전달망에서의old.hsn.or.kr/workshop/hsn2006/document/2.23.Thu/4-1.pdf · 2014-04-03 · LSP...

전달망에서의QoS & Traffic Engineering 기술

전달망에서의QoS & Traffic Engineering 기술

이순석 ([email protected])

BcN설계팀광대역통합망연구단

2006.2.23

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

1ProprietaryHSN2006, 인터불고, 2006.2.22~24

목차목차

QoS 필요성에 대한 논쟁

인터넷의 QoS 문제

IP QoS 기술 동향

QoS Routing

DiffServ

MPLS TE

DiffServ over MPLS

DS-aware TE

BcN 에서의 QoS & TE

BcN TE

Flow based QoS

Flow-based TE

Interworking

토의

부록


Bandwidth Booster의 시각Bandwidth Booster의 시각

QoS의 장점

Bandwidth Booster들의 반론도로 같은 경우는 건설비용이 엄청 비싸다.

트래픽이 항상 QoS를 필요로 하는 수준까지 차는 것은 아니다.

응급상황이란 것은 극히 미미한 수준이다.

트래픽의 증가속도가 미미하다면, QoS는 가치가 있다

트래픽 증가 속도가 빠르기 때문에, Bandwidth로 해결하는 것이 최선 ?


Class Warrior의 시각Class Warrior의 시각

Class Warrior의 반론종단간의 적어도 하나의 링크가 거의 항상 bottleneck이다.

특히, access 구간이 심하다

백본도 예외일 수 없다.

Oversubscription !

Synchronization !

End-to-end communication

High peak 트래픽에 대한 대책이 없다

시장에서 품질을 요구한다. 예) VPN

설문조사 : CoS/QoS가 필요없다 – 4%

Ref.) Light Leading, IP Quality of Service- The End of Packet Democracy

인터넷의 QoS 문제인터넷의 QoS 문제


P1. 분산제어 방식에 따른 제어성과 신뢰성이 부족하다P1. 분산제어 방식에 따른 제어성과 신뢰성이 부족하다

Guarantee of Real-time controllabilitySlow Network Convergence (example: IS-IS converging time)

Routing loop, black hole routes, suboptimal routes

Event occurs-Adjacency flap-Interface flap-Change in i/f metric-Change in inter-area routes-Change in redistributed (external) routes

LSP generation & flooding- Transmission interval : 33 ms

Min. interval of LSP(5 sec)

Delay for flooding

LSP receivesfrom neighbors

RIB updates

Additional Delayfor generation

Initial waiting time(5.5 sec)

Interval for consecutive SPF processing(10 sec) SPF Starts

Completion of RIB/FIB updating

SPF computationtime

RIB/FIB updatingtime

• Partial Route Calculation- Initial waiting time : 2 sec- Interval for PRC : 5 sec

Ack (PSNP)

No floodingIf larger than 5 sec, LSP retransmitted from neighbors

Time-gap !


P2. 네트워크 자원 사용에 대한 수락제어 기능이 없다P2. 네트워크 자원 사용에 대한 수락제어 기능이 없다

CAC 기능만 있으면 되는가 ?

Diffservnetwork

Diffservnetwork

AF 100 Mbit/sAF 100 Mbit/s

AF 100 Mbit/s

AF 100 Mbit/s

AF 100 Mbit/s

AF 10 Mbit/sVideoserver B

Videoserver A

Videoclient A

Videoclient B

Videoclient C

50M

10M

Resource Mediator(QoS Manager,

Bandwidth Broker)

서비스 불가

50M

Server B -> Client B : 50M


P3. 라우터에 품질 제공 메커니즘이 부족하다P3. 라우터에 품질 제공 메커니즘이 부족하다

Per-class Policing + RED/WRED

Policer

ACL

Classifier Marker Per ClassShaper

Meter

IncomingPackets L2/L3

QoSProfile

• Bandwidth• Traffic Class

Per Path, Per Class

VLAN LIB

Router

• Per Class Queue• Per Path Queue

OutgoingPacketsRED/

WREDMAX MIN

FIB


P4. 인터넷은 공평하지 못하다P4. 인터넷은 공평하지 못하다

정보화 지수가 높은 지역가입자 Planning ? – Reference User ?

원거리통신 상대적 불리

R T T R T T

W

W + 1

2 W

2

4

8

1

R T T

Fast retransmit and recovery

Congestion avoidanceSlow start

Time

Cong

esti o

n W

ind o

w


P5. 인터넷은 패킷만을 인식한다P5. 인터넷은 패킷만을 인식한다

ONLY packet-by-packet processingPer-session control …. Impossible !!

IP QoS 기술동향IP QoS 기술동향


IETF의 IP QoS 역사IETF의 IP QoS 역사

30여년간의 지속적인 요구사항 수정 Complexity ↑

보이지 않는 또 하나의 시장 장벽

Source: Cisco, Advanced Concepts and Developments in MPLS


QoS Routing QoS Routing

Constraint based RoutingMultiple Constraints

ComplexityNon-linearity

Size of memory

생각해 볼 수 있는 대안시간 종속적 link-cost <- Traffic Analysis

트래픽 종속적 link-cost -> Instability 유발

Routing Performance 향상을 위한 접근링크 상태 갱신

주기적 갱신 방법

임계값 기반 갱신 방법안정성 기반

트래픽 증감율

갱신 빈도


DiffServ (1999)DiffServ (1999)

How many # of classes or queues are enough ?Survey

3~ 4 classes : 75%

More than 4 : 25%

ClassAssured Forwarding – 4 traffic classes x 3 drop precedences

Expedited Forwarding – VLL : low latency/jitter/loss, B/W

Best effort

Question ?

How to guarantee e2e B/W ? – reservation, pinning


Tips – IP Multicasting 접근 방법론의 모순Tips – IP Multicasting 접근 방법론의 모순

Big-Pipe 입장에서 보면 Broadcasting으로 충분왜, Multicast Packet 전달을 위한 protocol이 별도로 필요한가 ?

User가 있는 곳에만 packet을 보낸다 ?Topology dynamics ?

Dynamics를 제거하려면 ?특별한 class와 이 class에 대한 bandwidth limit 지정 필요 !

다른 서비스 class가 사용 못함

이것은 사업자 입장에서 program channel을 선택하는 것과 동일 !


DiffServ over MPLSDiffServ over MPLS

Link-by-link full search 방식의 확장성 문제

Cut-through 입구에서의 제어

Cut-through 단위의 트래픽 제어를 하지 않음 Link-by-link full search 필요


DS-aware TE (DS-TE)DS-aware TE (DS-TE)

기본 발상Class별 사용률 지정

Class단위 cut-through

Class별 CAC

Per-class B/W pool

Class별 booking ratio 조절 utilization 조절

Low-priority class의 queue는 상대적으로 커야 함

No modification for Data Plane

Per-class FIFO

Transfer Performance의 upper-bound 제공 가능 ?

Dynamics 증가Unreserved b/w per-class unreserved b/w


MPLS의 Reliability MPLS의 Reliability

RSVP-TE

Refresh Reduction

Continuity check ?

No return path

Fast Re-Routing

Local restoration

Why FRR needs ?

Slow restoration of Path Protection ?

Expert Operator ?

No OAM for UNI

MPLS Ping ?

No Return Path Guaranteed

FDI insertion (3ms)FDI (3x3ms)

BDI detection (3x3ms)

Working VSPCE CE

Protection VSP (pre-provisioned)

optical propagation delay=2ms (500km)

processing time=19ms

BDI insertion (3ms)processing time=19ms

switch over working to protection VSP

optical propagation delay=2ms (500km)


Business Model 관점에서의 IP QoSBusiness Model 관점에서의 IP QoS

서비스의 발전은 인터넷을 변하게 하였다End-to-end Argument model의 종말, 왜 ?

단말만으로는 불가능

새로운 요구사항 = ‘돈’을 만들 수 있게 해달라‘萬人一色’에서 ‘一人十色’ 서비스가 가능하도록 해달라

맞춤 품질 : Per-session, Per-VPN, Per-session in VPN, …이동성

보안성

SLA

Billing

Dumb Network

• Flexibility• Generality• Openness


IntServ는 불가능한가?IntServ는 불가능한가?

왜 IntServ는 부적절하다고 하나 ?

다른 방법은 없는가 ?

…Per-flow State

MFClassifier Sched.

flow 1flow 2

flow n

AdmissionController

RSVPDaemon

RoutingProtocolDaemon

RSVPRSVP

DataPacket

…Per-flow State

MFClassifier Sched.

flow 1flow 2

flow n

AdmissionController

RSVPProcess

RoutingProtocolProcess

RSVP

…Per-flow State

MFClassifier Sched.

flow 1flow 2

flow n

AdmissionController

RSVPProcess

RoutingProtocolProcess

Per-flow stateIntServ

Ref.) NetManias

BcN 에서의 QoS & TEBcN 에서의 QoS & TE


BcN 요구사항 – QoS & TE 관점BcN 요구사항 – QoS & TE 관점

서비스 측면서비스에 따른 맞춤 품질

품질 제공 수준에 따른 과금GoS

QoS

Usage

End-to-end

이동성 지원

Best-effort도 최소한 현재 수준은 보장 ?

OpEx 관점Network Load balancing Resource optimization

Minimization of communication Cost

Aggregation/Segregation Reducing Complexity

Guaranteeing Best Network Performance


Scope of TEScope of TE

IETF TEWG

Traffic Engineering Functions

Network

Forecast

Capacity Changes

Routing Table UpdateControls

Seconds - M inutes

Days - Weeks

M onths - Years

TrafficData

Actual

Load Uncertainties

TrafficTraffic Load

Node/Link Sizes(Traffic & Transport)

Routing Tables(Traffic & Transport)

Traffic M anagement(Bandwidth Broker, Routing Policy)

Capacity M anagement(Routing Design, Capacity Design)

Network Planning (Node Planning, Transport Planning)


Open Problems – BcN TEOpen Problems – BcN TE

Do NOT know ‘the reference user’ of BcN Service

Exception for VoIP

Network DimensioningService의 트래픽 특성 ? Off-line simulation

Service의 호 특성 ? – BHCA, Erlang

How to analyze the network level behaviors ?Per-class, Per-service From/To Matrix

QoS monitoring per class, per service

Trial & Error approach based on Internet, PSTN, CDMA, mobile Internet, …..


So, … we need ITS+ in communication !So, … we need ITS+ in communication !

TMN의 태초의 꿈을 실현시켜야 할 때 …항목 NMS/EMS (상용시스템) NCP

기본성격 망 장비의 물리적 구성관리를 기반으로 망 장비레벨의 수동적 상태 감시 기능을 담당하는중앙감시시스템

망 장비단위의 상태 정보를 바탕으로 네트워크 레벨 상태정보로 가공하여 서비스 제공에 필요한 망 장비의 실시간 제어기능을 담당하는 중앙제어시스템

기능 망 장비의 물리적 구성관리

노드 및 링크레벨 상태 감시

링크단위의 성능 감시

물리적 장애 감시

NMS 접근제한기반의 보안기능

NMS/EMS

네트워크 레벨의 자원 사용현황 추출

e2e 망 자원 수락 제어

서비스 및 네트워크 레벨의 정책 제어

경로 시뮬레이션 및 경로최적화 등의 자원사용 최적화

장애 및 신규자원 요청에 대한 시뮬레이션을 통한영향도 예측

e2e 서비스 Provisioning

e2e 성능관리 및 서비스 품질관리

실시간 자원감시 기반의 망 접속 제어

Per-Session단위 과금정보 추출

비고 e2e 서비스 관리를 위해서는 막대한 추가비용필요

QoS, 가용도, 보안, SLA 등의 종합 서비스 품질을 지향하는 BcN 서비스 제공을 위한 필수 중앙제어시스템

교통흐름을단순히감시하는 CCTV

교통흐름을실시간으로제어하는 ITS+

BcN QoSBcN QoS


Flow based QoSFlow based QoS

Flow ?IP 헤더의 의미 있는 정보들의 조합으로 만들 수 있는 모든 群

Cf.) IETF flow = (src prefix, dst prefix)

IETF flow의 용도Traffic Engineering – F/T matrix

Netflow, sflow

DS-TE, BcN 에서도 가능?

성능 문제 발생 가격 ?

BcN QoS = f (Rate, Loss, delay, Jitter, Availability)Per-session


PHB of Flow-based QoSPHB of Flow-based QoS

Flow vs. PacketFlow 기반 QoS

개별 서비스 단위로 실시간 패킷 群 인식

분류 기준 : 3-tuple, 5-tuple, 6-tuple

개별 서비스 단위로 policing 가능 (QoS profile 적용 시)Malicious traffic 자동적으로 policing

개별 서비스 단위로 implicit admission control 가능

개별 서비스 단위 drop precedence 적용 가능

동일 서비스群에 속한 개별 서비스들에 대한 fairness 보장 가능

Transfer Capability : MR, GR, CR, AR

Packet 기반 QoS (상용 라우터)DiffServ : 서비스군 별 Policing

Malicious traffic 존재 시, 무작위 drop QoS 보장 불가

개별 서비스 단위 제어를 위해서는 ACL 제어 필요대용량 ACL Lists 필요


Flow-based TEFlow-based TE

Flow-based TE Scalable IntServPHB of Flow based QoS

SMPLS TEAggregation

B/W guaranteed LSPOpaque mode

Transparent mode

OAM based FM, PM, Protection/Restoration

Usage & QoS Monitoring per Premium flow

Flow-based Traffic Control

Virtual Switched Path NetworkOver

Real-time Traffic EngineeringFlow-based

Traffic Control

OAM per VSP(LSP)PM per Sampled flow per class

Node monitoring

SLS Analysis

Resource Manager

Node monitoring

Path monitoring

NetworkMonitoring

CallStatistics

VSPPlanner

Policy-basedFlow-to-VSP Mapping

Policy-basedFlow-to-VSP Mapping

SLAManagement

Network PolicyManagement

Flow-basedPHB

(Per Hop Behavior)

Flow-basedPHB


Scalable IntServScalable IntServ

No Bearer SignalingWithout SIP

Future FeatureGate Control for Network Security

…Per-microflow State

MFClassifier Sched.

uflow 1uflow 2

uflow n

RPD

SIP

DataPacket

…Per-flow State

MFClassifier Sched.

flow 1flow 2

flow m

…Per-microflow State

MFClassifier Sched.

uflow 1uflow 2

uflow n

Scalable IntServ

NCP

RPD RPD

* RPD : Routing Protocol Daemon

Pre-provisioning

Admission control

Policy control

Call Agent


2 types of VSP2 types of VSP

Opaque modeB/W guaranteed Pipe 서비스

하나의 VSP에 Multiple class flow 수용 가능

WFQ per VSP at each PHB

용도

Network Load balancing

Hard Secure L2VPN 서비스에 활용 가능

Transparent modeB/W guaranteed Pipe 서비스

하나의 Pipe 내에서 DiffServ 제공 가능

하나의 VSP에 Multiple class flow 수용 가능


Legacy Router vs. QSSLegacy Router vs. QSSLegacy Router QSS

PE Core, Core Edge Edge Core

• E-LSP-FTN per Service type-Packet-by-Packet PHB (DiffServ)

• Over-provisioning at Core

• Opaque mode LSP (OM-LSP)• No Over-provisioning• QoS profile for each label (Edge)• QoS Profile for OM-LSP (Core)

L/L-like

• L3 MPLS for Traffic Engineering 용 • L/L-like VPN 용 (VLAN.id 기반)• AGW-to-AGW Pipe용 (VLAN.id 기반)

• VoIP, MMoIP, VoD, Conference Call, … • VoIP, MMoIP, VoD, Conference Call, …

• L-LSP (IETF)-FTN per Service type

-Per LSP QoS (No QoS per μFlow)-Rate Limiting in LSP

• Over-provisioning at Core

• Transparent mode LSP (TM-LSP)- FTN per Service type

- Per μFlow QoS (DSCP/EXP based QoS Profile)- Connection Admission Control in LSP- Shaping for LSP (Limits for # of LSP per LC=64)

Tunnel

LSP

QoS • CoS• Flow Classification• Flow Policing• Flow Queueing• Flow Scheduling• Flow Shaping

• CoS• Flow Classification• Flow Policing• Class Queueing• Class Scheduling• Flow Shaping

• Automatic μflow classification• μFlow/Flow Policing

• μFlow/Flow Queueing

• μFlow/Flow Scheduling

• μFlow/Flow Shaping • Connection Admission Control for guaranteed class• CoS (option)• ADP (option)

• 패킷 단위• Flow 단위 분류 시, 실시간 ACL 필요

분류 단위 • Session 단위 분류 가능• 자동 (6-tuple)


Interworking w/ LegacyInterworking w/ Legacy

Inter-Subnet간 연동

Access network – BcN Backbone

DSCP remarking

Pre-determined QoS Profile for each DSCP

DiffServ as Edge node of Fb-TE

This is NOT Flow-based TE !

Flow class Application characteristics Corresponding DSCP name & value

MR control traffic CS7, CS6111000, 110000

GRjitter sensitive, real-time, interactivenon-RT but loss sensitivepeak rate

EF, CS5, AF4x101010, 101000, 100010,100100,100110

CRInteractive or transaction,minimum rate

AF3x, CS4, AF2x, CS3011010,011100,011110,100000010010,010100,010110,011000

AR BE, available rate AF1x, CS2, CS1, DF(CS0)001010,001100,001110, 010000, 001000,000000


DiffServ as Core node of Fb-TEDiffServ as Core node of Fb-TE

Pre-provisioning for LegacyOver-Provisioning by CLI

Policing at ingress

Shaping at Egress

DSCP mapping

Static Cross-connect

QSS QSS

LSP

CAC, per Flow Shaping

Guaranteed IP Connectivity- Over-ProvisioningGuaranteed Path/VPN- L2 VPN


토의토의

IP 30년 역사는 우리가 넘을 수 없는 견고한 벽 !시장

Routing Protocol의 복잡도

NP 기술

그러나 ……

NGN시대에는Seamless 서비스

통방융합 서비스

우리 것을 만들되, 범 세계적인 Standard가 되어야 함CDMA, 반도체, WiBro …. 모두가 새로운 패러다임을 추구한 것

감사합니다.감사합니다.

부록부록


광대역통합망 구조 개관광대역통합망 구조 개관

WiBroWLAN 2G/3GPSTN 인터넷VoIP

CATV 4GU-Access

서비스 단위의 복수 망 : 투자비 및 유지비 증가

인터넷의 속도기반 경쟁으로 투자비 지속 증가

새로운 Business Model 창출에 한계

- 가입자 포화

- 인터넷 기반 콘텐츠 무한 경쟁

- ‘十人一色’ 서비스로 인한 가입자 차별화 불가

단일 통합망 기반의 투자비 및 유지비 최소화

액세스/서비스 기술 고도화에 투자 집중 가능

통/융합 기반의 새로운 BM 창출 용이

- Portable Internet Mobile Multimedia

- 맞춤 품질기반 합리적 비용 모델 제공 가능

- ‘一人十色’ 의 다양한 서비스 모델 제공

서비스

All-IP콜 서버

NGN VoIP CATV

2G/3G

응용

AGAG

응용 응용

일반전화 인터넷 CATV

제어

UnpredictableIP Network

액세스

응용

CDMAIPTV

현재의 통신망 BcN 통합망

Managed IP Network

NetworkControlPlatform

Manageable All IP Network

Open API GWOpen API GWSIP 응용SIP 응용Open API 응용Open API 응용 웹 응용웹 응용

서비스관리서비스관리 통합 AAAMobile

Multimedia

Controller

Platform

Seamless Converged Access NetworkAGAG

FTTH

망관리

AAA AAA AAA AAA

NMS NMS NMS NMS


네트워크 진화 요인네트워크 진화 요인

유무선 인터넷

DSLAM/L2 SW

ER

CR

BSC/RNC

PDSN/SGSN

GGSN

- 메트로 망이 존재하지 않음- Client-Server 서비스 모델- Best effort/DiffServ 기반 CoS 품질- Broadband- 보안 취약- 가입자 기반 business model

- 대규모 망을 위한 메트로망 존재- End-to-end communication 서비스 모델- End-to-end QoS 보장- Narrowband, 서비스 종류의 단순- 세션 이동성 제공- Call 기반 business model

PSTN/이동통신망

MSC

LEX

Toll/IGS Toll/IGS

Tandem

TandemBSC

PP방송용전송망

HFCCM CMTS

CATV/방송

유무선/방송 통합All IP

- 통방통합 용이- End-to-end QoS- Broadband


네트워크 진화 방향네트워크 진화 방향

인터넷/PSTN

Legacy Access

QSR80

QSS120

BCR

IX/TGW

ASR10L2 SW

FTTH/ME SW

?유무선 통합액세스

B-NCP

M-NCP

A-NCP

RGW

QSR240

서비스 제어 플랫폼• 가입자 인증• 서비스 인식• 서비스 접근인증• 서비스별 QoS• IPTV Zapping• L2/L3 핸드오버• L2 VPN 서비스

• QoS Re-mapping (∵ Legacy)• μFlow별 QoS 및 품질 모니터링• Local 라우팅/MPLS 스위칭• 트래픽 Aggregation• IPTV stream 분배• L3 핸드오버 지원• L2/L3 VPN 지원

• L3 핸드오버 지원• Macro-Flow별 QoS• QoS 라우팅• MPLS 스위칭• L2/L3 VPN 지원• OXC 연동

• 실시간 통합 자원관리• 세션 이동성 제어 지원• 대규모 IPCasting 제어


ACR : Access Control RouterAGW: Access GatewayRAS : Remote Access Server B-NCP : Backbone NCPBSC : Base Station Controller BSS : Business Service SystemBTS : Base Transceiver System ER: Edge RouterEMS : Element ManagementGGSN : Gateway GPRS Support Node HA : Home AgentM-NCP : Metro NCPPDGN：Packet Data Gateway Node PDSN：Packet Data Support Node Prov. Server : Provisioning Server

BcN End-to-end QoS SolutionBcN End-to-end QoS SolutionSCP: Service Control Point SER: Service Edge RouterSGSN/AR : Serving GPRS Support Node/Access RouterSGW : Signaling GatewayTE : Traffic EngineeringTGW : Trunk GatewayWGW: Wireless GatewayIMS: IP Multimedia SubsystemRM: Resource ManagerOLT: Optical Line Termination

M-NCP

RMProv.Server

M-NCP

RMProv.Server

Node B

RNC WGW

TGW

CallServer

BcN Core Network

PDSN/FA

SS7 Network

Bearer

Packet

SCP

Broadband Access Network

CDMA2000 1xBTS

BSC/PCF

AP

SGSN/AR

AAAF/H HA

RAS

GGSN

PDGN

Metro Network

CallServer

HFC/CATV

Metro Network

SGW

OtherISP Internet

ASR10

PSTN Network

ACR(FA)

AGW

CASS

CASS

CASS

QSR240 QSR240QSS120QSS120 QSS120 QSS120

InternetERSER

SER

B-NCPProv.Server RM

DSLAM

QSS120 QSS120

QSR20/80

OXCOXC

OXC OXC

CMTS

A-NCPRMPS

A-NCPRMPS

CM/Set-top

OLT

PON기반 통합 액세스

RG/STB/HGW

OXC-PS

전달망에서의old.hsn.or.kr/workshop/hsn2006/document/2.23.Thu/4-1.pdf · 2014-04-03 · LSP...

Documents

Transcript of 전달망에서의old.hsn.or.kr/workshop/hsn2006/document/2.23.Thu/4-1.pdf · 2014-04-03 · LSP...