performance-anforderungen durch voip und cloud computing an ip-basierten netzen

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Performance-Anforderungen durch VoIP und Cloud Computing an IP-basierten Netzen

Profn. Dr.-Ing. Sabine WielandDeutsche Telekom AG

Hochschule für Telekommunikation Leipzig

Prof. Dr.-Ing. Gerd SiegmundGeorg-Simon-Ohm Hochschule

Oktober 2012

Agenda

1. Entwicklung im ICT-Markt

2. QoS- Anforderungen

3. Auswirkungen bei gemischter Verkehrslast

4. Lösungsmöglichkeiten

Professorin Dr.-Ing. Sabine WielandProf. Dr.-Ing. Gerd Siegmund

Verfügbarkeit der Bandbreitenklassen 2011

Seite 6Professorin Dr.-Ing. Sabine WielandProf. Dr.-Ing. Gerd Siegmund

Datenverkehr explodiert in Mobilnetzen


Entwicklung des Datenverkehrs


100

50

75

25

2000 201620082004 2012

VoIP

%

IPTV

Cloud Computing

QoS Anforderungen der Datendienste


QoS

Dienst

Daten-volumenGB

Durch-satz[MBit/s]

max. delay [s]

Max. Jitter [ms]

accept. BER

accept. PER

virtuelle Verbin-dungsdauer [s]

Festbild 1 5 1 10-3 l0-7 1

hochauflösendes Bild 1-25 1-25 1-10 10-5 l0-7 1-5

Datagramm 1-100 1 0.001 0 0 verbindungslos

Filetransfer 0.1-100 0.1-100 1 0 10-8 1

Echtzeitdaten 0.004 < 10 10-4-1 0 0 > 10

Netzwerk-Filesystem-Zugriff

1-100 1 0.1 0 10-8 verbindungslos

Zugriff auf Virtualshared Memory

0.004 1 0.005 0 10-8 > 10

Sprache 0.042 0.064 0.25 10 <10-1 <10-1 60-3600

IPTV 182 0.73 0.25 10 10-2 10-3 120-10000

Internet und VoIP ohne QoS


Internet, das Träger-Netz für alles ist verbindungslos - IP-Pakete werden anhand der IP-Adresse durch das Netz geleitet (Routing).

Verteilung der IP-Paketlänge


Der Jitter wird immer schlimmer


Was ist Performance?


Datenrate und Durchsatz - xkbit/s ist nicht der Durchsatz!

• Weil Pakete wiederholt werden bei Paketverlust, weil Zwischenspeicher begrenzt und weil große Verzögerungen (auch durch Jitter) zu Paketverlust führen.

• Overhead - das was wir übertragen wollen muss noch in UDP oder TCP, IP und Schicht-2-Protokolle eingepakt werden.

• Statistisches Multiplex: weil viele Quellen zu einer Transportleitung zusammengefaßt werden (Übertragungsgeschwindigkeit ist nicht die Summe der einzelnen Quellen) sind.

• Verwerfen von Paketen


Selbstähnliches Verhalten

Der Internet-Verkehr schwankt sehr stark, auch wenn man sehr viele Benutzer zusammenfasst:


Die Paket-basierten Netze II


Auslastung in Abhängigkeit vom Hurst-ParameterHurst-Parameter=1 beschreibt selbstähnliches Verhalten


Kapazitätsplanung:

die Netze sind nicht berechenbar!(Verteilungen und Hurst-Parameter meist unbekannt),

Beobachtung der augenblicklichen Auslastung, Trends ermitteln

Registrierung des Überschreitens von Auslastungsschwellen (r > x)

Frühzeitiger Ausbau der belasteten Strecken (meist Verdoppelung)

Probleme für die Echtzeitkommunikation: Paketverlust


Was passiert, wenn man einfach die Verkehre mischt?

„Bandbreite haben wir genug –die paar kbit/s sind kein Problem in unseren Gbit/s-Netzen.“

• Meistens geht es gut.Die meisten LAN sind kräftig überdimensioniert.

• Manchmal ist dann die Verständigung in diesen Systemen sehr schlecht. Diese Fälle lassen sich kaum reproduzieren. In diesen Zeiten sind in der klassischen Datenkommunikation signifikante Verzögerungen und Paketverlust merklich.-> Das tritt auf, wenn das Netz (ausnahmsweise) einmal etwas belastet ist.

• Messungen belegen kurzzeitige, sporadische Überlastzustände, die sich aber kaum reproduzieren lassen.


Lastprognosen für den IP Verkehr


VoIP Prio 1

Datenverkehr Prio 3

IPTV Prio 2

Datenverkehr Prio 4

Auswirkungen bei gemischter Verkehrslast

• Viele VoIP-Telefone gleichen einen Paketverlust durch einen eingebauten Mechanismus besser als andere Terminals aus. Obwohl die Pakete tatsächlich fehlen, ist es für die Benutzer kaum zu merken.

• Die klassische Datenkommunikation wird durch die vielen RTP-Paketebeeinträchtigt. Die Netzlast steigt durch VoIP signifikant an. Hierfür sind die vielen zusätzlichen kurzen RTP-Pakete verantwortlich, nicht die zusätzlich erforderliche Datenrate. Mit der Paketrate (Ankunftsrate λ) steigt die Netzauslastung ρ.

• Diese Fälle, in denen die Qualität der Sprachkommunikation sehr schlecht wird, lassen sich kaum reproduzieren. Um solche Belastungen zu rekonstruieren, müsste man eine große Belastung im Bereich der Sprachkommunikation und auch im Bereich der Datenkommunikation erzeugen.


Lösungsmöglichkeiten

• Verkehrstrennung: Mit logische Trennungen, wie MPLS, VLAN (hardwarebasiert) kann man eine Mischung zwischen Paketen der Echtzeitkommunikation und des klassischen Datenverkehrs vermeiden. Diese Leitungen zeigen eine viel größte Leistungsfähigkeit, sie transportieren bei vergleichbaren Werten am meisten Echtzeitverkehr mit geringen Wartezeiten. Diese strikte Trennung von Sprache undEchtzeitdaten ist in jedem Fall zu bevorzugen.

• Priorisierung: DiffServ (Strict Priority Queueing) ermöglicht einen bevorzugten Transport der Echtzeitinformation. Für kleinere Verhältnisse und einen geringen Echtzeit-Anteil kann dies ein möglicher Weg sein.


Lösungsmöglichkeiten

• Überdimensionierung: Das Argument, die Netze seien ja nur gering mit Daten ausgelastet, trägt nicht. Ohne QoS-Maßnahmen zeigen sich in diesen Systemen sehr frühzeitig Probleme. Zudem kann man sich durch eine ungenügende Verkehrstrennung Sicherheitsprobleme einhandeln, weil alles im gleichen Netz stattfindet.

• Protection in MPLS-Netzen: Installation und Nutzung von Backup-Pfaden vor dem Auftreten von Störungen um QoS für Prioritätsklassen zu sichern.

• Kombination von Priorisierung und Protection


Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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