services. Application/PC/serveur/routeur doivent supporter cette fonctionnalité.

Sinon, certains routeurs peuvent simuler une demande de réservation de ressources.

La qualité de service n’est pas embarqué dans chaque paquet. Elle est négociée avec les équipements réseaux avant toute émission de données qualité de service de bout en bout.

Utilisation du protocole RSVP : Resource reSerVation Protocol Le contrôle d’admission : vérifier que la prise en compte de la demande de

QoS d’un nouveau flux ne remet pas en cause les réservation des autres flux actuellement enregistrés

La classificateur : affecter une classe de service aux paquets entrants L’ordonnanceur : gestion des files d’attente des paquets sortants Réservation : réserver des ressources permettant de paramétrer le

classificateur et l’ordonnanceur, à la demande du RSVP.

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IntServIntServ

Message Path : On définit le chemin à emprunter. Envoi régulier.

Message Resv : On réserve les ressources sur les équipements traversés.

La demande de réservation est constituée d’un descripteur de flux …

Flowspec : spécificateur de flux. QoS désirée pour configurer l’ordonnanceur.

Filterspec : filtre de flux. Caractéristiques du flux pour configurer le classificateur de paquet.

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IntServIntServ

Plusieurs styles de réservationPlusieurs styles de réservationWildcard-Filter (WF) : une seule

réservation est faite pour les flux de tous les émetteurs.

Fixed-Filter (FF) : une réservation par flux

Shared-Explicit (SE) : du WF pour quelques flux, FF pour les autres.

Si plusieurs demandent sont reçues par le routeurs de plusieurs récepteur, mais avec un émetteur unique, alors les demandes sont fusionnées.

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IntServIntServ

Comment un récepteur décrit-il la qualité de Comment un récepteur décrit-il la qualité de service voulue ?service voulue ?

Paramètres décrivant la classe de service :Paramètres décrivant la classe de service : Non-is_hop Number_of_is_hops Avaible_path_bandwith Minimum_path_latency Path_mtu

Paramètres décrivant les flux :Paramètres décrivant les flux : Token rate Bucket size Peak rate Unité de contrôle minimal Taille maximale des paquets

Classe de service :Classe de service : Un service de contrôle de charge Un service garanti

Cette présentation ne

rentrera pas plus dans le détail !

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Avec 802.1q, un champ est à la fois pour gérer les VLAN et les classes de services (802.1p). Mais les trames sont reformatées en 802.3 lorsqu’elles sont redirigées vers un port de sortie.

7 classes de service (champ de 3 bits) : 0 = Best effort 1 = Background 2 = Réservé (spare) 3 = Excellent effort (business critical) 4 = Application à contrôle de charge (streaming multimedia) 5 = Vidéo (interactive media), moins de 100ms de latence et jitter 6 = Voix (interactive media), moins de 10ms de latence et jitter 7 = Network control reserved traffic

802.1p802.1p

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On va définir les différents composants d’un profil de gestion de trafic et ensuite ce profil sera affecté à un ou plusieurs ports. Les différents composants sont :Les paramètres de classification qui permettront de

savoir s’il faut gérer avec de la QoS le trafic rencontré. En cas de saturation

quelle file d’attente stocke le trafic ? => caractéristiques de la file d’attente (priorités 802.1p, DSCP, …).

La gestion des différentes files d’attentes entres-elles Dans un fonctionnement normal

Un modèle de mise en forme de trafic

La QoS sur les switchs Super Stack 4400La QoS sur les switchs Super Stack 4400

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Trafic

Trafic

Trafic

Trafic

File d’attente 1

File d’attenteFile d’attentepar défautpar défaut

TraficTrafic

Port xMise

enforme 1

Miseen

forme 1MiseMise

enenforme 2forme 2

File d’attente 2

File d’attente 3File d’attente 3

Classificateur 2Classificateur 1

Classificateur 3TrTraafficic

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Créer les files d’attente et modèles de trafic shapingCréer les files d’attente et modèles de trafic shaping Créer les niveaux de priorité/les files d’attente

trafficManagement qos serviceLevel create <numFile> <nomFile> <prio802.1p> <codePointDiffServ>

Le switch ne prend en compte que le 802.1p lorsqu’il doit prioriser un flux par rapport à un autre.

Définir la gestion des files d’attentestrafficManagement qos trafficQueue serviceMode [WRR,SPQ]

Créer des modèles de mise en forme de trafictrafficManagement qos trafficShape create <numModele> <nomModele>

<debMoyEgress(Mb/s)> <surplusDebEgress(kB/s)>Comportement en dégradé si debMoyEgress > 65Mbit/s dans certaines configurations

Classer le trafictrafficManagement qos classifier create <numClass> <nomClass>

<typeClass> <paramTypeClass>


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Créer un profil regroupant les paramètres Créer un profil regroupant les paramètres précédemment configurés et l’affecter à un portprécédemment configurés et l’affecter à un port

Créer le profil : trafficManagement qos profile create <numProfil> <nomProfil>

Y insérer une ou plusieurs classe(s) : trafficManagement qos profile addClassifier

<numProfil> <numClassInsérée> <numServiceLevel>

Y insérer un modèle de mise en forme de trafic : trafficManagement qos profile addShaper <numProfil>

<numModeleInséré>

Assigner le profil créé à un port : trafficManagement qos profile assign <numPort> <numProfil>


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Exemple de mise en placeExemple de mise en place Limiter le débit à 20 Mbit/s vers le serveur ftp. 192.168.0.19 plus prioritaire que le 192.168.0.17 . Gestion des priorités qu’au niveau LAN (pas de marquage spécifique en IP).


Traffic shapping sur U1p24

Priorités sur U1p1

Attention !Attention !Mettre de la mise en formemise en forme de trafic en entréeentrée du switch et pas en sortie.Mettre la gestion des prioritéspriorités en sortiesortie du switch et pas en entrée.Les différents fluxdifférents flux à prioriser doivent arriver dans le switch par le même portmême port.

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Exemple de mise en placeExemple de mise en place


Traffic shapping sur U1p24

Priorités sur U1p1

Pour la mise en forme de trafic sur U1p24Pour la mise en forme de trafic sur U1p24trafficManagement qos trafficShape create 2 MonShIn 20 4trafficManagement qos profile create 105 ProfilTestIntrafficManagement qos profile addShaper 105 2trafficManagement qos profile assign 1:24 105

Pour les priorités sur U1p1Pour les priorités sur U1p1trafficManagement qos trafficQueue serviceMode SPQtrafficManagement qos classifier create 101 ClassMoins ipAddr 192.168.0.17 32trafficManagement qos classifier create 102 ClassPlus ipAddr 192.168.0.19 32trafficManagement qos profile create 106 ProfilTestOuttrafficManagement qos profile addClassifier 106 101 2trafficManagement qos profile addClassifier 106 102 5trafficManagement qos profile assign 1:1 102

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Sujet complexe, souvent mal maîtrisé. Par manque de compétences, les administrateurs

réseaux préfèrent augmenter la bande-passante que d’essayer de maîtriser les flux.

Les switchs 3Com 4400 offrent la possibilité de faire de la QoS grossièrement pour tout ce qui est traffic shaping, mais plus finement avec la gestion des priorités.

Des systèmes comme Linux permettent d’implémenter de la QoS de « haute voltige » sur un réseau, des postes de travail ou des serveurs.

ConclusionConclusion

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Thats’ all folk !Thats’ all folk !

QuestionsQuestions

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