2019년 1월 2일 인터넷 QoS 관리 기술 2019년 1월 2일 yzcho@ee.knu.ac.kr.

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1 2019년 1월 2일 인터넷 QoS 관리 기술 2019년 1월 2일

2 목차 인터넷 트래픽 특성 및 QoS 현황 SLA 정의 및 현황 QoS 관리 기술
DiffServ 및 Bandwidth Broker QoS 관리기술 연구 및 표준화 동향 Internet2 : Qbone TEN-155 : TF-TANT 연구 이슈 2019년 1월 2일 You Z. Cho

3 인터넷 트래픽의 증가 Internet data as the dominant traffic type
Internet booming Future applications Dramatic growth in IP traffic Double every 6 months Service integration over IP IP telephony Settop box High speed data 2019년 1월 2일 You Z. Cho

4 인터넷 트래픽의 특성 Self similarity 2019년 1월 2일 You Z. Cho

5 인터넷 트래픽 현황 패킷 크기 분포 1998년 MCI 44(TCP ACK, TCP control segment, telnet), 552/576(TCP MSS), 1500(Ethernet MTU)byte에서 피크치 트래픽의 60%정도가 40-44byte에 75퍼센트가 552byte 이하에 존재 40-44byte 크기 이하의 트래픽이 차지하는 트래픽 양은 많으나 전체 byte양의 7%정도만 차지 "the nature of the beast: recent traffic measurements from an Internet backbone" (Inet, '98) 2019년 1월 2일 You Z. Cho

6 인터넷 트래픽 현황(cont.) 프로토콜별 트래픽 구성
Packet volume Byte volume flow volume TCP : byte양의 95%, packet양의 90%, flow양의 80%차지 UDP : byte양의 5%, packet양의 10%, flow양의 18%차지 ICMP : 세번째로 큰 트래픽이지만 전체 트래픽에서 차지하는 비율은 미비함 2019년 1월 2일 You Z. Cho

7 인터넷 트래픽 현황(cont.) 응용 별 트래픽 구성
Packet volume Byte volume flow volume WEB : byte양의 75%, packet양의 70%, flow양의 75%차지 DNS : flow양의 18%를 차지하지만 1%의 byte양과 3%의 packet양의 3%밖에 안됨 SMTP : byte양의 5%, packet양의 5%, flow양의 2%차지 FTP : byte양의 5%, packet양의 3%, flow양의 1% 미만 NNTP : byte양의 2%, packet양의 1% 미만, flow양의 1% 미만 2019년 1월 2일 You Z. Cho

8 인터넷 QoS 현황 WWW = World Wide Wait 실시간 정보 전달의 어려움 음성/동영상 등 실시간 서비스에 문제점
평균 홉수 : 15 평균 지연 시간 : 280~590ms 평균 패킷 손실율 : 5~20% 음성/동영상 등 실시간 서비스에 문제점 인터넷 전화 서비스의 품질 저하 원인 2019년 1월 2일 You Z. Cho

9 인터넷 QoS? ITU-T Rec. E.800 사용자의 요구에 부합하여 제공할 수 있는 인터넷 서비스의 성능 지표
“The collective effect of service performance which determined the degree of satisfaction of a user of the service” 사용자의 요구에 부합하여 제공할 수 있는 인터넷 서비스의 성능 지표 대표적인 QoS 파라미터: Packet end-to-end delay Delay jitter Packet loss ratio 2019년 1월 2일 You Z. Cho

10 SLA(Service Level Agreement)란?
I agree that my offered traffic will stay within this specific profile I agree that we will provide specified throughput, delay, jitter, packet loss to your In-Profile traffic for this monthly charge 2019년 1월 2일 You Z. Cho

11 2019년 1월 2일 SLAs and SLSs Legal and financial specifications (not interesting here) Service Level Specification (technical) Traffic conditioning specification Other technical specifications (e.g. reliability/availability, service metrics, etc.) SLA SLS Legal/Financial Other Tech. TCS An SLA consists of several parts: Legal and financial specifications (not interesting here) Service Level Specification (technical) Traffic conditioning specification Other technical specifications (e.g. reliability/availability, service metrics, etc.) I believe that this picture conforms to the notions of SLA and SLS defined in the ID <draft-ietf-diffserv-new-terms-02.txt> 2019년 1월 2일 You Z. Cho

12 종단간 자원 관리 절차 Customer SLA Customer SLA SLA Domain 1 Domain 2 SLA SLA Customer Customer Domain : Region of shared trust, administration, provisioning 각 도메인은 협약 결과에 따라 내부 자원 관리 2019년 1월 2일 You Z. Cho

13 해외 ISP의 SLA 동향 미국과 일본은 서비스 수준 규약을 도입으로 소비자에게 품질을 보장
미국은 AT&T, MCI WorldCom, Sprint, UUNET 등 다수의 ISP에서 도입 일본은 IIJ(Internet Initiative Japan)에서 1999년 6월부터 싱가포르는 정부차원에서 품질보장제도를 1999년 1월부터 의무적으로 실시 기준을 어길 시 사용자에게 요금을 보상하지 않으나 ISP에 벌금 부과 2019년 1월 2일 You Z. Cho

14 서비스 수준 규약의 예(미국) ISP 보증항목 보증 목표치 위반 시 보상 규정 AT&T 가용도 99.9%
10분 중단 시 하루요금 보상 지연시간 80ms 하루 요금 보상 패킷손실 1% MCI WorldCom 100% 85ms 연속되는 두 달 동안 어길 시 보상 고장통보 15분 이내 전원가용도 Sprint 1시간 중단 시 3일 요금 보상 그 이상의 경우 시간마다 하루씩 추가 보상 (100%까지) 월 요금 10%보상 접속률 100% (전용선) 가용도 규정과 동일 2019년 1월 2일 You Z. Cho

15 QoS 관리 기술 QoS 관리 기술 네트워크 서비스 레벨에서 사용자의 QoS 보장을 위한 기술 QoS 보장 기술
트래픽 관리 기술 인터넷 QoS 보장 서비스 모델 QoS 모니터링 기술 프로토콜 모니터링 네트워크 모니터링 종단간 QoS 모니터링 2019년 1월 2일 You Z. Cho

16 트래픽 관리 기술 Admission control Classification Conditioning
e.g. MF (Multi field) or BA(Behavior Aggregate) Conditioning metering, marking, shaping, dropping e.g. leaky bucket, token bucket, TSW(time sliding window) Queue management RED, RIO, etc Queue scheduling Priority queueing, WFQ, WRR, CBQ, etc 2019년 1월 2일 You Z. Cho

17 Constraint Based Routing
인터넷 QoS 보장 서비스 모델 인터넷 상에서 대표적 QoS 관리 모델 Integrated Service/RSVP Differentiated Service MPLS QoS 보장을 위해 트래픽 관리 기술의 복합적 사용 Application Layer Transport Layer IntServ/RSVP DiffServ Constraint Based Routing Network Layer MPLS Link Layer 2019년 1월 2일 You Z. Cho

18 IntServ/RSVP 모델 Host Router Application Process Routing Process RSVP
Policy Control Policy Control Admission Control Admission Control Traffic Classifier Packet Scheduler Traffic Classifier Packet Scheduler 2019년 1월 2일 You Z. Cho

19 DiffServ 모델 2019년 1월 2일 You Z. Cho

20 Bandwidth Broker Bandwidth Broker (BB) Users request bandwidth from BB
A type of policy server Repository of policed database, includes authentication Manage the QoS resource based on the SLA Users request bandwidth from BB BB sends authorizations leaf/border routers Resource allocation in ISP Domain Static SLA boundary router can be manually configured Dynamic SLA signaling process 필요 e.g. RSVP, COPS, SIBBS etc. 2019년 1월 2일 You Z. Cho

21 Bandwidth Broker(cont.)
Bandwidth Brokers : admissions control manage network resources configure leaf and edge devices Source Destination SLA Domain 1 Domain 2 Core routers Core routers Egress Router shape aggregates Ingress Router : classify, police, mark aggregates Leaf Router : police, mark 2019년 1월 2일 You Z. Cho

22 BB Conceptual Model Major Blocks Adjacent BB Adjacent BB
2019년 1월 2일 BB Conceptual Model Adjacent BB Adjacent BB Major Blocks Intra-domain protocol Inter-domain protocol User interface Network Management Interface Routing interface Policy functions Local resource and configuration data Inter Domain PM iface Application Server “Simple” Policy Service User/App Iface NMS iface user/host network operator Data Store Routing info Intra Domain Might also mention that BB’s may be implemented using distributed techniques, but SIBBS requires single TCP interface for now. edge router(s) edge router(s) 2019년 1월 2일 You Z. Cho

23 Examples of End-to-End Service Delivery
Delivery of AS with a Static SLA CN1-BB 7 1 2 5 6 Core Router 8 9 3 LR1 4 CN1 ISP1 CN2 Sender ER1 BR1 BR2 ER2 Receiver 2019년 1월 2일 You Z. Cho

24 Examples of End-to-End Service Delivery(cont.)
Delivery process of Premium Service with a dynamic SLA 2 3 4 CN1-BB ISP1-BB CN2-BB 7 7 6 6 1 5 14 8,9 11 12 13 Core Router 15 16 10 LR1 CN1 ISP1 CN2 Sender ER1 BR1 BR2 ER2 Receiver 2019년 1월 2일 You Z. Cho

25 QoS 모니터링 기술 제공되는 서비스가 SLA 요구 사항을 준수하는가? 측정 메트릭 표준화 QoS 모니터링 기술 IEPM WG
트래픽 측정 기술 망의 장비, 상태의 규칙적인 측정 트래픽 분석 기술 측정된 결과 분석 분석 결과는 다시 QoS 관리에 피드백 트래픽 표현 기술 사용자 혹은 망 관리자에게 필요한 정보를 공급 2019년 1월 2일 You Z. Cho

26 적용 범위에 따른 QoS 모니터링 기술 프로토콜 모니터링 네트워크 모니터링
호스트 혹은 망 장비에서 특정 프로토콜의 동작 여부를 검증 특정 QoS를 가지는 망에서 사용되는 프로토콜의 검증 QoS 관리 구조의 완결성 평가를 위한 기준 eg. RSVP Diagnostics 네트워크 모니터링 망 자원의 가용, 사용정도 측정 일반적으로 망의 모니터링 및 관리를 위해 사용 SNMP 기반의 망 관리 도구 + QoS 보장 관련 MIB => QoS 보장 상태 모니터링 가능 eg. RTFM WG의 NetTrafMon 2019년 1월 2일 You Z. Cho

27 적용 범위에 따른 QoS 모니터링 기술(cont.)
이질적 QoS 관리 구조를 가지는 도메인 간의 QoS 보장 여부 검사 2019년 1월 2일 You Z. Cho

28 트래픽 및 QoS 측정 방법 측정 수단 측정 시기 능동 측정 수동 측정 망 구성 요소에서의 측정 법 : 라우터, 호스트
외부 box에서 측정 하는방법 : 측정 호스트 측정 시기 상시 측정 수시 측정 능동 측정 테스트 패킷을 이용하여 측정 수동 측정 모니터링을 이용한 방식(예 : 패킷 모니터링) 라우터등의 망 장치의 기능을 활용하는 방식(예 : SNMP) 2019년 1월 2일 You Z. Cho

29 주요 측정 메트릭 관련 측정 도구 예 측정 메트릭 도구 예 two way delay, loss
1회성 도구 : ping, echoping, fping, Nikhefping, gnuplotping 수시 측정 도구 : PingER(내부적으로 ping사용) one way delay, loss Surveyor, RIPE-NCC project, SMARTbit, etc route traceroute, visualroute, etc throughput netperf, iperf, BING, etc monitoring tcpdump, snoop, netxray, ewatch, WebTrafMon, etc SNMP based MRTG 2019년 1월 2일 You Z. Cho

30 QoS 관리기술 연구 및 표준화 동향 Internet2 TEN-155
DiffServ 기술을 실험할 수 있는 테스트 베드인 Qbone구축 Qbone BB에 대한 연구 수행 QPS(Qbone Premium Service) TEN-155 새로운 기술 또는 서비스의 시험 및 확인을 위한 TF-TANT 프로젝트 TF-TANT DiffServ QoS Monitoring Policy server 2019년 1월 2일 You Z. Cho

31 TF-TANT 2019년 1월 2일 You Z. Cho

32 TF-TANT : 연구 분야 fully specified not yet fully specified
Differentiated Services RSVP to ATM SVC Mapping QoS Monitoring MPLS IP over ATM Flow-based Monitoring Analysis IP Version 6 ATM Signalling not yet fully specified Multicasting (IP and ATM) Policy Control (IP and ATM) Route Monitoring VPNs WDM SDH Concatenation Issues (STM-1 vs STM-4c) 2019년 1월 2일 You Z. Cho

33 DiffServ & QoS Measurement
Participants CERN, CSELT, DANTE, University of Utrecht, etc Group 1 The support of the Expedited Forwarding (EF) Weighted Fair Queuing (WFQ) & Priority Queuing (PQ) 측정 메트릭 one-way delay, jitter, packet loss percentage & burst size Group2 AF in DiffServ WRED (Weighted Random Early Detection) per-class aggregate throughput 2019년 1월 2일 You Z. Cho

34 Aggregation Experiments - Delay
Delay for 1 stream from aggregate Yellow – baseline (1 EF stream) Blue – 4 EF streams (aggregation only) Red – 4 EF streams + 1 BE stream bottleneck “Measurement Based Analysis of EF PHB Forwarding,” IWQoS2000 2019년 1월 2일 You Z. Cho

35 Aggregation Experiments-Jitter
Jitter: Varying EF load and number of flows EF load varies from 200 Kbps – 1200 Kbps Can be caused by packet clumping from PQ 2019년 1월 2일 You Z. Cho

36 TF-TANT 연구 계획 Work accomplished(2000. 6) Network configuration
Baseline performance testing Configuration of GPS capable QoS measurement equipment Definition of QoS measurement test plan Future activities study of TCP related issues: ACK coloring, TCP and UDP aggregations with AF Interoperability testing (other future platforms: NORTEL, TELEBIT, TORRENT, Linux) Diffserv and MPLS 혹은 Diffserv and IntServ Policy management and BB 2019년 1월 2일 You Z. Cho

37 기타 연구 동향 MPLS Flow based monitoring analysis MPLS fast re-route
MPLS VPNs Plan MPLS-TE, Diff-Serv & MPLS Interoperability between software from several vendors MPLS over a non ATM network Flow based monitoring analysis Mechanisms Cisco NetFlow Cabletron’s LFAP IETF’s RTFM 2019년 1월 2일 You Z. Cho

38 Qbone 2019년 1월 2일 You Z. Cho

39 Qbone IETF “Diff” (EF PHB) + QBone “Serv” (QPS) QBone Premium Service
Idea: converge on Jacobson’s VLL “Premium” service Well-defined SLS: Plus important value-adds: Integrated measurement/dissemination infrastructure Experimentation with pre-standards inter-domain bandwidth brokering and signaling 2019년 1월 2일 You Z. Cho

40 QBone의 측정 모델 Active Measurement MIB based Statistics Boundary Router
Intra Domain Premium Path AM Node Intra Domain Premium Path PM Node PM Node Passive Measurement Passive Measurement 2019년 1월 2일 You Z. Cho

41 QBone의 측정 모델(cont.) Collection  metrics, EF and BE... Active metrics
One-way delay-variation One-way loss Traceroutes e.g. IPPM Surveyors Passive metrics Load Discards (suggested) Link bandwidths (suggested) EF reservation load e.g. OCxMon, RTFM, MIBs 2019년 1월 2일 You Z. Cho

42 QBone의 측정 모델(cont.) Dissemination HTTP, even for raw data
real-time + archived measurements Canonical names for: Metrics, Domains Standard URL name space for: MRTG-style plots Raw ASCII data <first_hop>/<date>/<type>.<aggregation>.{html | gif | txt} 2019년 1월 2일 You Z. Cho

43 Phased Introduction of BB Functions in QBone
BB간의 통신이 없는 초기 prototype Have only a human "bandwidth broker". Phase 1 (미정) BB간 통신이 있는 prototype Statically defined SLSs with bandwidth broker messages exchanged Phase 2 (미정) Later prototypes with possibly "improved" inter-domain BB protocol and additional functions Dynamic SLS negotiation, most AAA functions and policy functions 2019년 1월 2일 You Z. Cho

44 BB 관련 통신 프로토콜 End systems (or agents) to bandwidth brokers
2019년 1월 2일 BB 관련 통신 프로토콜 End systems (or agents) to bandwidth brokers Web interface, RSVP, DIAMETER, COPS Bandwidth brokers to routers CLI, SNMP, COPS, LDAP Inter-domain Communication SIBBS(Simple Inter-domain Bandwidth Broker Signalling) TCP Simple request-response protocol There are really two protocols at work here: One is to communicate with end systems or their agents, and the other is to communicate with routers by setting configuration. Note the current controversy in the IETF over configuration management and the competing protocols: COPS and SNMP. 2019년 1월 2일 You Z. Cho

45 Qbone BB 개발 동향 BB 개발 기관 Globus, MCI/WorldCom, Merit, UCLA, etc..
Intra communication 개발 기관 Intra domain communication 기타 Merit DIAMETER No authentication, authorization topology 정보를 위해 OSPF 사용 FreeBSD/ATLQ UCLA COPS 내부 라우터 자원 static configure FreeBSD/ALTQ BCIT(British Columbia Institute of Technology) BBTP(BB Transport Protocol) CA*Net II에 배치 예정 static SLA No Policy 2019년 1월 2일 You Z. Cho

46 관련 연구 이슈 Bandwidth broker 설계 및 구현 기술 SLA 관련 기술 QoS 모니터링 기술
Static or dynamic? QoS 모니터링 기술 어떠한 메트릭을 어떻게 측정할 것인가? QoS 모니터링을 위한 데이타 수집, 분석, 표현 도구 개발 측정 결과에 따른 SLA 부합성 분석 BB와 QoS 모니터링 관계 설정 2019년 1월 2일 You Z. Cho

47 관련 연구 이슈(cont.) 서로 다른 QoS 보장 모델을 가지는 도메인 간 QoS 제어 기술
DiffServ-MPLS-IntServ domain Per domain QoS? 종단간 QoS 보장? 각 QoS 서비스 모델에 대한 요소 기술 연구 Traffic engineering Constraint-Based Routing 기술 국가간의 routing policy? 테스트 베드 구성 시나리오 및 상호 운용성 시험 방안 2019년 1월 2일 You Z. Cho

48 관련 연구 실적 IntServ & RSVP DiffServ QoS 모니터링 기술 ATM 트래픽 관리 기술 연구
ATM과 IntServ 연동 방안 연구 수행 DiffServ DiffServ의 구성 요소 기술 연구 Fairness 보장을 위한 Marker, Meter, Packet discarding 알고리즘 개발 QoS 모니터링 기술 웹 기반의 QoS 측정 도구 개발 ATM 트래픽 관리 기술 연구 2019년 1월 2일 You Z. Cho

49 관련 수행 과제 목록 IP기반 실시간 정보전달을 위한 차세대 인터넷 프로토콜 기술 연구 – 정보통신부(2000)
인터넷 품질수준 확보를 위한 종합 연구 – 한국 전산원(2000) Real-Time Application을 위한 LAN상의 네트워크 프로토콜 개발 – 삼성 전자(1999) B-ISDN에서 고속 데이터 응용을 위한 효율적인 서비스 기술 연구 – ETRI(1998) ATM 기반의 인터넷을 위한 차세대 네트워크 프로토콜 개발에 관한 연구 – 정보통신부(1997) ATM 망에서 ABR 서비스를 위한 폭주제어 기술 – ETRI(1997) B-ISDN에서의 멀티미디어 트래픽 관리 기술 및 시뮬레이터 개발 – 한국통신(1997) 2019년 1월 2일 You Z. Cho