Betriebssysteme, Rechnernetze und verteilte Systeme II (BSRvS II)

Rechnernetze und verteilte Systeme (BSRvS II)
Prof. Dr. Heiko Krumm
FB Informatik, LS IV, AG RvS
Universität Dortmund
•
•
•
•
•
Anwendungen
Streaming
VoIP
Verteilung
QoS
• IntServ
• DiffServ
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund
•
•
•
•
•
Computernetze und das Internet
Anwendung
Transport
Vermittlung
Verbindung
• Multimedia
•
•
•
•
Sicherheit
Netzmanagement
Middleware
Verteilte Algorithmen
1
Multimedia-Kommunikation: Dienstgüte - QoS
Multimedia-Anwendungen:
Audio- und VideoÜbertragung im Netz
(“Kontinuierliche Daten”)
Dienstgüte, QoS
(Quality of Service)
Netz garantiert Mindestgüte
Anwendungsfunktion braucht
bestimmten Leistungspegel.
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
2
Kapitel 6: Übersicht
6.1 Multimedia Netzanwendungen
6.2 Audio- und Videostreaming
6.3 Realzeit Multimedia: Voice
over IP / Internet-Telephonie
6.4 Protokolle für RealzeitAnwendungen
RTP,RTCP,SIP
6.6 Über Best Effort hinaus
6.7 Scheduling und Policing
Mechanismen
6.8 Integrated Services und
Differentiated Services
6.9 RSVP
6.5 Multimedia-Verteilung im
Netz
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
3
Multimedia Netz-Anwendungen
Anwendungsklassen:
1) Streaming gespeicherter Audiound Video-Daten
2) Streaming aktueller Audio- und
Video-Daten (live)
3) Interaktive Realzeit-Audio und
Video-Kommunikation
Jitter:
Veränderungen der
Übertragungszeiten der
Pakete eines Stroms
Grundlegende Eigenschaften:
 Typisch: Verzögerung ist
kritisch
– Ende-zu-Ende-Verzögerung
– Jitter
(Verzögerungsschwankungen)

Aber Verluste sind akzeptabel:
seltene Paketverluste werden
kaum bemerkt

Unterschied zu klassischem
Datentransfer, wo Verluste nicht
akzeptabel, aber Verzögerungen
unkritisch sind.
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
4
Streaming gespeicherter Multimediadaten
Streaming:
 Daten sind bei Quelle gespeichert
 Sie werden zum Kunden übertragen
 Streaming: Das Abspielen beim Kunden
beginnt, noch bevor die gesamte Datei
übertragen ist

Zeitanforderung für die noch zu übetragenden Daten:
Rechtzeitig zum lückenlosen Abspielen!
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
5
Streaming
1. video
recorded
2. video
sent
network
delay
3. video received,
played out at client
time
Streaming:
Zum selben Zeitpunkt spielt
Kunde schon das Medium ab, während
es immer noch übertragen wird.
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
6
Streaming: Interaktivität

Videorecorder-artige Funktionen:
Der Kunde kann pausieren, zurückspulen,
vorwärtsspulen und die Position wählen:
– 10 sec Anfangsverzögerung OK
– 1-2 sec bis Kommando wirkt OK
– Protokoll RTSP wird dazu oft benutzt (später)

Zeitanforderung für die noch zu übertragenden Daten:
Rechtzeitig zum unterbrechungsfreien Abspielen
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
7
Streaming Live Multimedia
Beispiele:
 Internet Radio Talkshow
 Live Sportereignis
Streaming
 Playback Puffer
 Playback kann um einige 10 sec verzögert werden
 Auch bei Playback gibt es Rechtzeitigkeitsanforderungen
Interaktivität
 Vorwärtsspulen nicht möglich
 Pause und Rückwärtsspulen möglich
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
8
Interaktive Realzeit-Multimediadaten

Anwendungen:
IP Telephonie, Video-Konferenz,
Verteilte interaktive Welten

Anforderungen an Übertragungsverzögerung:
– Audio: < 150 msec gut, < 400 msec OK
» Muss Anwendungsbearbeitung und Transferzeit umfassen
» Höhere Verzögerung stören die Interaktivität

Sitzungsaufbau
– Wie veröffentlicht der Angerufene seine
IP Adresse, Port-Nummer und Codieralgorithmen?
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
9
Multimedia über das heutige Internet
TCP/UDP/IP: “Best-Effort Service”

keine Garantien zu Verzögerungszeiten und Verlustfreiheit
?
?
?
?
?
?
?
ABER: Anwendungen brauchen
Mindestgüte, um adäquat
?zu funktionieren
?
?
?
Heutige Anwendungen nutzen Techniken
auf Anwendungsebene, um (so gut als möglich)
Verzögerungs- und Verlusteffekte zu mildern
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
10
Streaming gespeicherter Multimediadaten im Internet
Media Player
Application-Level Streaming:
„Das beste aus
Best-Effort-Internet machen“
– Pufferung auf Client-Seite
– Benutzung von UDP statt
TCP
– Codierung und Kompression




Jitter entfernen
Dekompression
Fehler-Verschleierung
GUI-Bedienknöpfe
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
11
Internet Multimedia: Streaming




Browser GETs Metafile
Browser startet Player, übergibt
Metafile
Player kontaktiert Server
Server sendet Strom zu
Audio/Video-Player


Nicht-HTTP-Protokoll für
Streaming möglich
UDP statt TCP möglich
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
12
Streaming Multimedia: Client-seitige Pufferung
client video
reception
variable
network
delay
constant bit
rate video
playout at client
buffered
video
constant bit
rate video
transmission
client playout
delay

time
Jitter-Ausgleich
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
13
Nutzerkontrolle von Streaming Media: RTSP
HTTP
 Nicht für Multimedia-Austausch
gedacht
 Keine Kommandos für Vor- und
Zurückspulen, Pause etc.
Real-time Streaming Protocol
RTSP: RFC 2326
 Client-Server Application Layer
Protokoll.
 Kommandos für Vor- und
Zurückspulen, Pause etc.
Nicht enthalten:
 Keine Codierungs- und
Kompressionsfestlegungen
 Keine Multimedia-Transfer
Festlegungen (z.B. UDP, TCP)
 Keine Festlegungen zur Pufferung
RTSP-PDUs werden in separater
Verbindung (“Out of Band”)
übertragen
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
14
Interaktive Realzeit-Anwendung: Internet-Telephonie

Je Richtung gibt es Sprechund Pausenphasen
packets
– In den Sprechphasen werden
alle 20 msec ein Paket generiert,
das 160 Datenbyte enthält
(entsprechend 8KByte(sec)
– Jedes Paket wird als UDPDatagramm gesendet

loss
packets
generated
packets
received
UDP Datagramme können:
– verloren gehen
– zu langsam transferiert werden
– 1-10% Verluste sind tolerabel
playout schedule
p' - r
playout schedule
p-r
time

Jitter-Behandlung: Fixed Playout Delay
–
–
–
–

r
p'
p
Zeitstempel je Paket
Abspielen nach konstanter Verzögerungszeit
je größer diese Zeit, umso weniger Pakete kommen zu spät
je größer diese Zeit, umso weniger kommt ein Gespräch zustande
Verbesserung: Adaptiver Playout Delay
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
15
Behandlung von Paketverlusten
Forward Error Correction (FEC):
Forward Error Correction (FEC):
Flexibleres Schema
Einfaches Schema
 Dem Datenstrom, der den
 Für je n Pakete wird (n+1)-tes
Audiostrom mit guter Qualität
Paket als Parity-Vektor gesendet
codiert wird ein zweiter
– Redundanz erhöht Bandbreite
Datenstrom überlagert, der den
– ermöglicht Rekonstruktion eines
verlorenen Pakets, wenn je nAudiostrom mit schlechter aber
Gruppe höchstens ein Paket
kurzzeitig akzeptabler Qualität
verloren geht
codiert
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
16
Transfer mit dem Real-Time Protokoll (RTP)

RTP (RFC 1889)
Paketformat für Datenpakete, die
Audio- und Videodaten enthalten
– Typkennung für diese Nutzdaten
– Sequenznummer
– Zeitstempel

Transfer in UDP-Datagrammen
Interoperabilität zwischen zwei
Anwendungsprozessen, die beide
RTP benutzen und dieselben
Codierungen verstehen.
Keine QoS-Mechanismen
enthalten
Payload
Payload
Payload
Payload
Payload
Payload
type
type
type
type
type
type
0: PCM mu-law, 64 kbps
3, GSM, 13 kbps
7, LPC, 2.4 kbps
26, Motion JPEG
31. H.261
33, MPEG2 video
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
17
Real-Time Control Protokol (RTCP)


RTP: Medientransfer
RTCP: Jeder RTP-Anwendungsprozess
sollte periodisch RTCP-PDUs zu seinen
entfernten Partnern senden, um
Anpassungen zu ermöglichen:
– Sender bzw. Empfänger-Report:
Statistische Daten
(Paketanzahl, Verlustanzahl, Jitter, ..)
– Paare aus RTP-Stromzeitstempel und
Paketerzeugungszeitstempel zur
wechselseitigen Synchronisation von
Strömen

Adressierung typischerweise über
Multicast-Adressen
– RTP und RTCP benutzen dieselbe
Gruppenadresse, aber verschiedene
Port-Nummern
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
18
Session Initiation Protokoll (SIP)
Vision
 Jede Form von Telekommunikation (Telephonie, Videokonferenzen, ..) werden über
das Internet abgewickelt.
 Adressaten werden durch Namen oder E-Mail-Adressen identifiziert, nicht mehr durch
Telephinnummern
 Der Angerufene kann unabhängig davon erreicht werden, ob er momentan am
Arbeitsplatz-PC sitzt, auf Reisen ist, oder ..
Dienste
 Anruf-Erzeugung
– Rufen des Partners
– Abstimmen der Medien und der Codierung
– Beenden der Sitzung


Ermittlung der aktuellen IP-Adresse des Partners
Verbindungsverwaltung
– Medien- und Codec-Änderungen
– Neue Partner dazu
– Anrufweiterleitung und Pausieren
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
19
Setting up a call to a known IP address
Bob
Alice
167.180.112.24
INVITE bob
@193.64.2
10.89
c=IN IP4 16
7.180.112.2
4
m=audio 38
060 RTP/A
VP 0
193.64.210.89
port 5060
port 5060
Bob's
terminal rings
200 OK
.210.89
c=IN IP4 193.64
RTP/AVP 3
m=audio 48753
AC K
port 5060
 Law audio
port 38060
GSM
time
port 48753
time
• Alice’s SIP invite
message indicates her
port number & IP
address. Indicates
encoding that Alice
prefers to receive (PCM
ulaw)
• Bob’s 200 OK message
indicates his port
number, IP address &
preferred encoding
(GSM)
• SIP messages can be
sent over TCP or UDP;
here sent over RTP/UDP.
• Default SIP port number
is 5060.
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
20
Namensübersetzung und Nutzerlokation
SIP registrar
upenn.edu

SIP
registrar
eurecom.fr
2
SIP proxy
umass.edu
1
3
4
5
8
6
9
SIP client
217.123.56.89
– Nutzer melden sich dort
jeweils aktuell an

7
SIP client
197.87.54.21
SIP Registrar Server
SIP Proxy Server
– Übernimmt die
Weiterleitung der SIPNachrichten für einen
Nutzer (u.U. über eine
Kette von Proxies)
Caller [email protected] with places a call to [email protected]
(1) Jim sends INVITE message to umass SIP proxy.
(2) Proxy forwards request to upenn registrar server.
(3) upenn server returns redirect response, indicating that it should try [email protected]
(4) umass proxy sends INVITE to eurecom registrar.
(5) eurecom registrar forwards INVITE to 197.87.54.21, which is running keith’s SIP client.
(6-8) SIP response sent back
(9) media sent directly between clients.
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
21
Content Distribution Networks (CDNs)


Replikation
um Transfers zu sparen, werden die Inhalte in
Kopien auf vielen Servern gespeichert
Interessante Aspekte
–
–
–
–
Auswahl und Verteilung der Inhalte
Finden des nächsten Servers für einen Kunden
Aktualisierung der Server bei Updates
Gemeinsame Teilwege beim Ausliefern
derselben Inhalte an verschiedene Kunden
origin server
in North America
CDN distribution node
CDN server
in S. America
CDN server
in Europe
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
CDN server
in Asia
22
Kapitel 6: Übersicht
6.1 Multimedia Netzanwendungen
6.2 Audio- und Videostreaming
6.3 Realzeit Multimedia: Voice
over IP / Internet-Telephonie
6.4 Protokolle für RealzeitAnwendungen
RTP,RTCP,SIP
6.6 Über Best Effort hinaus
6.7 Scheduling und Policing
Mechanismen
6.8 Integrated Services und
Differentiated Services
6.9 RSVP
6.5 Multimedia-Verteilung im
Netz
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
23
Internet-Evolution für Multimedia
Integrated Services IntServ
 Grundlegende Änderungen im
Internet, so dass Anwendungen
Bandbreite reservieren können
 Neue, komplexe Software in Hosts
und Routern
Differentiated Services DiffServ
 Wenige Änderungen im Internet
 Dienste
– Erste Klasse
– Zweite Klasse

Laissez-Faire
 Keine besonderen Änderungen
 Ausbau des Netzes, wenn mehr
Bandbreite benötigt
 Multimedia und
Gruppenkommunikation über
Anwendungssysteme
– Application Layer

Audio-Übertragungsrate
– CD: 1.411 Mbps
– MP3: 96, 128, 160 kbps
– Internet telephony: 5.3 - 13 kbps
Video-Übertragungsrate
– MPEG 1 (CD-ROM) 1.5 Mbps
– MPEG2 (DVD) 3-6 Mbps
– MPEG4 (oft im Internet verwendet)
< 1 Mbps
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
24
Verbesserte Dienstgüte in IP Netzen
Internet bisher: “Best Effort – das Beste draus machen”
Zukünftig: Next Generation Internet mit QoS Garantien
– RSVP: Signalisierung für Ressourcenreservierungen
– Differentiated Services: Priorisierungen
– Integrated Services: Feste Garantien

Grundprobleme des
Ressourcensharings
und der Staubildung
sind schon sichtbar
an:
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
25
Prinzipien für QoS-Garantien

Beispiel: 1Mbps I P-Telephonie und FTP nutzen einen 1.5 Mbps Link
gemeinsam
– FTP-Burst können Router verstopfen und Audio-Verluste bewirken
– Priorität für Audio vor FTP wäre eine Lösung
Prinzip 1
Pakete werden markiert, damit die Router zwischen
verschiedenen Verkehrsklassen unterscheiden können
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
26
Prinzipien für QoS-Garantien

Anwendung weist Fehlverhalten auf (z.B. Audio sendet mit mehrfacher Rate)
– Policing (Reglementierung): Setze durch, dass die Audioquelle ihre maximale Rate nicht
überschreitet

Markieren und Policing an der Netz-Grenze (ähnlich ATM Netzinterface)
Prinzip 2
Schütze eine Klasse vor Fehlverhalten (Überlastung des
Netzes) durch andere: Isolation
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
27
Prinzipien für QoS-Garantien

Feste Bandbreiten-Reservierung ist keine gute Lösung: Ineffizienz
Prinzip 3
Die Ressourcen sollen trotz Isolation möglichst
effizient mehrfach genutzt werden.
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
28
Prinzipien für QoS-Garantien

Der Boden der Tatsachen
Man kann nicht mehr übertragen, als die Link-Leistung zulässt.
Prinzip 4
Call Admission: Ein Fluss deklariert seinen Bedarf.
Das Netz entscheidet, ob es den Fluss zulassen kann.
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
29
Prinzipien für QoS-Garantien: Zusammenfassung
Im Folgenden: Entsprechene Mechanismen
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
30
Scheduling und Policing Mechanismen


Scheduling: Einplanung und Auswahl des nächsten auf Link zu
sendenen Pakets
FIFO (first in first out) Scheduling: Senden in Empfangsreihenfolge
– Discard Policy: Falls ein ankommendes Paket auf eine volle Queue trifft:
Welches Paket soll gelöscht werden?
» Tail Drop: ankommendes Paket
» Priorität: Prioritätskennungen, niederpriores Paket
» Random: zufällige Auswahl
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
31
Scheduling Mechanismen
Priority Scheduling: Sende höchstpriores Paket als nächstes
 mehrere Prioritätsklassen Problem: Fairness
– Priotitätskennung im Paketheader, Portnummer, Protokolltyp, etc.
Andere Sttrategien (vgl. Prozessorscheduling)
 Round Robin
 Weighted Fair Queuing
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
32
Policing Mechanismen
Ziel: Zur Laufzeit soll der Paketstrom so begrenzt werden, dass
ausgemachte Schranken nicht überschritten werden
Schranken für:
 (Langfristige) mittlere Senderate
 Spitzenrate
 (Maximale) Burst-Größe
Mechanismen sollen für Nutzer nachvollziehbar sein.
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
33
Policing Mechanismen: Leaky Bucket Verfahren
Begrenze Burst-Größe und mittlere Rate
(Idee: Der lecke Eimer – Zufluss und Abfluss, Zufluss darf, solange
Eimer nicht überläuft, größer als Abfluss sein (Burst), muss aber im
Mittel kleiner gleich Abfluss sein)
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
34
IETF – Internet: Integrated Services (IntServ)



Architektur, um QoS-Garantien für individuelle
Anwendungsanforderungen in IP-Netzen zu unterstützen
Mittel: Ressourcen-.Vorabreservierung, Router verwalten
“Virtuelle Verbindungen”
Neue Verbindungen müssen zugelassen und können abgelehnt
werden:
Call Admission
Fragestellung:
Kann ein neuer Fluss zugelassen werden,
ohne die Leistunsgarantien an bestehende Flüsse
zu gefährden?
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
35
Intserv: QoS-Garantie-Szenario

Ressourcereservierung
– Signalisierung beim
Verbindungsaufbau (RSVP)
– Deklaration der Verkehrsparametr und der
QoS-Anforderungen

Admission Control pro Fluss
request/
reply
– QoS-sensitives
Scheduling (e.g., WFQ)
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
36
Intserv QoS: Dienstmodelle [RFC 2211, RFC 2212]
Guaranteed Service:


Controlled Load Service:
Worst Case Verkehrslast durch
Source Policing begrenzt (Leaky
Bucket)
Paketverzögerung ist begrenzt
arriving
traffic

Netz stellt eine QoS zur Verfügung,
die derselbe Fluss annähernd auch
von einem unbelasteten Netz bekäme
token rate, r
bucket size, b
WFQ
per-flow
rate, R
D = b/R
max
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
37
IETF – Internet: Differentiated Services (DiffServ)
Probleme bei Intserv:
 Skalierbarkeit: Bei großer Flussanzahl werden Router durch die
Verwaltung der Flüsse übermäßig belastet
 Flexible Dienstmodelle: Intserv bietet nur 2 Klassen an.
Man möchte gerne “qualitative” Dienstklassen
– Relative Dienst-Unterscheidung: Platin-, Gold- und Silber-Dienste
DiffServ approach:
 Im Inneren des Netzes nur einfache Funktionen
 Komplexe Funktionen nur am Rand (Edge Router o. Host)
 Keine Service-Klassen direkt definiert, nur Funktionseinheiten
gegeben, mit denen Services gebildet werden können
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
38
DiffServ Architektur
Edge Router:
 Per-Fluss Verkehrsmanagement
r Markierung
Scheduling
 Markiert Pakete als in-profile
oder out-profile
b
..
.
Core Router:
 Per-Klasse Verkehrsmanagement
 Pufferung und Scheduling
entsprechend Markierung
 In-profile Pakete werden
vorgezogen
 Garantierte Weiterleitung
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
39
Edge-Router Paket-Markierung


Profile: Vorab für Fluss ausgehandelte mittlere Rate A, Eimer-Größe B
Jedes Paket wird Fluss-bezogen markiert
Rate A
B
Markierung:
User packets
Klassen-Zugehörigkeit
 Innerhalb einer Klasse: Profil-konform / Profil-verletzend
IP V4: Type of Service Header-Feld, IP V6: Traffic Class Header-Feld
(8 Bit, davon 6 benutzt: Differentiated Service Code Point (DSCP))

H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
40
Konditionierung


Nutzer definiert Fluss-Profil (e.g., Rate, Burst-Größe)
Verkehr wird gemessen und, falls Profil-verletzend, durch Paket-Verluste
geformt
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
41
Weiterleitung – Pro Hop Behavior (PHB)



PHB wirkt sich in
unterschiedlichen
Weiterleitungsleistungsparametern
aus
PHB definiert LeistungsparameterUnterschiede als Ziele der
einzusetzenden Mechanismen,
definiert die Mechanismen aber
nicht
Beispiele:
– Klasse A soll je Zeitintervall der
Länge 100 msec 22% der Bandbreite
des abgehenden Links erhalten
– Klasse A Pakete werden vor Klasse B
Paketen weitergegeben
PHBs in Entwicklung:


Expedited Forwarding:
Mindest-Paket-WeitergabeRate einer Klasse (Logische
Verbindung mit
Mindestbandbreite)
Assured Forwarding:
4 Verkehrsklassen
– Je Klasse bestimmte
Mindestbandbreite
– Unterschiedliche VerlustBedingungen
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
42
Signalisierung im Internet
connectionless
(stateless) forwarding
by IP routers



+
best effort
service
=
no network signaling
protocols
in initial IP design
Signalisierung: Austausch von Kontrollinformation im
Telekommunikationsnetz, Beispiel: Wählzeichen beim Telefon
Neue Anforderung: Reserviere Ressourcen entlang eines Ende-zuEnde-Pfades, um Dienstgüte zu gewährleisten
RSVP: Resource Reservation Protocol [RFC 2205]
– “ … allow users to communicate requirements to network in robust and efficient
way.” i.e., signaling !

Vorläufer als Internet-Signalisierprotokoll: ST-II [RFC 1819]
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
43
RSVP: Funktion – Multimedia-Multicast-Verwaltung

Signalisierung Sender  Netz
– Path Message: Router werden über Sender und seine Route imformiert
– Path Teardown: Router löschen die Informationen zum Pfad

Signalisierung Empfänger  Netz
– Reservation Message: Reserviere Ressourcen für Pfade zum Empfänger
– Reservation Teardown: Ziehe Reservierungen zurück

Signalisierung Netz  Host: Fehlermeldungen (Pfad / Reservierung)
Anmerkung:
Die Routenermittlung und Broadcast-Gruppen/Adressverwaltung werden
außerhalb von RSVP abgewickelt

Dynamik: Soft State - Konzept
– Bei Routern gespeicherte Zustandsinformationen verfallen nach Zeitintervall
– Sie müssen durch periodische RVSP-PDUs wieder aufgefrischt werden
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
44
RSVP: Einfache Audio Konferenz





Die Hosts H1, H2, H3, H4, H5 senden und empfangen
Multicast-Gruppe m1
Keine Filterung: Pakete aller Sender werden weitergeleitet
Audio-Rate: b
Es wird ein einziger Multicast-Routing-Spannbaum verwendet
H3
H2
R1
R2
R3
H4
H1
H5
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
45
RSVP: Pfadzustandsinformation in Routern

H1, …, H5 senden alle Pfadnachrichten an m1:
(address=m1, Tspec=b, filter-spec=no-filter,refresh=100)

Annahme: H1 sendet als erster
m1:
m1:
in L1
out
L2 L6
in
L7
out L3 L4
L6
m1: in
out L5
L7
H3
H2
L3
L2
H1
L1
R1
L6
R2
L5
L7
R3
L4
H4
H5
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
46
RSVP: Pfadzustandsinformation

als nächstes sendet H5
m1:
L6
L1
m1: in
out L1 L2 L6
in
L7
out L3 L4
L5 L6
m1: in
out L5 L6 L7
H3
H2
L3
L2
H1
L1
R1
L6
R2
L5
L7
R3
L4
H4
H5
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
47
RSVP: Pfadzustandsinformation


H2, H3, H5 senden jetzt auch
Zustandstabellen werden vervollständigt
m1:
L1 L2 L6
m1: in
out L1 L2 L6
in L3 L4 L7
out L3 L4 L7
L5 L6 L7
m1: in
out L5 L6 L7
H3
H2
L3
L2
H1
L1
R1
L6
R2
L5
L7
R3
L4
H4
H5
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
48
RSVP: Reservierungsnachrichten – Empfänger  Netz Signalisierung

Inhalt der Reservierungsnachrichten
– Benötigte Bandbreite
– Filtertyp:
» no filter: Alle Pakete der Gruppe benutzen die reservierten Ressourcen
» fixed filter: Reservierte Ressourcen nur für bestimmte Sender
» dynamic filter: Sender-Gruppe kann sich dynamisch ändern
– Filter-Spezifikation

Die Reservierungsnachrichten werden auf den Pfaden von einem
Empfänger hin zu den Sendern verbreitet und erzeugen in den
durchlaufenen Routern Empfänger-bezogene Zustandsinformation
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
49
RSVP: Empfänger-Ressourcenreservierung
H1 möchte von allen anderen Hosts der Gruppe Audio empfangen
 H1 Reservierungsnachricht fließt von H1 zu den Sendern
 H1 reserviert damit Bandbreite für 1 Audio-Strom
 Reservierungstyp “no filter” – jeder Sender nutzt reservierte
Bandbreite
H3
H2
L3
L2
H1
L1
R1
L6
R2
L5
L7
R3
L4
H4
H5
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
50
RSVP: Empfänger-Ressourcenreservierung


H1 Reservierungsnachricht fließt baumaufwärts zu den Sendern
Router und Hosts reservieren Bandbreite b, die benötigt wird, um
Audio zu H1 zu senden
L2
m1: in L1
out L1(b) L2
L6
L6
m1:
L2
H1
b
b
L1
R1
b
L6
L7
L7(b)
L7
L6
L6 (b) L7
m1: in L5
out L5
H2
L4
L4
in L3
out L3
b
R2
L5
b
L7
b
R3
L3
b
L4
H3
H4
H5
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
51
RSVP: Empfänger-Ressourcenreservierung



Als nächstes reserviert H2 Bandbreite b in Modus “no-filter”
H2 gibt an R1 weiter, R1 an H1, aber R2 (?)
R2 führt keine Aktion aus, da b auf L6 schon reserviert ist
L6
L2
m1: in L1
out L1(b) L2 (b) L6
m1:
b
L2
H1
b
b
b L1
R1
b
L6
L7
L7(b)
L7
L6
L6 (b) L7
m1: in L5
out L5
H2
L4
L4
in L3
out L3
b
R2
L5
b
L7
b
R3
L3
b
L4
H3
H4
H5
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
52
RSVP: Empfänger-Ressourcenreservierung -- Summenrate
Was passiert, wenn mehrere Sender (e.g., H3, H4, H5) gleichzeitig über einen Link
senden (e.g., L6)?
 Zufällige Überlagerung der Ströme
 Der Summenfluss über L6 wird per Leaky Bucket reglementiert (Policing): falls die
Summenrate b länger übersteigt, werden Paketverluste auftreten
L6
L2
m1: in L1
out L1(b) L2 (b) L6
m1:
b
L2
H1
b
b
b L1
R1
b
L6
L7
L7(b)
L7
L6
L6 (b) L7
m1: in L5
out L5
H2
L4
L4
in L3
out L3
b
R2
L5
b
L7
b
R3
L3
b
L4
H3
H4
H5
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
53
Kapitel 6: Übersicht
6.1 Multimedia Netzanwendungen
6.2 Audio- und Videostreaming
6.3 Realzeit Multimedia: Voice
over IP / Internet-Telephonie
6.4 Protokolle für RealzeitAnwendungen
RTP,RTCP,SIP
6.6 Über Best Effort hinaus
6.7 Scheduling und Policing
Mechanismen
6.8 Integrated Services und
Differentiated Services
6.9 RSVP
6.5 Multimedia-Verteilung im
Netz
H. Krumm, RvS, Informatik IV, Uni Dortmund mit Material von J.F Kurose and K.W. Ross (copyright 1996-2004)
54