dominique present i.u.t. de marne la vallée flux...

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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

S e r v e u rh ttp

routeurrouteur

Débit garantiDébit non garanti

Débit garanti

Prestatairede service

Sur Internet :• le débit n’est pas garanti• l’isochronisme n’est pas possible


Vidéo numérique : accorder Formats et Débits

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Réseau local

Connexion Professionnel- Professionnel

Internet

S e r v e u rh ttp

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


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


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


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) ;


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 routeurstraversés ;• 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


Un trafic composite à gérer

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�� flux constant

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02468

��flux variable 1

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0

5

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�02468

��flux variable 2

débit moyen

rafaleDébit maximum

durée

Trafic composite

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Règles de gestion du trafic

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Trafic composite

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0

5

10

15

Ecrêtage (policing) :• les paquets sont détruits par ordre de priorité croissante• le taux de perte augmente

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��0

5

10

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Lissage (shaping) :• les paquets sont stockés et transmis dès que le débit diminue• la latence augmente

Régulation du trafic

Paquets retardés

Paquets détruits


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


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)


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)


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


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) $$$$


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

15432

• 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).


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

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