Multimedia Networking

Quality of Service

Quality of Service

• Isu:– Aplikasi media adalah intensif-bandwith– Membutuhkan delay dan jitter yang rendah– Network harus menyediakan QoS untuk kinerja baik

• Internet tidak menyediakan QoS• Perlu fitur “tambahan” untuk mendapatkan QoS:

– Packet classification, policing, scheduling, call admission

• Arsitektur QoS– Integrated Services– Differentiated Services

Requirements untuk QoS

• Lihat model sederhana untuk melihat pengaruh sharing dan congestion– Dua “flows” sharing link antara R1 dan R2– Output queue dari R1 yang diperhatikan

Skenario 1• Aplikasi audio dan FTP share link

– Audio: 1 Mbps (membutuhkan delay rendah)– FTP: sebanyak mungkin (tidak ada time constraint)

• Priority scheduling:– Selalu forward paket audio sebelum FTP– Menjamin audio mendapatkan QoS yang baik

• Packet marking: menandai paket audiosebagai prioritas tinggi

Klasifikasi Paket

• Lebih general dibanding menandai satu class paket adalah klasifikasi paket– Klasifikasi berdasarkan pada siapa yang mengirim

jenis paket• IP source, IP destination, source port, destination port,

protocol type, …– Kebijakan menentukan service paket apa yang

didapat• Misal: “all packets from 128.252.*.* low priority”

• Prinsip 1 QoS:“Klasifikasi paket menfasilitasi router untuk membedakan antar paket untuk membedakan classes of traffic.”

Skenario 2• Jika audio memiliki prioritas lebih tinggi dari FTP,

dapat menyebabkan kesulitan FTP dengan mengirim 1.5 Mbps– Mungkin karena malicious atau erroneous

• Flows harus diisolasi satu sama lain– Malicious flow tidak dapat menurunkan service lainnya

Isolasi dan Kebijakan

• Prinsip 2 QoS:“Memungkinkan menerapkan derajat isolasi antar traffic flows, maka satu flow tidak dirugikan oleh misbehavinf flow lainnya.”

• Kebijakan dapat mengontrol traffic– Klasifikasi mengenali suatu paket termasuk

pada flow tertentu– Jika paket tidak memenuhi spesifikasi flow

tertentu, paket didelay atau didrop– Mekanisme kontrol rate: leaky bucket

(dibahas kemudian)

Skenario 3• Alokasi ketat sumber daya untuk flow

– Tidak membolehkan penggunakan bandwith yang tidak terpakai

– Jika audio dipause, FTP tidak dapat menggunakan bandwidth

• Prinsip 3 QoS 3:“Selain melakukan isolasi antar flow, dapat mengatur penggunaan resources (bandwidth) seefisien mungkin.”

Skenario 4• Bagaimana jika dua aplikasi dengan prioritas yang

sama overload kapasitas link?– Misal, dua aplikasi audio membutuhkan 2 Mbps

• Keduanya masih dapat berbagi link meskipun dengan 0.75 Mbps– Kinerja buruk untuk keduanya

Admisi Call

• Tidak dapat menggunakan bandwith lebih dari yang ada

• Prinsip 4 QoS:

“Proses admisi call dibutuhkan dimana flow menyatakan requirement QoS-nya dan kemudian diakui network (pada QoS yang disyaratkan) atau diblok dari network (jika QoS tidak dapat dipenuhi)”

QoS Requirements

Mekanisme Scheduling dan Policing

• Scheduling:– FIFO– Priority Queuing– Round Robin– Weighted Fair Queuing

• Policing:– Leaky Bucket

• Delay maksimum

Scheduling: FIFO• First-In-First-Out

– Packets diforward sesuai urutan kedatangan• Discard policy (when buffer is full and packet

arrives):– Buang paket yang datang (tipikal)– Buang paket yg datang atau salah satu yg ada di

buffer tergantung policy (kapan ini digunakan?)

Scheduling: Priority Queuing• Antrian berbeda untuk class berbeda

– Kalsifikasi menentukan paket masuk antrian yg mana• Transmit paket dari class prioritas tertinggi dgn non-

empty queue• Preemptive dan non- preemptive

Contoh Antrian Prioritas

• Non- preemptive

Round Robin• Tidak seperti antrian prioritas, perlakuan equal untuk tiap

class yang berbeda• Transmit class 1, kemudian class 2, kemudian class 1, …• Tetap berjalan, dengan cepat ke class berikutnya jika salah

satu class kosong

Scheduling: WFQ• Weighted Fair Queuing• Generalisasi abstraksi Round Robin

– Memberi weight wi untuk tiap class– Tiap class mendapat R * wi / (Ówk) throughput (rata-rata)

Paketisasi• Problem dalam algoritma scheduling?• Bagaimana flow mengeksploitasi

scheduling dan mendapatkan bandwidth lebih banyak dari flow lain yang memiliki prioritas yang sama?

• Kirim paket dengan ukuran sangat besar– Penentuan scheduling dilakukan berdasarkan

per-paket selain per-bit

• Algoritma yang lebih kompleks menyertakan mekanisme ini

Policing• Bagaimana menentukan rate dimana flow

diperbolehkan dikirim?– Average rate: interval penting

• 100 pkts/sec = 6000 pkts/sec ??

– Peak rate: maximum rate untuk short time– Burst rate: maximum packets in an instant

• Mekanisme Leaky Bucket dapat melaksanakan average dan burst

Leaky Bucket• Transmit jika token paket untuk paket tersedia• Rate r menentukan average, bucket size b

membatasi burst

Leaky Bucket + WFQ• Rate maksimum untuk interval t adalah rt+b• Burst maksimum adalah b• Dengan WFQ: tiap flow is dikontrol oleh leaky bucket

dengan ri dan bi

Delay Bound• Delay maksimum untuk paket dalam flow i:

– Diteruskan lewat leaky bucket• Tidak ada delay jika dikirim pada rate yang

ditentukan– b packets didepannya (packet adalah burst terakhir)– Flow mendapatkan R * wi / (Ówk ) bandwidth

• Delay maksimum terbatas pada:

ki

i

wwR

bd

/max

•Delay yang terjamin sangat penting pada QoS

Arsitektur QoS

• Pendekatan 1: Integrated Services– Penerapan QoS pada tiap hop dalam

network

• Pendekatan 2: Differentiated Services– Melaksanakan pada network edge– Menyederhanakan network core

Integrated Services• Reservasi resource ditiap router pada path

– Butuj per-flow state (=> “virtual circuit” J)– Butuh call setup– Setiap router menerapkan spesifikasi QoS

Call Setup (1)• Session menyatakan requirement QoS-nya

– R- spec: spesifikasi QoS– T- spec: spesifikasi traffic

• Protokol signaling membawa R- spec dan T- spec melalui network

• Router mempertimbangkan apakah admit call– Check resource yang teralokasi– Check jikaf R- spec dan T-spec masih “fit” didalamnya

• RSVP (ReSerVation Protocol) digunakan untuk task ini

Call Setup (2)

IntServ Traffic Classes• Guaranteed QoS:

– Batas tetap queuing delay pada routers– Untuk aplikasi hard real-time dengan

requirement delay sensitif

• Controlled Load:– Pendekatan serupa QoS dari unloaded router– Untuk aplikasi real-time yg bekerja baik pada

unloaded Internet (mis., audio, video, …)

Differentiated Services• Problem dengan IntServ:

– Skalabilitas: membutuhkan per-flow state ditiap router– Service classes sedikit: tidak ada prioritas eksplisit

• Differentiated Services:– Membedakan antara edge routers dan core routers– Leaf routers (edge router):

• Klasifikasi paket (dalam “behavior aggregates” yg berbeda)• Traffic conditioning

– Core routers:• Forward paket berdasarkan marking• Supports sedikit “per-hop behaviors”

– Fungsi sederhana pada core, kompleks pada edge

DiffServ Network

DiffServ Edge (1)• Fungsi edge pada router-DS “pertama” dalam path (atau

pada host)– Klasifikasi– Traffic Conditioning

• Klasifikasi:– Node edge menandai paket tergantung dari aturan

klasifikasi– Menggunakan fiels tipe service IP dalam header IP

• Field tipe service:– 6 bits untuk DS Code Point (DSCP)

• Menyatakan per-hop behavior dalam core

– 2 bits tidak digunakan

DiffServ Edge (2)• Traffic Conditioning:

– Node edge mungkin mendelay dan membuang paket• Untuk beberapa classes, rate yang diberikan terbatas

– Traffic dimonitor dan ditentukan jika tidak disyaratkan

DiffServ Core (1)• Per-Hop Behavior:

– Kinerja berbeda, dapat diukur– PHB tidak menentukan mekanisme

• Contoh:– Class A mendapat x% outgoing bandwidth pada

interval t– Paket class A pergi lebih dulu dari paket class B

• Yang sekarang dinyatakan:– Expedited (memperlancar) Forwarding:

• Rate kedatangan class paling tidak pada rate tertentu

– Assured (kepastian) Forwarding:• 4 classes dengan buffering dan bandwith minimum• Masing-masing dgn tiga partisi utama drop

Ringkasan Multimedia Networking• Aplikasi

– Bandwidth-intense, delay-sensitive

• QoS perlu– Harus ditambahkan pada Internet yang ada

• QoS:– Classification– Policing– Scheduling

• Arsitektur QoS:– IntServ– DiffServ