Quality of Service

1. Quality of Service v1.4b Guillaume Lehmann 2005

2. 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

3. 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.

4. Présentation Est-ce les flux prioritaires qui saturent la BP ? Le % de temps de saturation par jour est-il important ? 2 types d’approches 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

5. 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 d’action

6. Où est-ce nécessaire ? • 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.

7. Positionnement de la QoS Action de la QoS avant le goulot d’étranglement Action de la QoS sur le récepteur Action de la QoS sur le goulot d’étranglement Trafic réseau Capacité du réseau Congestion ou saturation

8. Positionnement de la QoS Configuration de la QoS au niveau 2 LAN Configuration de la QoS au niveau 3 LAN WAN LAN

9. 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 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).

10. Les différentes étapes de la gestion de trafic • 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).

11. Les différentes façons de gérer le trafic 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 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.

12. Les différentes façons de gérer le trafic

13. Les différentes façons de gérer le trafic FIFO Trafic shaping ou policing Priorité ou Gestion évoluée des files d’attentes Ordre de mise en place Préparer le trafic Gestion plus fine des congestions et des saturations

14. Precedence • 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.

15. 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/CS6/CS7).

16. DiffServ

17. 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 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.

18. 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 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.

19. 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.

20. 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

21. 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 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

22. La QoS sur les switchs Super Stack 4400 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

23. La QoS sur les switchs Super Stack 4400 Port x Mise en forme 1 File d’attente 1 Classificateur 2 Classificateur 1 Classificateur 3 Trafic Trafic File d’attente par défaut Trafic Trafic Trafic Trafic Mise en forme 1 File d’attente 2 Trafic Mise en forme 2 File d’attente 3

24. La QoS sur les switchs Super Stack 4400 Créer 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’attentes trafficManagement qos trafficQueue serviceMode [WRR,SPQ] • Créer des modèles de mise en forme de trafic trafficManagement qos trafficShape create <numModele> <nomModele> <debMoyEgress(Mb/s)> <surplusDebEgress(kB/s)> Comportement en dégradé si debMoyEgress > 65Mbit/s dans certaines configurations • Classer le trafic trafficManagement qos classifier create <numClass> <nomClass> <typeClass> <paramTypeClass>

25. La QoS sur les switchs Super Stack 4400 Créer un profil regroupant les paramètres précédemment 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>

26. 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 qu’au 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.

27. La QoS sur les switchs Super Stack 4400 Traffic shapping sur U1p24 Exemple de mise en place 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 1:1 102 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 1:24 105

28. Conclusion • 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.

29. Questions Thats’ all folk !