Named Data Networking Operational Aspects - IoT as a Use-case
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
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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
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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
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5. < >
Routing na Internet (2)
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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
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7. < >
Routing na Internet (4)
AS 1 AS 2
AS 3
IGP IGP
IGP
EGP
EGP
EGP
EGP
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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)
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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
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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
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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
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12. < >
Estrutura da Internet (3)
AS
ASAS
AS
AS
AS
AS
AS
AS
AS
AS
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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)
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14. < >
Tabela de routing da Internet
Obtida da Telstra (http://www.potaroo.net/), mantida por Geoff Huston.
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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
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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
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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
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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
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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).
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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?
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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
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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
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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
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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
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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
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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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