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SICAP, a Shared-segment Inter-domain Control
Aggregation Protocol
Universidade de Lisboa
Maio de 2003
Rute Sofia (rsofia@seas.upenn.edu)1
Roch Gue’rin1 (guerin@ee.upenn.edu)
Pedro Veiga
 
(pedro.veiga@di.fc.ul.pt)
¡
Universidade da Pensilvania/
2
Universidade de Lisboa
rsofia@seas.upenn.edu – p. 1/42
< >
Introdução
1. Internet: estrutura, routing e hierarquia lógica
2. Qualidade de Serviço: porquê, plano de dados e de controlo; QoS
extremo-a-extremo
3. Agregação no Plano de Controlo: sink-trees (BGRP), shared-
segment (SICAP)
4. Comparação do desempenho do SICAP e do BGRP: estado, efi-
ciência de utilização da largura de banda, e carga de sinalização
5. Reduzir a carga de sinalização: Over-reservation: definição, como
distribuir e como libertar recursos
6. Conclusões e Trabalho em Curso
rsofia@seas.upenn.edu – p. 2/42
< >
Alguns detalhes sobre a Internet
INTERNET: plataforma simples, dedicada à investigação para
plataforma interactiva, e comercialmente atractiva:
Expansão geográfica
Número crescente de utilizadores: 600 milhões em 2002
Vantagens comerciais: (valores para 2004, $6.9 triliões)
(fonte: Forrester Research,
http://www.forrester.com)
Internacionalmente:
e-commerce=8.% vendas
Europa: 6% das vendas totais
rsofia@seas.upenn.edu – p. 3/42
< >
Routing na Internet
Tráfego encaminhado por routers (encaminhadores):
routing: estático ou dinâmico
Routing dinâmico: tipos de algoritmos
DISTANCE VECTOR: Border Gateway Protocol (BGP)
cada nodo mantém: (destino, custo, próximo hop)
propaga toda a tabela de routing periodicamente
entre vizinhos
LINK STATE: Open Shortest Path First (OSPF), Intermediate
System to Intermediate System (IS-IS)
propaga apenas ligações directas (LSP) a todos
rsofia@seas.upenn.edu – p. 4/42
< >
Routing na Internet (2)
rsofia@seas.upenn.edu – p. 5/42
< >
Routing na Internet (3)
Routers agrupados por regiões de routing - Sistemas Autónomos
(AS)
Interior: Internal Gateway Protocol, IGP: Routing Information
Protocol,RIP, OSPF, IS-IS
Fronteira: External Gateway Protocol, EGP: BGP
Routers na fronteira (boundary)
Routers interiores (core)
AS 1 AS 2
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Routing na Internet (4)
AS 1 AS 2
AS 3
IGP IGP
IGP
EGP
EGP
EGP
EGP
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Sistemas Autónomos
Grupo de redes sob a mesma administração; utiliza regras de
routing específicas.
Identificados por um número específico, ASN # (RCTS:
ASN1930; Vodafone PT: ASN 12353)
QUEM OBTÉM: entidades com routing próprio (que troquem
routing com outras zonas, RFC1930)
QUEM FORNECE: Réseaux IP Européens (RIPE) , American
Registry for Internet Numbers (ARIN), Asian Pacific Network
Information Center (APNIC)
rsofia@seas.upenn.edu – p. 8/42
< >
Organização de Sistemas Autónomos
Stub: ligação única a outro AS (tráfego é local
multihomed: ligações a mais do que um AS; apenas recebe (ou
envia tráfego)
transit:ligações a mais do que um AS; tem tráfego local e dos viz-
inhos.
AS 1
Multihomed
AS 2
STUB
AS 3
Transit
STUB
AS 4
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Estrutura da Internet
Um ISP *pode* ter mais do que um ASN; não tem a ver com
dimensão do ISP (Sprint, AT&T)
EGP troca informação sobre acordos entre providers. QUE
INFORMAÇÃO?
Relações entre providers: peering, customer-provider, siblings
Modelo “Tier-ISP”:
Tier-1: (10), AT&T, Sprint, Global One.
Tier-2: (100) regionais/país; compram tráfego a Tier-1 e
fazem peering entre si
Tier-3: ISPs menores
rsofia@seas.upenn.edu – p. 10/42
< >
Estrutura da Internet (2)
ISP Tier−2
ISP Tier−2
ISP Tier−2
ISP Tier−1
ISP Tier−1
ISP Tier−1
ISP Tier−2
ISP Tier−3
ISP Tier−3
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Estrutura da Internet (3)
AS
ASAS
AS
AS
AS
AS
AS
AS
AS
AS
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Routing Entre-ASs: BGP
Alcançabilidade (e não caminho óptimo)
BGP cria vectores de distância AS (AS Path): AS1930 AS2000
AS3200
tabelas de routing (vectores) trocadas periodicamente entre
vizinhos BGP
Informação tem soft-state
Informação trocada entre routers na fronteira de ASs (boundary
router, BR)
rsofia@seas.upenn.edu – p. 13/42
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Tabela de routing da Internet
Obtida da Telstra (http://www.potaroo.net/), mantida por Geoff Huston.
rsofia@seas.upenn.edu – p. 14/42
< >
Internet, heterogeneidade
Variadas tecnologias: PSTN, Cabo, DSL, redes móveis.
Como reservar recursos necessários a serviços multimedia
extremo-a-extremo (e2e)?
Cada link tem mais largura de banda do que a realmente
necessária: overprovisioning
OVERPROVISIONING:
Actualização contínua (NANOG, Casper 40%,50% do link) de
equipamento e de largura de banda
diferentes tecnologias usadas dificultam over-provisioning e2e
Custo elevado - routers
OVERPROVISIONING NÃO PODE SER USADA EXCLUSIVAMENTE E2E
rsofia@seas.upenn.edu – p. 15/42
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Qualidade de Serviço
Pode diferenciar serviços de acordo com requisitos
Eficiência da utilização de largura de banda; perdas de pacotes;
atraso, variação do atraso (jitter)
Foca-se na alocação eficiente de recursos, e na optimização do
desempenho
Mecanismos para gestão do encaminhamento de tráfego: PLANO
DE DADOS
Mecanismos de configuração e de fornecimento de recursos:
PLANO DE CONTROLO
rsofia@seas.upenn.edu – p. 16/42
< >
Planos de QoS
Controlo de admissao
QoS routing
Reserva de recursos
Proxy de video Interior SaidaIngresso
Plano de Controlo
Plano de Dados
Classificacao
Encaminhamento
 
 
 
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CiscoSystems
Cisco 7000 SERIES
CiscoSystems
Cisco 7000 SERIES
CiscoSystems
Cisco 7000 SERIES
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QoS, Plano de Dados
1994: Integrated Services (IntServ), RFC1663
fornecer suporte para serviços de voz e de vídeo a redes IP
GUARANTEED SERVICE: guarante que pacotes chegam com
atraso máximo especificado, independentemente de congestão
em filas; útil para serviços
CONTROLLED LOAD: assegura perdas baixas para redes não
congestionadas (reserva largura de banda)
Vantagens: qualidade de serviço por fluxo
Desvantagens: não escala: estado por fluxo; todos os routers têm
de compreender IntServ
rsofia@seas.upenn.edu – p. 18/42
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QoS, Plano de Dados (2)
1998: Differentiated Services (DiffServ)
fornece garantias para serviços na forma de classes - agregados
Funções mais complexas - fronteira de regiões
No interior, routers apenas diferenciam e encaminham tráfego de
acordo com Service Level Agreements
Classes: Per Hop Behaviours
EXPEDITED FORWARDING, EF: semelhante a uma linha virtual
dedicada: perdas baixas, garantias na latência e na variação do
atraso (VoD)
ASSURED FORWARDING, AF: framework, com 4 classes base.
Diferentes prioridades. Pacotes in-profile são entregues com el-
evada probabilidade (interactividade).
rsofia@seas.upenn.edu – p. 19/42
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QoS, Plano de Controlo
IntServ
Resource reSerVation Protocol, RSVP , sinaliza e estabelece
reservas (agregação, intra-AS)
DiffServ
SLAs (Bandwidth Brokers); estático; serviços sem elevada QoS
MULTIMÉDIA?
Estabelecimento e manutenção de reservas dentro de regiões
DiffServ (ASs): RSVP (IETF working-group Integrated
Services over Specific Link Layers (ISSLL), YESSIR
Solução dinâmica SÓ funciona dentro de domínios DiffServ!
QUAL A SOLUÇÃO DINÂMICA A APLICAR ENTRE AS?
rsofia@seas.upenn.edu – p. 20/42
< >
Plano de Controlo de QoS (2)
Next Steps in Signaling, NSIS: definição de mecanismos para
sinalização extremo-a-extremo; divisão entre sinalização intra e
inter-AS.
Ligações entre ASs podem experimentar grandes volumes de
tráfego
Routers nas fronteiras (BRs) mantêm informação relacionada
com essas reservas
Como evitar custo devido a estabelecimento de reservas? AGRE-
GAR ESTADO
Foco da investigação: Agregação de estado de controlo entre ASs
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Agregação no Plano de Controlo
COMO AGREGAR?
Granularidade:
Nível de fluxo: 1.09 biliões de endereços IP activos,
 
¡
¢
 
combinações possíveis
Prefixos de rede: depende da distribuição de endereços IP
por rede
Ao nível de AS - 13,000 ASes activos em 2002
Visibilidade:
um AS-hop
AS-Path
Mesmo AS destino
segmento de um AS-Path
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< >
Agregação no Plano de Controlo (2)
BGRP, sink-trees. criado sem estudo prévio sobre como agregar. Será
realmente a opção “óptima”?
Objectivo: Apresentar um novo protocolo de agregação baseada em
segmentos de um AS-path, SICAP e comparar o seu desempenho com
outra abordagem, o Border Gateway Reservation Protocol
MÉTRICAS
Estado
Eficiência da utilização da largura de banda
Número de mensagens de sinalização
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Exemplo, BGRP
Agrega na forma de
Sink-trees
Estabelecimento
efectuado em 2 fases:
probing/allocation
Desagrega pedidos
apenas no AS destino
(O(N))
Usa 3 mensagens,
PROBE/GRAFT/TEAR
AS1
AS3
AS4
AS2
PROBE(1) GRAFT(1)
GRAFT(2)
AS6
AS5
R1
Sink−tree A
R2
R3
PROBE(2)
PROBE(3)
GRAFT(3)
Sink−tree B
S2
E6
S1
E1
E2
E3 E4
E5
D2
D1
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Exemplo, SICAP
Agrega usando
segmentos partilhados
estabelecimento em 2
fases
destino do agregado
pode ser AS upstream
do destino do pedido
Agregados mais curtos
permitem acomodar
mais facilmente
pedidos futuros
Mensagens:
REQ/RESV/TEAR
AS1
AS3
RESV(1)REQ(1)
AS2
AS5
AS6
AS4
R1
A1A2
R2
A3
REQ(2) RESV(2)
S2
E1
E2
E3 E4
E5
S1 D1
D2
E6
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< >
SICAP, Algoritmo de Agregação
Weighted Deaggregation pointS Enhanced, WDS-E
Efectua agregação usando segmentos do caminho partilhados
por várias reservas
“Pesa” cada AS, baseado no número de vizinhos BGP down-
stream:
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¥
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¦
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¦
©
Casos especiais:: ASes com o mesmo peso
 ¡
e AS folhas, i.e.,
sem vizinhos downstream
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< >
SICAP, Algoritmo de Agregação
Weighted Deaggregation pointS Enhanced, WDS-E
Efectua agregação usando segmentos do caminho partilhados
por várias reservas
“Pesa” cada AS, baseado no número de vizinhos BGP down-
stream:
R1
W=2
IDL (D1)
Destination AS
Source AS
W=1 W=2 W=6 W=2 W=3
W=1
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SICAP, Algoritmo de Agregação
Weighted Deaggregation pointS Enhanced, WDS-E
Efectua agregação usando segmentos do caminho partilhados
por várias reservas
“Pesa” cada AS, baseado no número de vizinhos BGP down-
stream:
IDL (D1) IDL (D2)
R1
W=0
W=2
A3
A2A1
Source AS
Destination AS
W=3 W=1
rsofia@seas.upenn.edu – p. 26/42
< >
SICAP, Informação a manter nos Desagregadores Intermédios
Necessário manter mapeamento entre reservas e agregados:
Opção 1: Identificador de cada reserva mapeado aos
diferentes agregados ( não escala )
Opção 2: Mapear agregado com ASes destino a que o
agregado fornece acesso
ASes mapeados com prefixos de rede fornecidos pelo BGP.
SICAP utiliza a opção 2.
rsofia@seas.upenn.edu – p. 27/42
< >
Comparação do Desempenho do BGRP e SICAP
Eficiência da utilização da largura de banda: ambos usam
sistema “aditivo”,
 
¡
£
 £¢
Número de mensagens de sinalização: actualização de cada
agregado efectuada por reserva individual
Estado ?
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Contagem de Estado
Topologia dumbbell,
nível de AS
Agentes de agregação
colocados apenas nos
Border Routers
Entrada:
desagregação
Saída: agregação
Agentes usam
informaçao do BGP
Estado varia consoante
localização do router
D
P source AS N destination AS
RI
RIRI
RE
RE
RI
RERE
AS P
AS 1
K AS
AS P+1 AS P+K
AS P+K+N
AS P+K+1
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< >
Contagem de Estado
Topologia dumbbell,
nível de AS
Agentes de agregação
colocados apenas nos
Border Routers
Entrada:
desagregação
Saída: agregação
Agentes usam
informaçao do BGP
Estado varia consoante
localização do router
D
P source AS N destination AS
RI
RIRI
RE
RE
RI
RERE
AS P
AS 1
K AS
AS P+1 AS P+K
AS P+K+N
AS P+K+1
Reservas que saem
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Contagem de Estado
Topologia dumbbell,
nível de AS
Agentes de agregação
colocados apenas nos
Border Routers
Entrada:
desagregação
Saída: agregação
Agentes usam
informaçao do BGP
Estado varia consoante
localização do router
D
P source AS N destination AS
RI
RIRI
RE
RE
RI
RERE
AS P
AS 1
K AS
AS P+1 AS P+K
AS P+K+N
AS P+K+1
Reservas que chegam
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Contagem de Estado
Topologia dumbbell,
nível de AS
Agentes de agregação
colocados apenas nos
Border Routers
Entrada:
desagregação
Saída: agregação
Agentes usam
informaçao do BGP
Estado varia consoante
localização do router
D
P source AS N destination AS
RI
RIRI
RE
RE
RI
RERE
AS P
AS 1
K AS
AS P+1 AS P+K
AS P+K+N
AS P+K+1
Reservas passantes
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Contagem de Estado
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: estado no router
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Estado no AS
©
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¢¡
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 ¢
Edge Router
X pedidos
1 agregado
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Contagem de Estado
 ¢
: estado no router
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©
Estado no AS
©
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 ¢
Edge Router
X pedidos
1 agregado
In: 2X unidades Out: X+1 unidades
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Contagem de Estado
 ¢
: estado no router
¡
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Estado no AS
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Edge Router
1 agregado
X pedidos
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< >
Contagem de Estado
 ¢
: estado no router
¡
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Estado no AS
©
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¢¡
£
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 ¢
Edge Router
1 agregado
X pedidos
In: 1+X unidades Out: 2X unidades
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Contagem de Estado
 ¢
: estado no router
¡
, AS
©
Estado no AS
©
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¢¡
£
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 ¢
Edge Router
1 aggregado 1 agregado
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Contagem de Estado
 ¢
: estado no router
¡
, AS
©
Estado no AS
©
,
¢¡
£
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 ¢
Edge Router
1 aggregado 1 agregado
In: 2 unidades Out: 2 unidades
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Estado, avaliação
Simulações usando network simulator versão 2:
Pedidos de reserva: durações das reservas são exponenciais;
chegadas dos pedidos são aleatórias; pedido é uma fonte
ON/OFF
Chegada de pedidos modelada como processo de Poisson
Bloqueamento ignorado (estudo de estado)
Intensidade de pedidos: número médio de pedidos no sistema
Três tipos de pedidos:
Longa duração:
Média duração;
Mistos: 50% cada
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Cenário de Avaliação
34
33
32
31
30
29
28
27
9
26
8
25
7
24
6
23
5
22
4
21
3
20
19
2
18
1
17
0
16
15
14
13
12
11
10
49
48
47
46
45
44
43
42
41
40
39
38
37
36
35
Topologia Internet-like , gerada com
BRITE
50 ASes
Fontes distribuídas aleatoriamente
Destinos escolhidos de acordo com
distribuição real de endereços IP por
distância de ASes na Internet
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Cenário de Avaliação
 
 
 
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4
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4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
45
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
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5
5
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5
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6
6
6
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6
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7
7
8
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0
500
1000
1500
2000
2500
100 1000 5000 10000 50000
StateUnits
Requests per second
Avg State
BGRP, 20s
BGRP, 50% 20s, 50% 120s
BGRP, 20% 20s, 80% 120s
BGRP, 20% 120s, 80% 20s
BGRP, 120s
SICAP, 20s
SICAP, 50% 20s, 50% 120s
SICAP, 20% 20s, 80% 120s
SICAP, 20% 120s, 80% 20s
SICAP, 120s
rsofia@seas.upenn.edu – p. 32/42
Considerações
Ambos os protocolos reduzem significativamente o estado
SICAP apresenta melhores resultados do que BGRP
Nenhum dos protocolos diminui a carga de sinalização
Reduzir a frequência de actualização de cada agregado
fornecendo a cada um mais largura de banda do que a necessária no
instante
 
£
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over-reservation:
bR
t n
bO
bObA
bA
bandwidthunits
time
C, capacidade Link sai´da
= +
rsofia@seas.upenn.edu – p. 33/42
Over-reservation
AS4
AS5
b: 3/10
b: 5/5 b: 5/5
b: 5/5
PROBE(1,b=2)
PROBE(1,b=2)
GRAFT(1)
AS1
AS2
AS6
AS7
b: 10/10
A1b: 10/10
A2
R2, b=5 units
R1, b=2 units
S2
E2
E3
S1
E4E1 E6E5
E7
E8
D1
D2 AS2
AS6
AS7
AS1
AS3
AS4
AS5
b: 10/10b: 3/10
A2
RESV(1)
RESV(1)
REQ(1,b=2)
REQ(1,b=2)
A4
A5
A1
A3
b: 3/3
REQ(1,b=2)
RESV(1)
b: 4/4
R2, b=5 units
R1, b=2 units
S2
D1
D2
E2
E3
S1
E4E1 E6E5
E7
E8
Como obter uma fatia de largura de banda,
 ¡ 
, adequada ?
Cada vez que router recebe um pedido, propagar pedido
adicionando
  
Atrasar libertação de recursos
Como identificar agregados na primeira fase de estabelecimento?
não se sabe qual o caminho seguido pelo agregado;
rsofia@seas.upenn.edu – p. 34/42
Distribuição de Recursos
b
i
REQ(i, ) arrives
Send back RESV(i)
b
i
b
R b
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b
S
,
b
i
b
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REQ(i, )
Forward
b
i
REQ(i, )
b
i
B
RB
U
b
i
+  C
NO
YES
NO
Reject i
Send back REJ(i)
NO
YES
ComputeNO+ =b
A
(x) (x)
S
b (x) Forward
REQ(i, )(x)
Admit i
b
A
(x) +b
A
(x) x destination AS
is last AS ?
NO
Forward
to x destination
YES
x exists
YES
+  C
 ¢¡
£
 
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: largura de banda efectivamente em uso no link de saída
 ¢
: largura de banda requisitada pela reserva
¡
 
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: largura de banda efectivamente em uso pelo agregado
 ¦¥
£
 
¡
§
  
: largura de banda reservada para o agregado
 ©¨
: fatia de largura de banda a pedir a mais para o agregadorsofia@seas.upenn.edu – p. 35/42
Quanto pedir a mais,
 ¢¡
£
¤¥
Quantização:
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Função dinâmica:
 ¦


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( 
)10
23
¡540
(1)
rsofia@seas.upenn.edu – p. 36/42
Quanto pedir a mais (2)
 
¡
: calculado tendo em conta sistema sem memória e sistema
com memória
Sistema com memória utiliza variação do algoritmo Exponential
Moving Average (EMA),
0
¥
§
 

 
 
'3
©
0
¥
§3
©
 
¡
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0
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§
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§
 

£
 
'3
©
§
¥
§3
©
¥
 
¥
§
 

' 
¥¦
Estimativa é actualizada cada vez que chega um novo pedido e
tem em conta não só o demand do agregado, mas também o in-
tervalo entre pedidos
rsofia@seas.upenn.edu – p. 37/42
Atrasar a Libertação de Recursos
b
i
arrives)TEAR(i, b
A
b
A
b
i
+ B
R
?C= r(x)=1 ? b
i
TEAR(i, )Stop
b
i
TEAR(i, )
b
i
b
R
b
R
−
NO NO
YES YES
Forward
Quando libertar recursos?
2

£

 
¦
¡ 
¢
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¦
( 
)10
23
¡540
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 ¥
¦

Quanto libertar?
 ¢
, ou “fatia” da largura de banda reservada para o agregado, mas
não em uso,
 ¨§
¡
£
© 
¢
%¢
5
¢
%
¢
£ 
rsofia@seas.upenn.edu – p. 38/42
Detalhes de Implementação
Agregação de rotas e sobreposição de prefixos
AS1
AS4
AS6
AS3AS2
AS5
A1
192.168.0.0/16
192.168.0.0/16
192.168.0.0/16
192.168.2.0/24
R1: 192.168.4.10
R2: 192.168.2.1
rsofia@seas.upenn.edu – p. 39/42
Detalhes de Implementação
AS1
AS4
AS3AS2
A1
192.168.0.0/16
192.168.0.0/16
R1: 192.168.4.10
AS5
R2: 192.168.2.1
rsofia@seas.upenn.edu – p. 39/42
Detalhes de Implementação
Mensagens transportam valores pedidos por cada BR
¡
,
 ¨£


algumas reservas não são sinalizadas no último domínio
Actualização dos recursos over-reserved
mensagem REFRESH especial: identificadores de agregados; 1
mensagem por vizinho BGP
rsofia@seas.upenn.edu – p. 40/42
Algumas Conclusões e Trabalho em Curso
SICAP e BGRP: protocolos de agregação no plano de controlo,
utilizam diferentes abordagens de agregação
Agregação na forma de sink-trees (BGRP) não é abordagem
“óptima”: agregação usando segmentos partilhados (SICAP)
apresenta melhores resultados a nível de estado.
SICAP e BGRP não reduzem número de mensagens trocadas
face a mecanismo sem agregação: over-reservation é uma
solução possível para este problema
Desempenho do mecanismo de over-reservation está ser anal-
isado em termos de eficiência de largura de banda utilizada e de
probabilidade de bloqueamento.
rsofia@seas.upenn.edu – p. 41/42
Mais Informação
SICAP: http://rutesofia.no.sapo.pt
http://einstein.seas.upenn.edu/mnlab/publications.html
DiffServ, IntServ: http://www.ietf.org
BGP, ASs (estatística): Telstra, Geoff Huston,
http://www.potaroo.net/
Topologias “reais”: http://www.caida.org
Overprovisioning, monitorização: http://ipmon.sprint.com,
http://www.nanong.org (North American Network Operators’
Group
Traffic Engineering: http://www.infonet.fundp.ac.be/doc/articles.html
rsofia@seas.upenn.edu – p. 42/42

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SICAP: Protocolo de agregação de estado de controlo inter-domínio

  • 1. < > SICAP, a Shared-segment Inter-domain Control Aggregation Protocol Universidade de Lisboa Maio de 2003 Rute Sofia (rsofia@seas.upenn.edu)1 Roch Gue’rin1 (guerin@ee.upenn.edu) Pedro Veiga   (pedro.veiga@di.fc.ul.pt) ¡ Universidade da Pensilvania/ 2 Universidade de Lisboa rsofia@seas.upenn.edu – p. 1/42
  • 2. < > Introdução 1. Internet: estrutura, routing e hierarquia lógica 2. Qualidade de Serviço: porquê, plano de dados e de controlo; QoS extremo-a-extremo 3. Agregação no Plano de Controlo: sink-trees (BGRP), shared- segment (SICAP) 4. Comparação do desempenho do SICAP e do BGRP: estado, efi- ciência de utilização da largura de banda, e carga de sinalização 5. Reduzir a carga de sinalização: Over-reservation: definição, como distribuir e como libertar recursos 6. Conclusões e Trabalho em Curso rsofia@seas.upenn.edu – p. 2/42
  • 3. < > Alguns detalhes sobre a Internet INTERNET: plataforma simples, dedicada à investigação para plataforma interactiva, e comercialmente atractiva: Expansão geográfica Número crescente de utilizadores: 600 milhões em 2002 Vantagens comerciais: (valores para 2004, $6.9 triliões) (fonte: Forrester Research, http://www.forrester.com) Internacionalmente: e-commerce=8.% vendas Europa: 6% das vendas totais rsofia@seas.upenn.edu – p. 3/42
  • 4. < > Routing na Internet Tráfego encaminhado por routers (encaminhadores): routing: estático ou dinâmico Routing dinâmico: tipos de algoritmos DISTANCE VECTOR: Border Gateway Protocol (BGP) cada nodo mantém: (destino, custo, próximo hop) propaga toda a tabela de routing periodicamente entre vizinhos LINK STATE: Open Shortest Path First (OSPF), Intermediate System to Intermediate System (IS-IS) propaga apenas ligações directas (LSP) a todos rsofia@seas.upenn.edu – p. 4/42
  • 5. < > Routing na Internet (2) rsofia@seas.upenn.edu – p. 5/42
  • 6. < > Routing na Internet (3) Routers agrupados por regiões de routing - Sistemas Autónomos (AS) Interior: Internal Gateway Protocol, IGP: Routing Information Protocol,RIP, OSPF, IS-IS Fronteira: External Gateway Protocol, EGP: BGP Routers na fronteira (boundary) Routers interiores (core) AS 1 AS 2 rsofia@seas.upenn.edu – p. 6/42
  • 7. < > Routing na Internet (4) AS 1 AS 2 AS 3 IGP IGP IGP EGP EGP EGP EGP rsofia@seas.upenn.edu – p. 7/42
  • 8. < > Sistemas Autónomos Grupo de redes sob a mesma administração; utiliza regras de routing específicas. Identificados por um número específico, ASN # (RCTS: ASN1930; Vodafone PT: ASN 12353) QUEM OBTÉM: entidades com routing próprio (que troquem routing com outras zonas, RFC1930) QUEM FORNECE: Réseaux IP Européens (RIPE) , American Registry for Internet Numbers (ARIN), Asian Pacific Network Information Center (APNIC) rsofia@seas.upenn.edu – p. 8/42
  • 9. < > Organização de Sistemas Autónomos Stub: ligação única a outro AS (tráfego é local multihomed: ligações a mais do que um AS; apenas recebe (ou envia tráfego) transit:ligações a mais do que um AS; tem tráfego local e dos viz- inhos. AS 1 Multihomed AS 2 STUB AS 3 Transit STUB AS 4 rsofia@seas.upenn.edu – p. 9/42
  • 10. < > Estrutura da Internet Um ISP *pode* ter mais do que um ASN; não tem a ver com dimensão do ISP (Sprint, AT&T) EGP troca informação sobre acordos entre providers. QUE INFORMAÇÃO? Relações entre providers: peering, customer-provider, siblings Modelo “Tier-ISP”: Tier-1: (10), AT&T, Sprint, Global One. Tier-2: (100) regionais/país; compram tráfego a Tier-1 e fazem peering entre si Tier-3: ISPs menores rsofia@seas.upenn.edu – p. 10/42
  • 11. < > Estrutura da Internet (2) ISP Tier−2 ISP Tier−2 ISP Tier−2 ISP Tier−1 ISP Tier−1 ISP Tier−1 ISP Tier−2 ISP Tier−3 ISP Tier−3 rsofia@seas.upenn.edu – p. 11/42
  • 12. < > Estrutura da Internet (3) AS ASAS AS AS AS AS AS AS AS AS rsofia@seas.upenn.edu – p. 12/42
  • 13. < > Routing Entre-ASs: BGP Alcançabilidade (e não caminho óptimo) BGP cria vectores de distância AS (AS Path): AS1930 AS2000 AS3200 tabelas de routing (vectores) trocadas periodicamente entre vizinhos BGP Informação tem soft-state Informação trocada entre routers na fronteira de ASs (boundary router, BR) rsofia@seas.upenn.edu – p. 13/42
  • 14. < > Tabela de routing da Internet Obtida da Telstra (http://www.potaroo.net/), mantida por Geoff Huston. rsofia@seas.upenn.edu – p. 14/42
  • 15. < > Internet, heterogeneidade Variadas tecnologias: PSTN, Cabo, DSL, redes móveis. Como reservar recursos necessários a serviços multimedia extremo-a-extremo (e2e)? Cada link tem mais largura de banda do que a realmente necessária: overprovisioning OVERPROVISIONING: Actualização contínua (NANOG, Casper 40%,50% do link) de equipamento e de largura de banda diferentes tecnologias usadas dificultam over-provisioning e2e Custo elevado - routers OVERPROVISIONING NÃO PODE SER USADA EXCLUSIVAMENTE E2E rsofia@seas.upenn.edu – p. 15/42
  • 16. < > Qualidade de Serviço Pode diferenciar serviços de acordo com requisitos Eficiência da utilização de largura de banda; perdas de pacotes; atraso, variação do atraso (jitter) Foca-se na alocação eficiente de recursos, e na optimização do desempenho Mecanismos para gestão do encaminhamento de tráfego: PLANO DE DADOS Mecanismos de configuração e de fornecimento de recursos: PLANO DE CONTROLO rsofia@seas.upenn.edu – p. 16/42
  • 17. < > Planos de QoS Controlo de admissao QoS routing Reserva de recursos Proxy de video Interior SaidaIngresso Plano de Controlo Plano de Dados Classificacao Encaminhamento        ¡ ¡ ¢ ¢£¤ ¤ ¤ ¤ ¥ ¥ ¦¦§ CiscoSystems Cisco 7000 SERIES CiscoSystems Cisco 7000 SERIES CiscoSystems Cisco 7000 SERIES rsofia@seas.upenn.edu – p. 17/42
  • 18. < > QoS, Plano de Dados 1994: Integrated Services (IntServ), RFC1663 fornecer suporte para serviços de voz e de vídeo a redes IP GUARANTEED SERVICE: guarante que pacotes chegam com atraso máximo especificado, independentemente de congestão em filas; útil para serviços CONTROLLED LOAD: assegura perdas baixas para redes não congestionadas (reserva largura de banda) Vantagens: qualidade de serviço por fluxo Desvantagens: não escala: estado por fluxo; todos os routers têm de compreender IntServ rsofia@seas.upenn.edu – p. 18/42
  • 19. < > QoS, Plano de Dados (2) 1998: Differentiated Services (DiffServ) fornece garantias para serviços na forma de classes - agregados Funções mais complexas - fronteira de regiões No interior, routers apenas diferenciam e encaminham tráfego de acordo com Service Level Agreements Classes: Per Hop Behaviours EXPEDITED FORWARDING, EF: semelhante a uma linha virtual dedicada: perdas baixas, garantias na latência e na variação do atraso (VoD) ASSURED FORWARDING, AF: framework, com 4 classes base. Diferentes prioridades. Pacotes in-profile são entregues com el- evada probabilidade (interactividade). rsofia@seas.upenn.edu – p. 19/42
  • 20. < > QoS, Plano de Controlo IntServ Resource reSerVation Protocol, RSVP , sinaliza e estabelece reservas (agregação, intra-AS) DiffServ SLAs (Bandwidth Brokers); estático; serviços sem elevada QoS MULTIMÉDIA? Estabelecimento e manutenção de reservas dentro de regiões DiffServ (ASs): RSVP (IETF working-group Integrated Services over Specific Link Layers (ISSLL), YESSIR Solução dinâmica SÓ funciona dentro de domínios DiffServ! QUAL A SOLUÇÃO DINÂMICA A APLICAR ENTRE AS? rsofia@seas.upenn.edu – p. 20/42
  • 21. < > Plano de Controlo de QoS (2) Next Steps in Signaling, NSIS: definição de mecanismos para sinalização extremo-a-extremo; divisão entre sinalização intra e inter-AS. Ligações entre ASs podem experimentar grandes volumes de tráfego Routers nas fronteiras (BRs) mantêm informação relacionada com essas reservas Como evitar custo devido a estabelecimento de reservas? AGRE- GAR ESTADO Foco da investigação: Agregação de estado de controlo entre ASs rsofia@seas.upenn.edu – p. 21/42
  • 22. < > Agregação no Plano de Controlo COMO AGREGAR? Granularidade: Nível de fluxo: 1.09 biliões de endereços IP activos,   ¡ ¢   combinações possíveis Prefixos de rede: depende da distribuição de endereços IP por rede Ao nível de AS - 13,000 ASes activos em 2002 Visibilidade: um AS-hop AS-Path Mesmo AS destino segmento de um AS-Path rsofia@seas.upenn.edu – p. 22/42
  • 23. < > Agregação no Plano de Controlo (2) BGRP, sink-trees. criado sem estudo prévio sobre como agregar. Será realmente a opção “óptima”? Objectivo: Apresentar um novo protocolo de agregação baseada em segmentos de um AS-path, SICAP e comparar o seu desempenho com outra abordagem, o Border Gateway Reservation Protocol MÉTRICAS Estado Eficiência da utilização da largura de banda Número de mensagens de sinalização rsofia@seas.upenn.edu – p. 23/42
  • 24. < > Exemplo, BGRP Agrega na forma de Sink-trees Estabelecimento efectuado em 2 fases: probing/allocation Desagrega pedidos apenas no AS destino (O(N)) Usa 3 mensagens, PROBE/GRAFT/TEAR AS1 AS3 AS4 AS2 PROBE(1) GRAFT(1) GRAFT(2) AS6 AS5 R1 Sink−tree A R2 R3 PROBE(2) PROBE(3) GRAFT(3) Sink−tree B S2 E6 S1 E1 E2 E3 E4 E5 D2 D1 rsofia@seas.upenn.edu – p. 24/42
  • 25. < > Exemplo, SICAP Agrega usando segmentos partilhados estabelecimento em 2 fases destino do agregado pode ser AS upstream do destino do pedido Agregados mais curtos permitem acomodar mais facilmente pedidos futuros Mensagens: REQ/RESV/TEAR AS1 AS3 RESV(1)REQ(1) AS2 AS5 AS6 AS4 R1 A1A2 R2 A3 REQ(2) RESV(2) S2 E1 E2 E3 E4 E5 S1 D1 D2 E6 rsofia@seas.upenn.edu – p. 25/42
  • 26. < > SICAP, Algoritmo de Agregação Weighted Deaggregation pointS Enhanced, WDS-E Efectua agregação usando segmentos do caminho partilhados por várias reservas “Pesa” cada AS, baseado no número de vizinhos BGP down- stream:  ¢¡ £¤ ¥ ¤ ¦ §¨ ¦ © Casos especiais:: ASes com o mesmo peso  ¡ e AS folhas, i.e., sem vizinhos downstream rsofia@seas.upenn.edu – p. 26/42
  • 27. < > SICAP, Algoritmo de Agregação Weighted Deaggregation pointS Enhanced, WDS-E Efectua agregação usando segmentos do caminho partilhados por várias reservas “Pesa” cada AS, baseado no número de vizinhos BGP down- stream: R1 W=2 IDL (D1) Destination AS Source AS W=1 W=2 W=6 W=2 W=3 W=1 rsofia@seas.upenn.edu – p. 26/42
  • 28. < > SICAP, Algoritmo de Agregação Weighted Deaggregation pointS Enhanced, WDS-E Efectua agregação usando segmentos do caminho partilhados por várias reservas “Pesa” cada AS, baseado no número de vizinhos BGP down- stream: IDL (D1) IDL (D2) R1 W=0 W=2 A3 A2A1 Source AS Destination AS W=3 W=1 rsofia@seas.upenn.edu – p. 26/42
  • 29. < > SICAP, Informação a manter nos Desagregadores Intermédios Necessário manter mapeamento entre reservas e agregados: Opção 1: Identificador de cada reserva mapeado aos diferentes agregados ( não escala ) Opção 2: Mapear agregado com ASes destino a que o agregado fornece acesso ASes mapeados com prefixos de rede fornecidos pelo BGP. SICAP utiliza a opção 2. rsofia@seas.upenn.edu – p. 27/42
  • 30. < > Comparação do Desempenho do BGRP e SICAP Eficiência da utilização da largura de banda: ambos usam sistema “aditivo”,   ¡ £  £¢ Número de mensagens de sinalização: actualização de cada agregado efectuada por reserva individual Estado ? rsofia@seas.upenn.edu – p. 28/42
  • 31. < > Contagem de Estado Topologia dumbbell, nível de AS Agentes de agregação colocados apenas nos Border Routers Entrada: desagregação Saída: agregação Agentes usam informaçao do BGP Estado varia consoante localização do router D P source AS N destination AS RI RIRI RE RE RI RERE AS P AS 1 K AS AS P+1 AS P+K AS P+K+N AS P+K+1 rsofia@seas.upenn.edu – p. 29/42
  • 32. < > Contagem de Estado Topologia dumbbell, nível de AS Agentes de agregação colocados apenas nos Border Routers Entrada: desagregação Saída: agregação Agentes usam informaçao do BGP Estado varia consoante localização do router D P source AS N destination AS RI RIRI RE RE RI RERE AS P AS 1 K AS AS P+1 AS P+K AS P+K+N AS P+K+1 Reservas que saem rsofia@seas.upenn.edu – p. 29/42
  • 33. < > Contagem de Estado Topologia dumbbell, nível de AS Agentes de agregação colocados apenas nos Border Routers Entrada: desagregação Saída: agregação Agentes usam informaçao do BGP Estado varia consoante localização do router D P source AS N destination AS RI RIRI RE RE RI RERE AS P AS 1 K AS AS P+1 AS P+K AS P+K+N AS P+K+1 Reservas que chegam rsofia@seas.upenn.edu – p. 29/42
  • 34. < > Contagem de Estado Topologia dumbbell, nível de AS Agentes de agregação colocados apenas nos Border Routers Entrada: desagregação Saída: agregação Agentes usam informaçao do BGP Estado varia consoante localização do router D P source AS N destination AS RI RIRI RE RE RI RERE AS P AS 1 K AS AS P+1 AS P+K AS P+K+N AS P+K+1 Reservas passantes rsofia@seas.upenn.edu – p. 29/42
  • 35. < > Contagem de Estado  ¢ : estado no router ¡ , AS © Estado no AS © , ¢¡ £ £¥¤  ¢ Edge Router X pedidos 1 agregado rsofia@seas.upenn.edu – p. 30/42
  • 36. < > Contagem de Estado  ¢ : estado no router ¡ , AS © Estado no AS © , ¢¡ £ £¥¤  ¢ Edge Router X pedidos 1 agregado In: 2X unidades Out: X+1 unidades rsofia@seas.upenn.edu – p. 30/42
  • 37. < > Contagem de Estado  ¢ : estado no router ¡ , AS © Estado no AS © , ¢¡ £ £¥¤  ¢ Edge Router 1 agregado X pedidos rsofia@seas.upenn.edu – p. 30/42
  • 38. < > Contagem de Estado  ¢ : estado no router ¡ , AS © Estado no AS © , ¢¡ £ £¥¤  ¢ Edge Router 1 agregado X pedidos In: 1+X unidades Out: 2X unidades rsofia@seas.upenn.edu – p. 30/42
  • 39. < > Contagem de Estado  ¢ : estado no router ¡ , AS © Estado no AS © , ¢¡ £ £¥¤  ¢ Edge Router 1 aggregado 1 agregado rsofia@seas.upenn.edu – p. 30/42
  • 40. < > Contagem de Estado  ¢ : estado no router ¡ , AS © Estado no AS © , ¢¡ £ £¥¤  ¢ Edge Router 1 aggregado 1 agregado In: 2 unidades Out: 2 unidades rsofia@seas.upenn.edu – p. 30/42
  • 41. < > Estado, avaliação Simulações usando network simulator versão 2: Pedidos de reserva: durações das reservas são exponenciais; chegadas dos pedidos são aleatórias; pedido é uma fonte ON/OFF Chegada de pedidos modelada como processo de Poisson Bloqueamento ignorado (estudo de estado) Intensidade de pedidos: número médio de pedidos no sistema Três tipos de pedidos: Longa duração: Média duração; Mistos: 50% cada rsofia@seas.upenn.edu – p. 31/42
  • 42. < > Cenário de Avaliação 34 33 32 31 30 29 28 27 9 26 8 25 7 24 6 23 5 22 4 21 3 20 19 2 18 1 17 0 16 15 14 13 12 11 10 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 Topologia Internet-like , gerada com BRITE 50 ASes Fontes distribuídas aleatoriamente Destinos escolhidos de acordo com distribuição real de endereços IP por distância de ASes na Internet rsofia@seas.upenn.edu – p. 32/42
  • 43. < > Cenário de Avaliação       ¡ ¡ ¡ ¢£ ¤¤¤¥¥ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦§ § § § § § § § ¨¨¨¨¨¨©©©©©© !!!!!! ################## $ $ $ % % % ' ' ( ( ( () ) ) ) 00001111 22222223333333 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 45 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 7 7 7 8 89 9 @@A B B B B B BC C C C C C D D D D D D D D D D D DE E E E E E E E E E FFFFFFFFFFFFFFFGGGGGGGGGGGGGGG 0 500 1000 1500 2000 2500 100 1000 5000 10000 50000 StateUnits Requests per second Avg State BGRP, 20s BGRP, 50% 20s, 50% 120s BGRP, 20% 20s, 80% 120s BGRP, 20% 120s, 80% 20s BGRP, 120s SICAP, 20s SICAP, 50% 20s, 50% 120s SICAP, 20% 20s, 80% 120s SICAP, 20% 120s, 80% 20s SICAP, 120s rsofia@seas.upenn.edu – p. 32/42
  • 44. Considerações Ambos os protocolos reduzem significativamente o estado SICAP apresenta melhores resultados do que BGRP Nenhum dos protocolos diminui a carga de sinalização Reduzir a frequência de actualização de cada agregado fornecendo a cada um mais largura de banda do que a necessária no instante   £ ¡ over-reservation: bR t n bO bObA bA bandwidthunits time C, capacidade Link sai´da = + rsofia@seas.upenn.edu – p. 33/42
  • 45. Over-reservation AS4 AS5 b: 3/10 b: 5/5 b: 5/5 b: 5/5 PROBE(1,b=2) PROBE(1,b=2) GRAFT(1) AS1 AS2 AS6 AS7 b: 10/10 A1b: 10/10 A2 R2, b=5 units R1, b=2 units S2 E2 E3 S1 E4E1 E6E5 E7 E8 D1 D2 AS2 AS6 AS7 AS1 AS3 AS4 AS5 b: 10/10b: 3/10 A2 RESV(1) RESV(1) REQ(1,b=2) REQ(1,b=2) A4 A5 A1 A3 b: 3/3 REQ(1,b=2) RESV(1) b: 4/4 R2, b=5 units R1, b=2 units S2 D1 D2 E2 E3 S1 E4E1 E6E5 E7 E8 Como obter uma fatia de largura de banda,  ¡  , adequada ? Cada vez que router recebe um pedido, propagar pedido adicionando    Atrasar libertação de recursos Como identificar agregados na primeira fase de estabelecimento? não se sabe qual o caminho seguido pelo agregado; rsofia@seas.upenn.edu – p. 34/42
  • 46. Distribuição de Recursos b i REQ(i, ) arrives Send back RESV(i) b i b R b i b S , b i b i REQ(i, ) Forward b i REQ(i, ) b i B RB U b i + C NO YES NO Reject i Send back REJ(i) NO YES ComputeNO+ =b A (x) (x) S b (x) Forward REQ(i, )(x) Admit i b A (x) +b A (x) x destination AS is last AS ? NO Forward to x destination YES x exists YES + C  ¢¡ £   ¡¤£ : largura de banda efectivamente em uso no link de saída  ¢ : largura de banda requisitada pela reserva ¡   ¡ : largura de banda efectivamente em uso pelo agregado  ¦¥ £   ¡ §    : largura de banda reservada para o agregado  ©¨ : fatia de largura de banda a pedir a mais para o agregadorsofia@seas.upenn.edu – p. 35/42
  • 47. Quanto pedir a mais,  ¢¡ £ ¤¥ Quantização:  §¦ £ ¨©   ¡ Função dinâmica:  ¦ £ ¡ ¦ £ ¡ ! $# %© '  ¥ '  ¢ ¦ (  )10 23 ¡540 (1) rsofia@seas.upenn.edu – p. 36/42
  • 48. Quanto pedir a mais (2)   ¡ : calculado tendo em conta sistema sem memória e sistema com memória Sistema com memória utiliza variação do algoritmo Exponential Moving Average (EMA), 0 ¥ §       '3 © 0 ¥ §3 ©   ¡ : 0 ! ¥ §   £ ¡ £¢ ¢ % £ £¢ ¢ %, onde  ¤ ¥ §   £   '3 ©  ¤ ¥ §3 © ¥   ¥ §   '  ¥¦ § ¥ §   £   '3 © § ¥ §3 © ¥   ¥ §   '  ¥¦ Estimativa é actualizada cada vez que chega um novo pedido e tem em conta não só o demand do agregado, mas também o in- tervalo entre pedidos rsofia@seas.upenn.edu – p. 37/42
  • 49. Atrasar a Libertação de Recursos b i arrives)TEAR(i, b A b A b i + B R ?C= r(x)=1 ? b i TEAR(i, )Stop b i TEAR(i, ) b i b R b R − NO NO YES YES Forward Quando libertar recursos? 2 £   ¦ ¡  ¢ !¢ £  ¤ ¡ ¦ (  )10 23 ¡540 ¦ ¥£ ¡ ¦  ¥ ¦ Quanto libertar?  ¢ , ou “fatia” da largura de banda reservada para o agregado, mas não em uso,  ¨§ ¡ £ ©  ¢ %¢ 5 ¢ % ¢ £  rsofia@seas.upenn.edu – p. 38/42
  • 50. Detalhes de Implementação Agregação de rotas e sobreposição de prefixos AS1 AS4 AS6 AS3AS2 AS5 A1 192.168.0.0/16 192.168.0.0/16 192.168.0.0/16 192.168.2.0/24 R1: 192.168.4.10 R2: 192.168.2.1 rsofia@seas.upenn.edu – p. 39/42
  • 51. Detalhes de Implementação AS1 AS4 AS3AS2 A1 192.168.0.0/16 192.168.0.0/16 R1: 192.168.4.10 AS5 R2: 192.168.2.1 rsofia@seas.upenn.edu – p. 39/42
  • 52. Detalhes de Implementação Mensagens transportam valores pedidos por cada BR ¡ ,  ¨£ algumas reservas não são sinalizadas no último domínio Actualização dos recursos over-reserved mensagem REFRESH especial: identificadores de agregados; 1 mensagem por vizinho BGP rsofia@seas.upenn.edu – p. 40/42
  • 53. Algumas Conclusões e Trabalho em Curso SICAP e BGRP: protocolos de agregação no plano de controlo, utilizam diferentes abordagens de agregação Agregação na forma de sink-trees (BGRP) não é abordagem “óptima”: agregação usando segmentos partilhados (SICAP) apresenta melhores resultados a nível de estado. SICAP e BGRP não reduzem número de mensagens trocadas face a mecanismo sem agregação: over-reservation é uma solução possível para este problema Desempenho do mecanismo de over-reservation está ser anal- isado em termos de eficiência de largura de banda utilizada e de probabilidade de bloqueamento. rsofia@seas.upenn.edu – p. 41/42
  • 54. Mais Informação SICAP: http://rutesofia.no.sapo.pt http://einstein.seas.upenn.edu/mnlab/publications.html DiffServ, IntServ: http://www.ietf.org BGP, ASs (estatística): Telstra, Geoff Huston, http://www.potaroo.net/ Topologias “reais”: http://www.caida.org Overprovisioning, monitorização: http://ipmon.sprint.com, http://www.nanong.org (North American Network Operators’ Group Traffic Engineering: http://www.infonet.fundp.ac.be/doc/articles.html rsofia@seas.upenn.edu – p. 42/42