Quality of Service

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Quality of Service

• v1.4b
• Guillaume Lehmann
• 2005

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Plan

• 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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Présentation

• 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.

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Présentation

• 2 types dapproches

Est-ce les flux prioritaires qui saturent la BP
? Le de temps de saturation par jour est-il
important ?
OUI
NON
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
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Où peut-on retrouver de la QoS ?

• Dans les switchs
• 802.1p
• Dans les routeurs
• RSVP, IP, TCP,
• Dans les protocoles
• MPLS, ATM, FR

La QoS peut-être gérée de bout en bout ou de
proche en proche selon notre zone daction
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Où est-ce nécessaire ?

• Chez un fournisseur daccès (à Internet)
• Un réseau avec plusieurs utilisateurs nayant pas
  souscrit aux mêmes abonnements.
• Chez un particulier/PME
• Un accès Internet avec une bande-passante limitée
  (trafics avec des volumes importants mais
  sporadiques gt 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 dun service
  dégradé aux utilisateurs.
• Un site dune 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.

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Positionnement de la QoS
Action de la QoS avant le goulot détranglement
Action de la QoS sur le récepteur
Action de la QoS sur le goulot détranglement
Trafic réseau
Capacité du réseau
Congestion ou saturation
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Positionnement de la QoS
Configuration de la QoS au niveau 2
LAN
Configuration de la QoS au niveau 3
LAN
WAN
LAN
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Gérer la qualité de service

• 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
  quemprunteront 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).

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Les différentes étapes de la gestion de trafic

• La file dattente.
• 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.
• Lordonnanceur.
• 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).

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Les différentes façons de gérer le trafic

• Les files dattente
• FIFO (First In First Out). Cest le principe du
  best effort (à la queue leu leu !).
• Traffic Shaping repose sur lalgorithme du
  leaky-bucket un trafic erratique est lissé en
  temporisant les pics de trafic.
• Policing repose sur lalgorithme du token-bucket
  les pics de trafic sont écrêtés.
• Priorité (SPQ pour Strict Priority Queuing)
  tant quil y a des paquets prioritaires dans la
  file dattente, 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 dautres (les ESF aux
  remontées mécaniques) ssi congestion. WRR
  (Weighted Round Robin)
• RED (Random Early Detection) intervient avant la
  congestion. Des paquets sont aléatoirement
  rejetés lorsquon sapproche 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 dattente sont traités avant de
  passer à la prochaine file dattente. Chaque file
  correspond à un flux, et N est toujours le même,
  quel que soit la file dattente, donc quel que
  soit le flux.
• Le marquage
• ECN (Explicit Congestion Notification) est un
  nouveau champ dans TCP il est indiqué
  explicitement à TCP quil y a congestion plutôt
  que de le laisser sen rendre compte tout seul.
  ECN est associé à la file dattente RED (RFC
  3168).
• DSCP (Differenciated Service Code Point). Voir
  DiffServ dans cette présentation.

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Les différentes façons de gérer le trafic
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 dentrée 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 dentrée et plusieurs point de sortie. Ingress
Priorité Liens bas débits, applications très prioritaires
WFQ Au sein du réseau, sur des liens à bas et moyens débits pour gérer les congestions
WRED Au sein du réseau, sur des liens à hauts débits, pour prévenir les congestions
SFQ Goulot détranglement où lon ne veut pas quune session accapare la bande-passante.
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Les différentes façons de gérer le trafic
FIFO
Trafic shaping ou policing
Priorité ou Gestion évoluée des files dattentes
Ordre de mise en place
Préparer le trafic
Gestion plus fine des congestions et des
saturations
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Precedence

• On sappuit 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.

IP Precedence TOS 0
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DiffServ

• 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/CS
  6/CS7).

DSCP (6bits Sélecteur de classe (3) Drop precedence (3) ) ECP (2 bits)
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DiffServ
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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IntServ

• 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 nest 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 dadmission vérifier que la prise
  en compte de la demande de QoS dun nouveau flux
  ne remet pas en cause les réservation des autres
  flux actuellement enregistrés
• La classificateur affecter une classe de
  service aux paquets entrants
• Lordonnanceur gestion des files dattente des
  paquets sortants
• Réservation réserver des ressources permettant
  de paramétrer le classificateur et
  lordonnanceur, à la demande du RSVP.

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IntServ

• 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 dun
  descripteur de flux
• Flowspec spécificateur de flux. QoS désirée
  pour configurer lordonnanceur.
• Filterspec filtre de flux. Caractéristiques du
  flux pour configurer le classificateur de paquet.

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IntServ

• Plusieurs styles de réservation
• Wildcard-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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IntServ
Comment un récepteur décrit-il la qualité de
service voulue ?

• Classe de service
• Un service de contrôle de charge
• Un service garanti

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

Cette présentation ne rentrera pas plus dans le
détail !

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

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802.1p

• 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
  lorsquelles 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

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La QoS sur les switchs Super Stack 4400

• On va définir les différents composants dun
  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 sil faut gérer avec de la QoS le
  trafic rencontré.
• En cas de saturation
• quelle file dattente stocke le trafic ? gt
  caractéristiques de la file dattente (priorités
  802.1p, DSCP, ).
• La gestion des différentes files dattentes
  entres-elles
• Dans un fonctionnement normal
• Un modèle de mise en forme de trafic

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La QoS sur les switchs Super Stack 4400
Port x
Mise en forme 1
File dattente 1
Classificateur 2
Classificateur 1
Classificateur 3
Trafic
File dattente par défaut
Trafic
Trafic
Trafic
Trafic
Trafic
Mise en forme 1
File dattente 2
Trafic
Mise en forme 2
File dattente 3
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La QoS sur les switchs Super Stack 4400

• Créer les files dattente et modèles de trafic
  shaping
• Créer les niveaux de priorité/les files dattente
• trafficManagement qos serviceLevel create
  ltnumFilegt ltnomFilegt ltprio802.1pgt
  ltcodePointDiffServgt
• Le switch ne prend en compte que le 802.1p
  lorsquil doit prioriser un flux par rapport à un
  autre.
• Définir la gestion des files dattentes
• trafficManagement qos trafficQueue serviceMode
  WRR,SPQ
• Créer des modèles de mise en forme de trafic
• trafficManagement qos trafficShape create
  ltnumModelegt ltnomModelegt ltdebMoyEgress(Mb/s)gt
  ltsurplusDebEgress(kB/s)gt
• Comportement en dégradé si debMoyEgress gt
  65Mbit/s dans certaines configurations
• Classer le trafic
• trafficManagement qos classifier create
  ltnumClassgt ltnomClassgt lttypeClassgt ltparamTypeClassgt

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La QoS sur les switchs Super Stack 4400

• Créer un profil regroupant les paramètres
  précédemment configurés et laffecter à un port
• Créer le profil
• trafficManagement qos profile create ltnumProfilgt
  ltnomProfilgt
• Y insérer une ou plusieurs classe(s)
• trafficManagement qos profile addClassifierltnumPr
  ofilgt ltnumClassInséréegt ltnumServiceLevelgt
• Y insérer un modèle de mise en forme de trafic
• trafficManagement qos profile addShaper
  ltnumProfilgt ltnumModeleInsérégt
• Assigner le profil créé à un port
• trafficManagement qos profile assign ltnumPortgt
  ltnumProfilgt

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La QoS sur les switchs Super Stack 4400

• Exemple 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 quau niveau LAN (pas de
  marquage spécifique en IP).

Traffic shapping sur U1p24
Priorités sur U1p1
Attention ! Mettre de la mise en forme de trafic
en entrée du switch et pas en sortie. Mettre la
gestion des priorités en sortie du switch et pas
en entrée. Les différents flux à prioriser
doivent arriver dans le switch par le même port.
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La QoS sur les switchs Super Stack 4400

• Exemple de mise en place

Traffic shapping sur U1p24
Priorités sur U1p1
Pour les priorités sur U1p1 trafficManagement qos
trafficQueue serviceMode SPQ trafficManagement
qos classifier create 101 ClassMoins ipAddr
192.168.0.17 32 trafficManagement qos classifier
create 102 ClassPlus ipAddr 192.168.0.19
32 trafficManagement qos profile create 106
ProfilTestOut trafficManagement qos profile
addClassifier 106 101 2 trafficManagement qos
profile addClassifier 106 102 5 trafficManagement
qos profile assign 11 102
Pour la mise en forme de trafic sur
U1p24 trafficManagement qos trafficShape create 2
MonShIn 20 4 trafficManagement qos profile create
105 ProfilTestIn trafficManagement qos profile
addShaper 105 2 trafficManagement qos profile
assign 124 105
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Conclusion

• Sujet complexe, souvent mal maîtrisé.
• Par manque de compétences, les administrateurs
  réseaux préfèrent augmenter la bande-passante que
  dessayer 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 dimplémenter
  de la QoS de haute voltige sur un réseau, des
  postes de travail ou des serveurs.

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Questions

• Thats all folk !